Filtro inverso

El procesamiento de señales es un subcampo de la ingeniería eléctrica que se centra en el análisis, la modificación y la síntesis de señales como el sonido , las imágenes y las mediciones científicas. ^[1] Por ejemplo, con un filtro g , un filtro inverso h es aquel en el que la secuencia de aplicar g y luego h a una señal da como resultado la señal original. Los filtros inversos electrónicos o de software se utilizan a menudo para compensar el efecto del filtrado ambiental no deseado de las señales.

En todos los modelos propuestos para la producción del habla humana , una variable importante es la forma de onda del flujo de aire, o velocidad del volumen, en la glotis . La forma de onda de la velocidad del volumen glótico proporciona el vínculo entre los movimientos de las cuerdas vocales y los resultados acústicos de dichos movimientos, en el sentido de que la glotis actúa aproximadamente como una fuente de velocidad del volumen. Es decir, la impedancia de la glotis suele ser mucho mayor que la del tracto vocal, por lo que el flujo de aire glótico está controlado principalmente (pero no completamente) por el área glótica y la presión subglótica, y no por la acústica del tracto vocal. Esta visión de la producción del habla sonora a menudo se conoce como el modelo de filtro de fuente .

Una técnica para obtener una estimación de la forma de onda de la velocidad del volumen glótico durante el habla sonora es el “filtrado inverso” de la forma de onda acústica radiada, medida por un micrófono que tenga una buena respuesta de baja frecuencia, o la velocidad del volumen en la boca, medida por un neumotacógrafo en la boca que tenga una respuesta lineal, poca distorsión del habla y un tiempo de respuesta de menos de aproximadamente 1/2 ms. Un neumotacógrafo con estas propiedades fue descrito por primera vez por Rothenberg ^[2] y él lo denominó máscara con ventilación circunferencial o máscara CV.

Tal como se practica, el filtrado inverso se limita generalmente a vocales no nasalizadas o ligeramente nasalizadas, y la forma de onda registrada pasa a través de un "filtro inverso" que tiene una característica de transferencia que es la inversa de la característica de transferencia de la configuración del tracto vocal supraglótico en ese momento. La característica de transferencia del tracto vocal supraglótico se define con la entrada al tracto vocal considerada como la velocidad del volumen en la glotis. Para vocales no nasalizadas, suponiendo una fuente de velocidad del volumen de alta impedancia en la glotis, la función de transferencia del tracto vocal por debajo de aproximadamente 3000 Hz contiene una cantidad de pares de polos complejos conjugados , más comúnmente denominados resonancias o formantes . Por lo tanto, un filtro inverso tendría un par de ceros complejos conjugados , más comúnmente denominados antirresonancia , para cada formante del tracto vocal en el rango de frecuencia de interés.

Si la entrada proviene de un micrófono y no de una máscara CV o su equivalente, el filtro inverso también debe tener un polo en frecuencia cero (una operación de integración) para tener en cuenta la característica de radiación que conecta la velocidad del volumen con la presión acústica. El filtrado inverso de la salida de una máscara CV conserva el nivel de flujo cero, ^[2] mientras que el filtrado inverso de una señal de micrófono no lo hace.

El filtrado inverso depende del modelo de filtro de fuente y de un filtro del tracto vocal que es un sistema lineal , sin embargo, la fuente y el filtro no necesitan ser independientes.