语音信号处理基础：从声学到感知

"语音信号处理的基础知识，包括语音学的定义、三个主要分支、基本声学特征、层级结构、辅音和元音的介绍" 在深入理解语音信号处理之前，我们首先要掌握语音学的基本概念。语音学是研究人类说话声音的科学，主要分为三个分支：发音语音学、声学语音学和感知语音学。发音语音学关注发音器官如何产生声音，声学语音学探讨声音在传播过程中的声学特性，而感知语音学则研究听觉系统如何解析并理解声音。 语音信号具有几个基本的声学特征，包括音质、响度、音高和音长。音质是由声波的频谱特性决定的，响度则与声波的幅度相关，音高取决于声波的频率，而音长则关乎声音的持续时间。除了音段特征，如音质，还有超音段特征，如音高、响度和音长，它们对语音的理解起着重要作用。 语音的层级结构是从底层到顶层的组织方式，包括音素、音节、语音词和韵律短语等层次。音素是最小的发音单位，是区分意义的最小语音元素；音节是最小的节奏单位，通常由一个元音和可能的辅音组成；语音词是韵律组合的基本单位，而韵律短语则是包含完整语调的表达单位。 在语音中，辅音和元音是两种主要的声音类型。辅音的发音特点是口腔中有阻塞或阻碍，气流较强，其中清辅音不振动声带，而浊辅音则振动声带。根据发音部位和方法，辅音可以分为多种类别，例如唇音、舌尖音、舌面音、舌根音等，并进一步细分为塞音、塞擦音、擦音、边音、鼻音等。 相对而言，元音的发音则不涉及口腔内的明显阻碍，声带通常振动，其波形呈现出周期性的特点。元音可以根据舌位和唇形的不同进行分类，如前元音、中元音、后元音和圆唇元音等。 了解这些基础知识对于语音信号处理至关重要，因为它们为我们提供了分析、理解和生成语音信号的理论框架。在互联网领域，这些知识被广泛应用于语音识别、语音合成、语音编码、语音增强和噪声抑制等技术中，推动了诸如智能助手、在线翻译和无障碍通信等应用的发展。