Компьютерные технологии обработки речевых сообщений.
Женило В.Р.Начало - Фонограмма - След - Спектр - Речь - Фоноскопия - Вопросы
Фиксация и отображение следов звука
Физическая природа следа звука
“Звук в широком смысле – колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой средах; в узком смысле – явление, субъективно воспринимаемое органом слуха человека и животных” (Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1984).
Акустическая волна в воздухе, распространяясь со скоростью 330 м/с вдоль некоторого луча, вызывает изменения давления в каждой его точке. Характер (форма) изменения давления во времени и воспринимается нами как тот или иной звук. Если в некоторой точке луча распространения звука поместить микрофон, то он, реагируя на изменения давления, вызовет изменения напряжения (или тока) в своей электрической цепи. Примеры описания акустической волны, полученные с помощью микрофона, приведены на рис.
12 и 39.Идею регистрации звука на материальном носителе высказывали многие ученые в середине прошлого века. Первым изобретателем механического устройства звукозаписи является французский любитель Шарлем Кро. Именно он 30 апреля 1877 г. послал во Французскую Академию наук свое изобретение, названное им “фонограф”. Это устройство позволяло механически записывать звук на вращающийся стеклянный диск, покрытый сажей. Полученный таким образом материальный след звука затем копировался фотоспособом на светочувствительную хромовую пластинку. В результате получался диск, который принципиально не отличался от привычной для нас грампластинки.
К сожалению, как это часто бывает в истории, славу изобретателя первого фонографа приобрел и закрепил за собой не Шарль Кро, а американский изобретатель Томас Эдисон, который в декабре 1877 г. продемонстрировал фонограф собственной конструкции в действии. В фонографе Эдисона звук записывался не на плоский диск, а на обернутый в оловянную фольгу цилиндр. Однако идея записи на цилиндры себя не оправдала и поэтому не выжила. Удельная плотность записи на цилиндрах оказалась настолько низка, что они оказались абсолютно не технологичными с точки зрения их производства, тиражирования, хранения и эксплуатации. Поэтому через 10 лет - в 1887 г. - немецкий изобретатель Эмиль Берлинер запатентовал фонограф, в котором он видоизменил идею Шарля Кро. В фонографе Берлинера запись звука производилась на цинковом диске, покрытом тонким слоем воска, а затем копировалась химическим травлением большими тиражами.
Форма звуковых дорожек, записываемых на всех типах механических фонографов, практически не отличима от реальной формы звуковой волны, изображенной, например, на рис.
12 и 39.Механические фонографы всколыхнули целые волны лингвистических исследований (вспомните пьесу Бернарда Шоу “Пигмалион”, удачно экранизованную в музыкальном фильме “Моя прекрасная леди”). И этот этап развития фоноскопии можно по праву считать решающим. Именно тогда началась работа со следами звука как с материальными объектами. Но визуализировать их разные стороны (свойства) еще не было возможности. Возможным это стало лишь после развития электронных устройств преобразования
механических следов (звуков) в электрические сигналы.Появились магнитофоны и электроакустические приборы регистрации, усиления, передачи и воспроизведения звука.
Наличие микрофона позволяет преобразовать (трансформировать) акустический сигнал в электрический и затем зафиксировать его на магнитном носителе в форме, весьма близко отражающей исходную форму акустической волны. Естественно, на магнитной ленте фиксируется не сам акустический сигнал, а его электромагнитный образ. Это и есть след речевого сигнала
. Важно отметить, что магнитная фонограмма описывается точно теми же категориями следа, которые приняты в криминалистике.Увидеть и исследовать речевой сигнал, зафиксированный на магнитной фонограмме, можно по-разному. Если есть необходимость явно исследовать непосредственно следы звуков, то нужно использовать специальные магнитооптические инструментальные средства, позволяющие полностью визуализировать дорожки звукозаписи на магнитной ленте и увидеть форму сигналов. Однако с помощью такого представления очень сложно охватить большие фрагменты сигнала и еще сложнее анализировать их содержание. Тем не менее такой способ визуализации следов иногда оказывается единственно приемлемым для решения некоторых вопросов криминалистической фоноскопии. Например, воспроизведение сигнала с ленты, подвергшейся механическим повреждениям, не позволяющим воспроизвести ее обычным образом на магнитофоне, а также идентификация магнитофона по оставляемым им трекам магнитных дорожек на ленте.
Рассмотрим некоторые примеры визуализированных следов магнитной записи разных сигналов (
Фотографии визуализированных следов магнитной звукозаписи, приведенные на рис. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, любезно предоставлены Левым С.В. и Поповым Ю.П.).
На рис.
1 изображены визуализированные следы магнитного поля, зафиксированного на магнитной ленте многоканального магнитофона. Такие магнитофоны обычно стоят в дежурных частях милиции, пожарной охраны, скорой помощи и т.п. Горизонтальные дорожки с вертикальными достаточно регулярными полосками – это следы, оставляемые зазорами магнитных головок при протаскивании магнитной ленты мимо них. Каждая из таких дорожек и есть отражение формы речевого сигнала (акустической волны) на материальном носителе – магнитной ленте. Шкала времени (или координата точки на луче распространения звука) на данном рисунке располагается горизонтально. И в зависимости от того, каково давление воздуха в каждой точке, вертикальная полоска имеет черный, белый или серый цвет.Из-за неидеальности поверхности магнитной ленты, которая со временем изнашивается; на ней появляются отслоение магнитного слоя, складки, грязь и прочие дефекты. Так, на рис.
1 видно, что следы магнитной записи в некоторых местах уже существенно искажены. Но при чтении этих записей с дорожки в магнитофон (в воспроизводящую магнитную головку) попадают следы магнитной дорожки по всей ее ширине. Благодаря избыточной ширине магнитной дорожки мелкие ее дефекты нивелируются и оказываются не столь заметными, как на рисунке. Поэтому чем шире дорожка магнитной записи, тем выше и устойчивее качество зафиксированного на магнитной ленте сигнала.
Если рассмотреть магнитную дорожку обычного бытового магнитофона (см. рис.
2) в увеличенном масштабе, то можно лучше разглядеть форму речевого сигнала. Кроме того, на ленте внизу видны следы (в виде тонкой светлой полоски) от стирающей магнитной головки, которая всегда идет впереди записывающей магнитной головки и предварительно стирает следы старой записи. Стирающая магнитная головка “заметает” чуть большую ширину магнитной дорожка, чтобы из-за люфта положения ленты при ее движении гарантированно обеспечить новое чистое пространство.Из-за несовершенства, износа или неправильного ремонта магнитофона, магнитные дорожки могут неправильно формироваться – отклоняться от своего стандартного положения. Поэтому на магнитной ленте могут обнаруживаться следы не только новых, но и старых, не полностью стертых записей, которые иногда удается восстановить (но практически такие случаи встречаются крайне редко). На рис.
3 показан сильно увеличенный фрагмент верхнего края магнитной дорожки. На рисунке вверху виден участок не полностью стертой магнитной дорожки предыдущей фонограммы. Ее удельный вес во всей ширине дорожки относительно невелик. Поэтому при ее воспроизведении могут прослушиваться лишь слабые следы старого, плохо стертого сигнала.
На магнитной ленте остаются следы всего процесса звукозаписи. То, что мы можем не услышать при воспроизведении фонограммы, можно увидеть непосредственно на самой ленте. Например, на рис.
4 показаны следы включения звукозаписи. На рисунке видны следы процесса начала (пуска) записи, когда магнитные головки, приближаясь к ленте и располагаясь на ней, первоначально оставляют свои следы и за стандартными пределами магнитной дорожки.
Рис. 4. Следы пускового импульса магнитофона и треки лентопротяжного тракта.
Визуализация следов магнитных дорожек может оказаться весьма полезной при исследовании некоторых признаков монтажа фонограмм. Так, на рис.
5 и 6 показаны примеры визуализации участков монтажа магнитных фонограмм.
Рис. 5. Участок с признаком монтажа магнитной фонограммы.
Формат магнитных дорожек в видеозаписи существенно отличается от звукозаписи. На рис.
7 показаны визуализированные следы магнитных дорожек, оставляемые профессиональным видеомагнитофоном. А на рис. 8– увеличенные следы бытового видеомагнитофона.Обычный процесс воспроизведения следов звука с магнитной ленты по сути своей является обратным процессу его записи на ленту. Точно так же, как в процессе записи, лента протягивается мимо магнитных головок магнитофона и электромагнитная форма речевой волны трансформируется снова в акустическую, в результате чего громкоговорящие устройства излучают примерно такой же акустический сигнал, который записывался ранее на магнитную ленту.
Этот наиболее доступный способ воспроизведения следа речевого сигнала является основным в экспертной практике. В такой форме обычно проводится аудитивный анализ содержания фонограмм. Чтобы произвести инструментальный анализ, электромагнитный сигнал с ленты поступает не только на громкоговорители, но и на вход электроакустических измерительных приборов для измерения того или иного комплекса акустических параметров исследуемого речевого сигнала.
Таким образом, неоднократно воспроизводя фонограмму, эксперт каждый раз может по-новому проанализировать один и тот же речевой сигнал: либо аудитивно (на слух), либо подавая его на специальные измерительные электроакустические приборы.
Но если обычный способ воспроизведения следов звука оказывается невозможным, например, когда магнитная лента в силу тех или иных причин подверглась сильному термоудару, то единственным способом прочтения этих следов оказывается оптомагнитный. Пример такой магнитной фонограммы приведен на рис.
9.В зависимости от того, какая группа признаков сигнала исследуется, используются разные комплексы электроакустической аппаратуры. До внедрения цифровой технологии анализа сигналов приходилось для каждого отдельного вида криминалистической задачи применять разные типы регистрационно-измерительной аппаратуры. С переходом на компьютерную технологию анализа речевых сигналов аппаратурный комплекс стал практически одинаковым для всех типов криминалистических задач: разные схемы регистрационных, измерительных и аналитических систем реализуются, образно говоря, в “мягкой” программной форме. То есть для проведения комплекса измерений акустических параметров исследуемого сигнала требуются не разные аппаратные системы, а разные системы программ, реализующие соответствующие измерения.
Начало - Фонограмма - След - Спектр - Речь - Фоноскопия - Вопросы
