The effects of digital filters on acoustic parameters, gender, age and emotion

Abstract

Acoustic sound analysis is used for decision making process performed feature extraction from sound signal in environments such as machine, human and underwater. The pitch, formants, jitter and shimmer of acoustic parameters are mostly used in sound analysis. All frequency bands of various sound signals obtained from environments is not available for every system. The low frequency component is used for emotion detection in the human voice. In addition, sound signal must be have unwanted noise due to both form of records and environment. The desired frequency band of sound signal can be obtained, processes such as noise reduction, echo reduction and sound quality improving are realized with the help of digital filters.  The purpose of this study is to investigate the effects of low-pass, high-pass and band-pass filters on acoustics parameters depending on age, gender and emotion.

Keywords

• Jitter
• Shimmer
• Pitch
• Digital filter
• Emotion

Sayısal filtrelerin akustik parametreler, cinsiyet yaş ve duygu durumu üzerindeki etkileri

Öz

Akustik ses analizi makine, insan ve su altı gibi ortamlarda ses sinyalinden özellik çıkarımı yapılarak süreçlerde karar verme amacıyla kullanılmaktadır. Ses analizinde çoğunlukla perde, formantlar, jitter ve shimmer akustik parametreleri kullanılmaktadır. Ortamlardan elde edilen çeşitli ses sinyallerinin tüm frekans bantları her sistem için geçerli olmamaktadır. İnsan seslerindeki duyguların tespiti için düşük frekanslı bileşenler kullanılmaktadır. Ayrıca, ses sinyali gerek ortamdan gerekse de kayıt şeklinden dolayı istenmeyen gürültülere sahip olabilmektedir. Sayısal filtreler yardımıyla ses sinyalinin istenilen frekans bantları elde edilebilmekte, gürültü giderme, yankı azaltma ve ses kalitesi artırma gibi işlemler gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmanın amacı, alçak geçiren, yüksek geçiren ve bant geçiren filtrelerin yaş, cinsiyet ve duygu durumuna bağlı olarak akustik parametrelerdeki değişiminin araştırılmasıdır.

Anahtar Kelimeler

• Jitter
• Shimmer
• Perde
• Sayısal filtre
• Duygu

References

1. Rezaei N, Abolfazl S. "An introduction to speech sciences (acoustic analysis of speech)". Iranian Rehabilitation Journal, 4(4), 5-14, 2006.
2. Özbal EA. Septum Devisyonlu Hastaların Septoplast Operasyonu Öncesi ve Sonrası Akustik Ses Analizi ile Değerlendirilmesi. Uzmanlık Tezi, Şişli Etfal Hastanesi, İstanbul, Türkiye, 2008.
3. Smith SW. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. 2nd ed. USA, California Technical Publishing, 1999.
4. Weeks M. Digital Signal Processing Using MATLAB and Wavelets. Infinity Science. Massachusetts, USA, Press LLC, 2007.
5. Winder S. Analog and Digital Filter Design. 2nd ed. USA, Newnes, 2002.
6. Tao J, Kang Y, Li A. “Prosody conversion from neutral speech to emotional speech”. Audio, Speech and Language Processing, IEEE Transactions on, 14(4), 1145-1154, 2006.
7. He L, Lech M, Maddage N, Allen N. “Stress and emotion recognition using log-Gabor filter analysis of speech spectrograms”. 3rd International Conference on Affective Computing and Intelligent Interaction (ACII2009), USA, 10-12 September 2009.
8. MacCallum JK, Olszewski AE, Zhang Y, Jiang JJ. “Effects of low-pass filtering on acoustic analysis of voice”. Journal of Voice, 25(1), 15-20, 2011.

9. Chen J, Wang Y, Wang D. “A feature study for classification-based speech separation at low signal-to-noise ratios”. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech and Language Processing (TASLP), 22(12), 1993-2002, 2014.
10. Siegert I, Philippou-Hübner D, Hartmann K, Böck R, Wendemuth A. “Investigation of speaker group-dependent modelling for recognition of affective states from speech”. Cognitive Computation, 6(4), 892-913, 2014.
11. Ludeña-Choez J, Gallardo-Antolín A. “Feature extraction based on the high-pass filtering of audio signals for Acoustic Event Classification”. Computer Speech and Language, 30(1), 32-42, 2015.
12. Burkhardt F, Paeschke A, Rolfes M, Sendlmeier WF, Weiss B. “A database of German emotional speech”. In Interspeech, 25(1), 1517-1520, 2005.
13. Ertürk S. Sayısal İşaret İşleme. İstanbul, Türkiye, Birsen Yayınevi, 2004.
14. Winder S. Analog and Digital Filter Design. Woburn, Netherlands, Newness Press, 2002.
15. Proakis JG, Manolakis DG. Digital Signal Processing Principles Algorithms and Applications. 3rd ed. USA, Prentice-Hall, 1996.
16. Laukka P, Linnman C, Åhs F, Pissiota A, Örjan F, Faria V. “In a nervous voice: Acoustic analysis and perception of anxiety in social phobics speech”. Journal of Nonverbal Behavior, 32(4), 195-214, 2008.
17. Boersma P. “Praat, a system for doing phonetics by computer”. Glot International, 5(9-10), 341-345, 2001.
18. Sarıca S. Ses Analizinde Kullanılan Akustik Parametreler. Uzmanlık Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tıp Fakültesi, Kahramanmaraş, Türkiye, 2012.