содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  ..

Водолазные средства подводной связи

Способы повышения разборчивости речи водолаза

 Для повышения разборчивости речи водолаза применяют как безаппа-ратурные способы, так и способы, которые основаны на применении специальных устройств, обладающих определенными характеристиками.

К безаппаратурным способам относится применение некоторых приемов специальной тренировки речи водолазов.

При этом имеется в виду использование значительных адаптивных возможностей человека, если речевой сигнал только деформируется, но не разрушается. Факты приспособления речевой деятельности человека к специфическим условиям гелио-кислородной смеси как при речеобразовании, так и при восприятии были экспериментально установлены на подводных лабораториях «Силаб-2» и «Силаб-3». Так, например, на «Си-лаб-2» [22, 23] при давлениях газовой среды 0,73 МПа в начале эксперимента акванавты испытывали затруднения в речевом общении, но затем в течение нескольких дней научились понимать гелиевую речь. Шестнадцати из них для этого понадобилось 1—2 дня, восьмерым — 4 дня, двоим—11 дней, а одному оказалось недостаточно и 15 дней пребывания в этих условиях. Акванавты, прожившие вместе 15 дней, привыкли друг к другу и уверенно переговаривались, однако они же на протяжении нескольких часов подряд с трудом понимали вновь прибывших из обычной атмосферы.

Имеется достаточно оснований считать, что специальные тренировки акванавтов могут способствовать увеличению разборчивости речи. К общим приемам таких тренировок относятся: а) тренировка отчетливой дикции, когда добиваются полногласного стиля произношения, используя чтение вначале слоговых, а затем словесных таблиц; б) тренировка темпа речи; в) тренировка громкости речи и снятие речевого напряжения; г) тренировка к приему речи.

Повышение эффективности и помехоустойчивости речевой связи с водолазами может быть достигнуто созданием для переговоров специального словаря, составленного таким образом, чтобы в нем преимущественно использовались такие словесные синонимы, которые в наименьшей степени искажаются при восприятии и произношении в гелиокислородных смесях.

Инженеры работают в основном над созданием эффективных технических средств коррекции речи в гелиокислородной среде [16]. Для исправления речи и повышения ее разборчивости применяют следующие способы:

1. Вся линия связи для передачи речи, произнесенной в гелиокислородной среде, должна удовлетворять гораздо более высоким, чем принято обычно, требованиям, т. е. вносить в сигнал минимальные амплитудные и частотные искажения.

2. Применение у водолаза специальных микрофонов с определенными характеристиками. Поскольку с увеличением глубины погружения область значимых частот спектра речи повышается в 2—3 раза (в зависимости от величины давления гелиокислородной смеси), соответственно должна расти и верхняя граница полосы частот, воспринимаемых микрофоном. Кроме того, характеристики микрофона должны сохраняться и при значительных изменениях давления и скорости звука в окружающей газовой среде. Таким образом, у микрофона, по возможности, должны отсутствовать резонаторные полости.

Научно-исследовательской лабораторией США [21] создан градиентный пьезокерамический микрофон, который имеет не зависящую от плотности окружающей среды равномерную частотную характеристику до 18 кГц. Конструкция микрофона устойчива к быстрой компрессии и декомпрессии, к воздействию
шума, заплескиванию водой. Располагая при переговорах этот микрофон вблизи губ, можно избежать спектральных искажений речи, вызванных добавочной акустической нагрузкой водолазной маски на голосовой тракт и голосовые связки; при этом надо подбирать оптимальную форму и размер маски.

Для этого микрофона разработан малогабаритный усилитель с высоким входным и малым выходным сопротивлением. Усилитель получает питание от автономных батарей напряжением 12 В. Его размещают на водолазе. Конструкция его рассчитана на воздействие газовой среды при давлении 3 МПа. Герметичность при таком давлении обеспечивается тем, что корпус, в котором расположен усилитель, залит эпоксидным составом. Установка усилителя обусловлена двумя причинами: малой величиной чувствительности керамического микрофона и необходимостью иметь достаточный уровень речевого сигнала от водолаза для обеспечения большей помехоустойчивости связи с водолазом. Микрофон с усилителем используется в общей системе связи, в которой имеется корректор речи. Испытания микрофона при имитационных спусках на глубинах до 300 м обеспечили в системе применяемой связи удовлетворительную разборчивость речи водолаза.

3. Применение различных фильтров для отсеивания посторонних шумов и помех, лежащих за пределами основной области разговорных частот. Так, например, в аппаратуре связи ФРГ в приемную часть усилителя переговорных устройств введены фильтры, отсеивающие частоты менее 300 Гц. В японских подводных телефонах для улучшения отношения полезного сигнала и шума установлены фильтры верхних частот, имеющие частоту отсечки 500—600 Гц.

4. Применение рациональных частотных характеристик тракта связи. Полоса частот, обрабатываемая корректором речи, должна расширяться от обычных 3,5—4,0 кГц на поверхности до 10—15 кГц при глубоководных спусках. Аппаратура коррекции речи должна обеспечивать подъем высокочастотной части спектра речи. Подъем спектра речи свыше 3 кГц на 10—20 дБ повышает разборчивость принимаемой речи при давлениях более 1 МПа.

5. Применение корректоров для смещения формант спектра речи к низким частотам.

Все предложенные методы смещения спектра речи можно разделить на два класса. Системы первого из них преобразуют непосредственно временную огибающую речевого сигнала. Сюда относятся: запись сигнала на магнитофоне и воспроизведение его с меньшей скоростью, удаление части огибающей сигнала и сшивание оставшихся кусков при воспроизведении их с пониженной скоростью, частотное вычитание.

Ко второму классу относятся системы, выделяющие передаточную функцию вокального тракта, преобразующие ее и затем

восстайавливающие речь по новой передаточной функции: полосовой вокодер, система с использованием делителей частоты. Несмотря на высокое качество и разборчивость восстановленной замедлением фонограммы гелиевой речи, названный метод нельзя применять в реальных каналах связи. Это связано в первую очередь с очевидной задержкой информации вследствие увеличения длительности звучания фонограммы.

Современное направление в конструировании различных устройств преобразования речевых сигналов, в том числе и корректоров речи в гелиокислородных смесях, основывается на рациональном сочетании аналоговых и дискретных, методов обработки информации. Предполагается, что благодаря применению миниатюрных компактных цифровых модулей и стандартных унифицированных узлов могут быть разработайы недорогие корректоры гелиевой речи с малыми массой и габаритами.

Уже создано несколько корректоров цифрового типа, в которых сигналы гелиевой речи преобразуются из аналоговых в дискретные и после преобразований — из дискретных в непрерывные.

Дискретные цифровые преобразователи, работающие по принципу частотно-временной компрессии, были разработаны несколькими фирмами, а для исследовательских программ «Си-лаб-2» и «Силаб-3»— фирмой «Зингер». «Растягивание» сигналов во времени путем снижения скорости считывания данных из регистров памяти сопровождается частотной компрессией гелиевой речи. Но для работы в реальном временном масштабе при этом необходимо исключить значительную часть речевой информации, причем так, чтобы не терялись важные фонетические элементы речевого сигнала. В синхронном преобразователе разборчивость речевых сигналов повышается следующими корректирующими преобразователями: а) исключением малоинформативных отрезков речевых сигналов, к которым относят участки конечной фазы периода основного тона (первая гармоника, соответствующая частоте колебаний голосовых связок), и растяжением оставшихся частей сигналов во времени на величину, обеспечивающую необходимое смещение формант в сторону низких частот; б) повышением уровня согласных звуков для увеличения соотношения мощностей согласный/гласный.

Имеется несколько конструкций корректоров, в которых для компенсации искажений гелиевой речи перенос спектра в область низких частот осуществляется методом гетеродинного преобразования. В данном методе дешифрации из спектра входного сигнала вычитают сигнал определенной частоты  F, сдвигая тем самым форманты вниз. Поскольку спектр гелиевой речи смещен вверх в определенном отношении, а данный метод понижает его на некоторую частоту, то компенсировать сдвиг сразу всех формант звука не удается. Для улучшения работы данного преобразователя было предложено разбивать входной

сигнал на несколько частотных полос и в каждой полосе проводить сдвиг на свою F.

Дешифраторы, относящиеся ко второму классу, создаются на основе уже существующих систем компрессии спектра речи. Каждый дешифратор такого типа состоит из анализатора, преобразователя и синтезатора. Так, например, в полосовом вокодере входной сигнал проходит через гребенку полосовых фильтров, выход каждого из которых выпрямляется и сглаживается для получения медленно меняющегося во времени сигнала, пропорционального энергии речи в данной полосе частот. Далее этот сигнал используется для балансного модулирования возбуждающего сигнала соответствующего полосового фильтра синтезатора. Частотный сдвиг речи вниз обусловливается уменьшением в К раз ширины полос и центральных частот фильтров синтезатора по сравнению с фильтрами анализатора. Возбуждающим сигналом обычно служит ограниченный сверху сигнал самой гелиевой речи, поэтому преобразователь правильнее называть полувокодером.

Испытания этих преобразователей показали, что после обработки словесная разборчивость речи для глубин 150—200 м поднимается до 80—83 %. Разборчивость речи водолаза, которая может быть обеспечена аппаратурой связи, во многом зависит от типа и характеристик применяемых микрофонов, а также от степени конструктивного совершенства конкретной модели корректора речи. Так, например, при сравнительных испытаниях на имитационных глубинах 240 и 300 м трех корректоров речи и трех микрофонов [43], получены результаты, показанные в табл. 5.3.

Т а блица 5.3. Уровни словесной разборчивости речи (в %)

Испытывались корректоры, разработанные английской фирмой «Маркони» (дискретный цифровой преобразователь), шведской фирмой «Дикор» (дискретный цифровой преобразователь), лабораторией ВМС США (гетеродинный преобразователь). При испытаниях использовались микрофоны: электретный дифференциальный, электретный давления, конденсаторный. Испытания показали, что корректор фирмы «Маркони» является одним из лучших зарубежных образцов, обеспечивающих связь на глубинах до 300 м.

Следует упомянуть еще об одном способе, повышения разборчивости речи в гелиокислородных средах, представляющем собой сочетание корректора и адаптационных возможностей человека. При этом водолаз, находящийся в гелиокислородной среде, постоянно слышит свою речь, уже откорректированную тем или иным преобразователем. В данном случае повышение эффективности связи достигается тем, что водолаз, контролируя речь по слуху, старается изменить конфигурацию участков своего речевого аппарата. Это способствует сдвигу частотного спектра звуков в область нижних частот, что улучшает разборчивость.

содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  ..