Mérnöki tervezés beszámoló Dolgozat címe: Taktilis kijelző alkalmazások Konzulens neve: Tihanyi Attila

Hallgató neve: Eszter András

Leadás dátuma: 2005. december

2

Tartalomjegyzék

Feladat rövid ismertetése 4

Bevezetés 5

Tapintás 6

Az ujjak, mint érzékszervek 6

A tapintás tulajdonságai 8

A tapintás érzékenysége és pontossága 8

A tapintási ingerlés lokalizációja 9

Beállítódás és tapintási érzékenység 10

A tapintás élettana 12

A tapintási rostok 12

A rostok tevékenysége és a tapintási élmények 14

Az érintési ingerlés által kiváltott idegi válaszok és észlelési ítéletek 14

Az idegi ingerlés által kiváltott tapintási minőségek 15

A tapintási receptorok 15

Az emberi beszéd 18

Beszédképzés 18

Alaptényezők, építőkockák 19

A beszédhangok osztályozása 21

Magánhangzók 21

Képzés 21

Formánsok 22

Formánsszerkezet 22

Mássalhangzók 23

Osztályozása 23

Zárhangok 23

B 24

D 24

G 25

Gy 26

3

Zár és réshangok 26

Dzs 27

Dz 27

Réshangok 27

S 28

Z 28

V 29

Zs 29

Nazálisok 29

Taktilis kijelző 30

A taktilis kejelzés 30

A tapitás felhasználása 31

Taktilis kijelzőtípusok 32

A rendszer tervezése 33

Az elkészített modell 35

Számítógépes szimuláció 35

Példamondat 38

Programkód 40

Tapasztalatok a taktilis kijelző használatáról 41

Továbbfejlesztési lehetőségek 41

Irodalomjegyzék 43

4

A feladat rövid ismertetése, célkitűzés

A feladat olyan vibrotaktilis eszköz elkészítése, amely halláskárosultak és siketek

számára nyújt segítséget a távközlésben. A készülék mobil alkalmazásokhoz kapcsolódó

használata, megkönnyíti a felhasználót a számukra megfelelően átalakított beszédhang

pontosabb felismerésében. A több paraméter kijelzésére alkalmas eszköz megalkotásában

törekedni kell a pontos és real-time kijelzésre, a készülék kis, hordoz mérettel kell,hogy

rendelkezzen, a csatlakoztatás és alkalmazhatóság tekintetében független és univerzális

legyen, kezelése könnyű és egyértelmű legyen.

5

Bevezetés

Az emberi élet egyik legalapvetőbb, legrégibb kommunikációs formája a beszéd. Az

emberiség története során egyre bővült a beszédre vonatkozó jellemzők, a beszéd

tulajdonságainak, formájának spektruma. Nemcsak a különféle nyelvek és kommunikációs

formák kialakulása könnyítette meg az ember életét a földön, hanem a technika fejlődésével

„korlátlannak” mondható lehetőségek tárulkoztak föl az emberiség számára ezen a téren.

Mind a hírközlésben, mind a távközlésben meg vannak azok a technikai vívmányok, amelyek

segítségével a ma embere könnyedén élheti az életét, hiszen a rádió, a tv, az Internet percek

alatt az információ felfoghatatlan mennyiségét zúdítja a nyakába, a telekommunikáció

segítségével pedig olyan térbeli határokat tud átlépni, melyek méreteiben sokszor túl is

haladják az ember felfogóképességét. Azonban vannak a társadalomnak olyan szereplői, akik

önhibájukon kívül, kimaradnak a kommunikáció egyes, fontosnak rangsorolható részeiből. Ez

a réteg a halláskárosultak, illetve a siketek rétege, akik sok esetben csak részben vagy

egyáltalán nem tudják használni a fent említett kommunikációs csatornákat. Az ő számukra a

megoldás a már létező alkalmazások kibővítése az új technológiák felhasználásával, melyeket

a távközlés, az informatika, az információs technológia nyújt az emberiség számára.

A siketek szájról olvasási képességei nagyon kifinomultak, a hallók számára

elképzelhetetlenül hatékonyak. A szájmozgásról azonban számos beszédinformáció nem

olvasható le. A nem látható, de a beszédképzés és beszédmegértés szempontjából alapvető

információ a zöngés zöngétlen hangképzés és a nyelv helyzete. A hangszalagok rezgése

kívülről nem látható, ezért szájról olvasva az azonos képzésű zöngés és zöngétlen hangpárok

nem különíthetők el (például baba-papa, feltölt feldőlt). Hasonlóan a nyelvhelyzettel

meghatározott felpattanó zárhangok nem különböztethetők meg szájról olvasással (például

tati-kati). Ugyancsak érzékelhetetlen szájról olvasásnál, hogy történik-e adott szájnyílásnál

levegő átfúvással keltett zaj vagy sem. Például (sok-ok).

A hangjelből kinyerhetők olyan képzéshez kapcsolódó jellemzők, amelyek a nem látható

képzési mozzanatokhoz kapcsolódnak és a siketek megértését segítik. Annak érdekében, hogy

az alapvető érzékelési csatornát, a látást ne zavarjuk, ezért a többletinformációt más

érzékszerv segítségével lehet átadni. Például szóba jöhet a tapintás alapú információ átadás.

Az átviendő információ időben változó mennyiségeket jelent, ezért időben változó intenzitású

rezgés ezeket közvetíteni képes.

6

A vibrotaktilis ingerlés a hanginformáció, így a beszéd bemutatására is alkalmas siketeknél.

Az akusztikus energiát vibrotaktilis ingerek mintázataivá alakítják. A vibrotaktilis ingerlés,

amelyet gyors ütögetés sorozatnak lehet érezni a bőrön, kiemeli az akusztikus átmeneteket a

hang kezdetén és végén és a beszédhang különböző jellemzőit, tulajdonságait. Amikor ezek a

hangok szavak és mondatok, akkor az eszköz viselője könnyebben tudja szegmentálni a

beszédfolyamot, ami elősegíti a szájról olvasást.

Jelen dolgozat témája egy olyan eszköz kifejlesztése, mely segítséget nyújt a hallássérültek

számára készülő beszédfeldolgozó és megjelenítő eszköz használata közben, egyértelműbbé

téve a felhasználó számára az eszköz által közvetített információt. A fejlesztés során több

tudományterület kapcsolódik össze, a neuróbiológia, a beszédfelismerés, a jelfeldolgozás, a

mikroelektronika mind részét képezik a munkának és a készülőben lévő szerkezetnek. Az

eszköz alapgondolata a következő: az emberi beszédhangot a készülék átalakítja rezgésekké,

melyek a beszédhang egy meghatározott tulajdonságát jelenítik meg mechanikai mozgás

formájában.

A munkafolyamat során a fent említett tudományágak témához kapcsolódó részeinek

bővebb megismerése elengedhetetlen volt. A fejlesztés során az alapok – neuróbiológiai

vonatkozások, beszédfeldolgozási és nyevtudományi alapok – tanulmányozása után a már

meglévő taktilis kijelzős technológiák vizsgálata következett. A már meglévő technológiák

közül lett kiválasztva egy pár a megvalósításra, melyek közül modell elkészítése és tesztelés

útján lett kiválasztva a végső megoldás. További célok a kiválasztott megoldás hardveres

megvalósítása.

A soron következő részek tartalmazzák a témához kapcsolódó háttér információkat,

melyek ismerete szükséges az elv és megvalósítási gondolat megértéséhez.

Tapintás

Az ujjak, mint érzékszervek

A tárgyak detektálásakor és felismerésekor erősen támaszkodunk látásunkra, a tapintásnak

megvan a maga megkülönböztető hozzájárulása. A tapintás segít a közeli tárgyak

azonosításában azzal, hogy információt nyújt ezeknek a tárgyaknak az alakjáról, méretéről és

súlyáról. A tapintás ad információt a tárgy felszínének textúrájáról és mechanikai

konzisztenciájáról - nem biztos, hogy ez a két tulajdonság szemmel látható. Például a

7

durvaság, simaság vagy bolyhosság finom perceptuális különbségei a tárgyak textúrájában

fizikai különbségeknek felelnek meg. Ehhez hasonlóan, a puhaság, keménység és

rugalmasság perceptuális különbségei a tárgy összenyomhatóságának különbségeiből

fakadnak.

Az érintésnek, a tapintásnak fontos jelentősége van az emberi életében. Vezető szerepet

játszik a fejlődésben, a társas kommunikáció univerzális eszköze, a vak, látás –sérült emberek

számára a kapcsolatot jelenti a külvilággal. Bizonyos értelemben az érintést fel lehet úgy is

fogni, mint a legmegbízhatóbb érzékleti modalitást. Amikor az érzékszervek ellentmondanak

egymásnak, akkor általában az érintés a végső döntő bíró. Képzeljük el, hogy kinyúlunk egy

látott tárgy felé, de a semmibe nyúlunk. A kezdeti megdöbbenés után valószínűleg úgy

döntünk, hogy a látási rendszerünket vezették félre – más szóval, a tapintás sokkal

megbízhatóbbnak tűnik, mint a látás. Filozófusok úgy gondolták, hogy a tapintás szolgáltatja

az alapot ahhoz, hogy a látási üzeneteket kalibráljuk és értelmezzük.

A tapintási érlékelés a testfelszín bármelyik részének ingerléséből fakadhat. Valóban, a bőrt

úgy is lehetne jellemezni, mint a tapintás érzékének egyetlen nagy receptorát. De ha

megtapintunk egy tárgyat, leggyakrabban a kezünk az ingerlés szerve. Az emberi kéz

csodálatos és összetett képességei a test legértelmesebb részei közé emelik a kezet. Az emberi

kézen lévő bőr mechanoreceptorok (a mechanikai nyomás vagy a bőr alakváltozására

érzékeny receptorok) ezreit tartalmazza, valamint izmok összetett csoportját, amelyek vezetik

az ujjakat, ahogy a tárgy télszínét letapogatják. A mechanoreceptorok kulcsszerepet játszanak

a tárgyak olyan részleteinek elemzésében, mint a textúra; az izmok főleg akkor járulnak hozzá

a tapintáshoz, amikor átfogóbb tulajdonságokat - például méret, súly, alak - kell elemezni.

De akár átfogóbb, akár kisebb részleteket kell felfedezni, a kéz és az ujjbegyek közvetítik a

leghasznosabb információkat a tárgyakról. A tapintás akkor a legpontosabb, ha az ujjak a

szóban forgó tárgyon mozognak. David Katz (1925), a tapintás kutatásának egyik úttörője

észrevette, hogy ha az ujjakat mozdulatlanul hagyjuk egy félszínes, akkor ez eltompítja azt a

képességet, hogy érezzük a felszín téri ,jellemzőit. Ahogy Katz megjegyezte, ha az ujjainkat

végigvisszük egy felszínen, ez fontos,jellegzetességeket árul el a félszín részletes

topográfiájáról, olyan jellegzetességekről, amelyek elvesznek, ha az ujjak mozdulatlanok.

Ahogy látni fogjuk, a tapintási érzékenységnek ez a javulása valószínűleg egy sor olyan

tapintási receptor aktiválódását sót tükrözi, amelyek viszonylag inaktívak, amikor

mozdulatlan ujjak érintkeznek mozdulatlan tárgyakkal.

8

A tapintás tulajdonságai

A tapintási élményeket a bőr valamilyen mechanikai megzavarása váltja ki, amit egy

tárgyal való fizikai kontaktus okoz. A mechanikai zavar pontos természete az érintett tárgy

fizikai tulajdonságaitól, illetve attól függően változik, hogy hogyan tapogatjuk le a tárgyat.

Van itt néhány határozott észlelési minőség, amit a tapintási ingerlés okoz; minden

minőség a tárgyak valamilyen tulajdonságának felel meg. A bőrben több különböző típusú

receptor van, amelyek a bőr mechanikai változásaira érzékenyek. Ezek közül az úgynevezett

mechanoreceptorok közül némelyek nagyon alkalmas arra, hogy a felszín durvaságáról

vegyen fel információt, míg mások alkalmasabbnak tűnnek arra, hogy a tárgyak keménységét

jelezzék.

A tapintás érzékenysége és pontossága

Kísérletekkel sikerült meghatározta azt a legkisebb nyomást, amit érezni lehet a bőrön.

Felfedezték, hogy a test különböző részeinek tapintási érzékenysége drámaian különbözik

egymástól. Például az ajkak és (alig kisebb mértékben) az ujjhegyek rendkívül érzékenyek az

érintésre; ezzel szemben a háton és a hason az érzékenység eléggé tompa. Érdekes módon a

test minden részén a nők általában érzékenyebbek a könnyű érintésre, mint a férfiak. Az is jól

ismert, hogy a tapintási érzékenység tompul, ha a bőrt lehűtik, részben azért, mert

alacsonyabb hőfokon a bőr, és így a bőrben lévő receptorok kevésbé hajlékonyak.

A tapintási érzékenységet olyan merev pálcával is meg lehet mérni, ami rezgést okoz a

bőrön. A vibrotaktilis ingerlés a legerőteljesebb a 200 Hz körüli frekvenciákon

(másodpercenként 200 nyomásváltozás). Nagyon alacsony frekvenciájú rezgéseknél (10-30

Hz-es tartományban) az érzékenységet nagyméretű pálcikával mérve kisebb érzékenységet

talpasztalunk, mint kisméretű mérőpálcát használva. A mérőpálca méretétől függetlenül a

rezgésre a tenyér a legérzékenyebb testrész, és nem az ujjak hegye.

A tapintás egy másik tulajdonságát is meg lehet mérni, nevezetesen a tapintási pontosságot.

Ezt hagyományosan a kétpont-küszöb teszttel mérik. A teszt megértéséhez képzeljük el, hogy

egy körző két hegye a bőr szomszédos területeit ingerli. Azt a minimumtávolságot, amit még

két külön pontnak érzékelünk képont-küszöbnek nevezzük. A kétpont-küszöböt alaposan

megvizsgálták a test számos területén. Amikor az ujjbegyet vizsgálják, már 2 milliméteres

távolságot is könnyen meg lehet különböztetni, a kézfejen 31-32 mm, az alkaron az éppen

9

megkülönböztethető távolság közelebb van a 30 milliméterhez, a háton a legkisebb

megkülönböztethető távolság megnő 70 milliméterre. Ez a fajta pontosság erőteljesen csökken

az életkorra.

Azok a testrészek, melyeknek tapintási pontossága nagyon jó, szintén nagyon ,jó tapintási

érzékenységgel rendelkeznek. Ugyanezek a helyek szintén nagyon jó lokalizációs képességgel

rendelkeznek: amikor az ingert a bőr ilyen területére helyezzük, a megérintett terület helyét

nagyon pontosan meg lehet becsülni. A bőrnek ezek a pontos, érzékeny területei sűrűn

tartalmaznak mechanoreceptorokat, ezek a szuperérzékeny bőrterületek aránytalanul nagy

képviselettel rendelkeznek az agykéregben.

1. ábra-A kétpont-küszöb meghatározására

szolgáló eszköz vázlata.

2. ábra-Két-pont távolsági értékek

A tapintási ingerlés lokalizációja

Bár úgy tűnik, hogy az érintés lokalizációja és a tapintás pontossága kapcsolódik

egymáshoz, egy fontos területen különböznek egymástól: az a képesség, hogy a bőrbe

nyomódó két mérőpálca relatív helyzetét megkülönböztessük, sokkal jobb, mint a fent

ismertetett kétpont-küszöb módszerével mért téri feloldóképesség. Ennek a mérésére olyan

kísérletet végeztek, melyben egyetlen pontot használtak, amit kissé,jobbra vagy balra

helyezett el egy, a fémre szerelt referenciavonaltól. Ezzel az ingerléssel a mindössze 0,17

milliméteres oldalirányú eltérést észlelni lehetett. Ez az érték sokad része a kétpont-

küszöbnek. A két pont megkülönböztetése és a relatív helyzet megkülönböztetése közötti

különbség azzal magyarázható, hogy egy pont lokalizációját, és így a relatív helyzet

megítélését több receptor egymáshoz viszonyított reakciója irányítja. Egy ilyen rostok közötti

10

kód, sokkal pontosabban képviselheti a cél helyzetét, mint amire egy magában működő

receptor lenne képes.

3. ábra-A legkisebb észlelhető elmozdulás mérésére szolgáló kísérleti eszköz

Beállítódás és tapintási érzékenység

Mindennapi tevékenységeink során néha váratlanul hozzáérünk valamilyen tárgyhoz, vagy

az ér hozzánk. Soha nem lehetünk biztosak abban, hogy mikor és hol vagyunk kitéve

érintésnek. Milyen észlelési következményei vannak annak, hogy a tapintási inger forrása és

helye bizonytalan?

Ezt a kérdést boncolgatta James Craig (1985), amikor azt kérdezte, hogyan tudják az

emberek megosztani a figyelmüket a sok lehetséges tapintási ingerhely között az ujjukon,

illetve a kezükön. Craig kísérletében az inger 108 tompa tűből állt, amelyek téglalap alakban

6 oszlopban és 18 sorban voltak elrendezve. Azt az elrendezést a személy ujjbegyére

nyomták; mindegyik tű 230 Hz-es frekvenciával tudott rezegni. Számítógép szabályozta, hogy

melyik tű rezegjen, és melyik maradjon stabil. Más-más tűk rezgésbe hozásával különböző

téri ingermintázatot lehetett adni a személy ujjhegyére. Például a számítógép olyan tapintási

mintázatot tudott előállítani, amely az ábécé különböző betűinek felel meg.

4. ábra-James Craig tapintási ingerője

Az egyik kísérletben Craig azt vizsgálta, hogy vajon a tapintási ingerlés helyének

bizonytalansága befolyásolja-e a személy ama képességét, hogy azonosítani tudja az ingerlés

mintázatát. A személy bal keze a tompa tűkből álló kísérleti eszközön nyugodott, míg a

tapintási rezgéseket egy időben adták a mutató- és a középső ujjra; minden egyes próba során

11

a mutatóujj és a középső ujj más-más betű tapintási ingerét kapta. A rövid idejű bemutatás

után a személyeknek meg kellett mondaniuk, hogy az egyik ujjukat milyen betű ingere érte.

Craig két helyzetben vizsgálta a személyeket. Az egyikben a személlyel az ingerlés előtt

közölték, hogy melyik ujjara figyeljen, míg a másikban ezt csak az ingerlés után mondták

meg. Az emberek sokkal pontosabbak voltak a betű megnevezésében, ha előre tudták, melyik

ujjukra figyeljelek.

Egy következő kísérletben Craig azt vizsgálta, hogy az emberek össze tudják-e vonni az

egymás melletti ujjak tapintási információit. Néhány esetben a vibrotaktilis mintázat egyetlen

ujjat érintett, máskor pedig a mintázat két egymás melletti ujjon oszlott meg. Craig azt

feltételezte, hogy a két ujjra kiterjedő mintázat arra kényszeríti a személyt, hogy gyorsan

irányítsa figyelmét egyik ujjáról a másikra, ami rontani fogja a teljesítményét. Craig

elvárásainak megfelelően jelentősen jobb volt a megnevezés akkor, ha az egész vibrotaktilis

mintázat egyetlen ujjat érintett. Általában Craig munkája azt mutatja, hogy a tapintási ingerlés

helyének bizonytalansága megnehezíti az inger azonosítását.

Mivel az észlelés gyakorlással javítható - ezt hívjuk Perceptuális tanulásnak -,

természetesen merül fel a kérdés, hogy milyen fajta tréning tenné ügyesebbé az embert az

ingerek tulajdonságainak pontos felismerésére.

Néha a süket és vak személy a beszélő arcára teszi a kezét. Ez a mozdulat részben azt az

erőfeszítést tükrözi, amit a vak és süket ember tesz annak érdekében, hogy- megértse, mit

mondanak. A cél az, hogy érzékelje a beszélő szája, nyaka és állkapcsa által keltett

rezgéseket.

A tapasztalt és gyakorlott személy számára ez a fortély lehetővé teszi, hogy bámulatra

méltóan jól megértse a beszédet, különösen, ha a szavakat közepes sebességgel mondják.

Nyilvánvaló, hogy amikor ezt a módszert alkalmazza, akkor a süket és vak embernek meg

kell osztania a figyelmét a kezének és ujjainak ingerelt területei között.

A bizonyosság hatása az agyi tevékenység változásaiban jelenik meg. Így tehát pusztán

annak az elvárása, hogy egy bizonyos ujjat fognak ingerelni, megnöveli az adott ujj

képviseletéért felelős agyterület anyagcsere-tevékenységét. Mindezek mellett legalább egy

agyterületen, a temporális kéregben bizonyos sejtek egyértelműen különbséget tudnak tenni a

várt és a nem várt tapintási inger között. Ezek a sejtek erősen reagálnak, amikor a bőrt

váratlanul érintik meg, de nem válaszolnak ugyanerre az érintésre, ha előre tudják, hogy

közeleg az érintés.

12

Tekintsük át röviden. A bőr mechanikai megzavarását többféle specializált receptor

regisztrálja a bőr különböző rétegeiben. A tapintási ingerlésből származó idegi impulzusokat

ezeknek a receptoroknak az afferensei szállítják a gerincvelőbe, ahol az impulzusok olyan

rostokra kerülnek át, amelyek felfelé haladnak az agyba. Az agyon belül a tapintási

információt több specializált kérgi terület dolgozza fel, amelyek tartalmazzák a testfelszín

térképét.

A tapintás élettana

A tapintási rostok

A kéz tapintási ingerléséből származó információt két külön ideg továbbítja a

gerincvelőbe, az ulnaris (singcsonti) és a medianus (középső) ideg. Mint minden más ideg, ez

a kettő is sok axonból, vagy ahogy másképp is nevezik, rostból áll. Az ulnaris és a medianus

idegekben az axonok a kéz különböző területeiről erednek. A medianus ideg, ahogy a neve is

mutatja, a kar közepén fut le, és kettéágazik, hogy beidegezze a tenyér egy részét, a hüvelyk-,

mutató- és középső ujjat teljes egészében, valamint a gyűrűsujj középső ujj felé néző felét. Az

ulnaris (singcsonti) ideg a singcsont latin nevéről kapta a nevét a singcsont az alkar hosszú

csontja, ami a könyöktől a csuklóig terjed, a kar külső oldalán. Az ulnaris ideg rostjai a tenyér

többi részéből, a kisujjból és a felé néző gyűrűsujjból szállítanak üzeneteket.

5. ábra-A medianus és ulnaris idegek beidegzési mintázata

13

Minden egyes rost tüzelni kezd, ha a bőr egy bizonyos részét megérintik. Az a bőrterület,

amelynek az ingerlése befolyásolja egy rost aktivitását, alkotja a rost receptív mezőjét.

A rostnak különböző bőringerekre adott válaszmintázatát elemezve az emberi tenyérre és

ujjhegyekre adott tapintási információt négy lehetséges kategóriába sorolhatjuk. A négy

kategóriát annak alapján lehetett elkülöníteni, hogy mennyire volt éles a rostok receptív

mezőjének a határa, és hogy milyen volt a rostok válaszmintázata. Mint látni fogjuk, a téri és

idői választulajdonságok lehetővé teszik, hogy minden rostkategória valami egyedit jelezzen a

receptív mezőjén belüli ingerforrásról.

Idői jegyek • Képzeljük el, hogy egy kis pálcikát nyomnak könnyedén a bőrre, és ezt rövid

ideig ott tartják. Sok különböző rost tevékenységét vizsgálva két rosttípus volt ami az inger

feldolgozásáért felelős. Volt olyan rost, amelyik akkor reagált, amikor a pálcikát először

helyezték a bőrre, és többé-kevésbé folyamatosan válaszolt, amíg tartott a nyomás. Az ilyen

típusú rostokat lassan adaptálódó rostoknak nevezzük. Más rostok csak akkor válaszoltak,

amikor a pálcikát először hozzáérintették a bőrhöz; ezek a rostok akkor is adtak egy rövid,

erőteljes választ, amikor a pálcikát eltávolították. Az ebbe a kategóriába tartozó rostok a

gyorsan adaptálódó rostok. Így tehát a szomatoszenzoros rostok első két kategóriaíja állandó

ingerlésre adott időbeni válaszuk alapján megkülönböztethető.

Téri jegyek • Most tegyük fel, hogy a pálcikát úgy használjuk fel a receptív mező

feltérképezésére, hogy egy sor szomszédos pontot ingerlünk a bőrön. A receptív mező téri

elrendezése megmutatja, hogy a lassan adaptálódó rostok és a gyorsan adaptálódó rostok is

kétfélék lehetnek. Az egyik típusú rostok: a pontrostok kis, éles határvonalú receptív mezővel

rendelkeznek. A mezők leginkább ovális alakúak, és négy-tíz, az ujjbegyen és tenyéren

található bőrbarázdát fognak át. Ezen a kis területen belül körülbelül egyforma az

érzékenység. A másik rosttípusnak, a diffúz rostoknak nagy receptív mezőjük van, életlen

határvonallal. A diffúz rostok receptív mezője néha az egész ujjat vagy a tenyér nagyobb

részét fedi. Nagy méretük és életlen határvonaluk miatt a diffúz rostok nem alkalmasak

részletes téri diszkriminációra.

A négy rostkategória • Ezt a kétféle idői és téri választ kombinálva négyféle rosttípust

kapunk: lassan adaptálódó diffúz, lassan adaptálódó pont-, gyorsan adaptálódó diffúz és

gyorsan adaptálódó pontrostok. A négy típus mindegyike eltérő üzenetet tud szállítani a

központi idegrendszernek, mivel mindegyik egy bizonyosfajta tapintási ingerlés esetén

működik a legjobban.

14

A rostok tevékenysége és a tapintási élmények

A rosttípusok működésbeli különbségeit magyarázva összehasonlíthatják, hogy milyen

válaszokat vált ki mindegyik ingerfajta a bőr körülírt területén. A mozdulatlan ujj egyetlen

helyére adott ingerlés idői mintázatának változtatása utánozza a minta - például kidomborodó

betűk - fölött mozgó ujjhegy hatását. Például, ha az ujj hegye vízszintesen mozogna a

domború O betű közepe fölött, akkor az ujjat két, egymástál egy intervallummal elválasztott

inger érné; a két inger közötti intervallum tartamában tükröződne mind a betű szélessége,

mind az ujjak mozgási sebessége. Ezért a kutatók rögzítették az afferens rostoknak a

különböző domború betűkre adott válaszát, hogy megtudják, milyen hűen regisztrálják a

rostok a betűk téri részleteit. Amikor az ingerek Braille jelek kis kiemelkedő pontjaiból álltak,

a lassan adaptálódó pontafferenseken belüli válaszok kiválóan reprodukálták a jelek téri

részleteit. A gyorsan adaptálódó pontrostok kissé lemaradtak a reprodukció hűségét illetően,

míg a másik két kategória rostjai majdnem teljes kudarcot vallottak (ami azt ,jelenti, hogy a

különböző betűkre adott válaszaikból nem lehetett rájönni, hogy milyen betűk szerepeltek).

Ez határozottan azt mutatja, hogy lassan adaptálódó pontrostok szállítják az elsődleges

információt az észlelés számára a tapintási alakról és durvaságról.

Az érintési ingerlés által kiváltott idegi válaszok és észlelési ítéletek

Amikor egy személy kezét könnyedén megérintik a pálcikával, az egyedi rostok

tevékenysége könnyedén mérhető. Amikor az alig észrevehető pálcikát a kéz csupasz,

szőrtelen részéhez érintették, akkor a gyorsan adaptálódó rostok megbízhatóan reagáltak, de a

lassan adaptálódóak hallgattak. A lassan adaptálódó rostoknak jóval erősebb tapintási ingerre

volt szükségük. Tehát ez arra utal, hogy a nagyon enyhe érintést a gyorsan adaptálódó rostok

közvetítik.

Természetesen a tapintási érzék nemcsak arra való, hogy gyenge, küszöb körüli érintési

ingereket jelezzen. Milyen rosttevékenység alakul ki erőteljesebb tapintási ingerlésre? A bőr

helyi benyomódása egyike a legmindennapibb ingerforrásoknak. Az erős ingerléseknél az

eredmények azt mutatták, miszerint a lassan adaptálódó rostok a tapintás erejével kapcsolatos

információkat regisztrálják. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy a pszichofizikai és idegi

válaszok az idegrostok szintjén nem felelnek meg tökéletesen egymásnak, ami arra ital, hogy

a további feldolgozásnak fontos szerepe van.

15

Az idegi ingerlés által kiváltott tapintási minőségek

Ha egy adott rost valami meglehetősen konkrét dolgot jelez a tapintási érzékletről, akkor

ennek a rostnak elektromos árammal történő közvetlen ingerlése ennek az érzékletnek az

illúzióját kellene, hogy keltse a bőr egy adott helyén. Az illuzórikus érintés helye megfelelne

az ingerelt rost receptív mezőjének, az érzéklet minősége pedig elárulna valamit a rost által

szállított információról.

A lassan adaptálódó rost ingerlése minőségileg más érzékletet kelt, mint a gyorsan

adaptálódó rost ingerlése. Amikor elektromosan ingereljük a lassan adaptálódó rostot, akkor a

személyek jellegzetes válasza enyhe, egyenletes nyomást jelez. Ez ahhoz hasonlítható, mint

amikor egy puha ecsetet érintenek stabilan a bőrhöz. Amikor a gyorsan adaptálódó rostokat

ingerlik, akkor a személy egyfajta zsongó vagy vibráló bőrérzésről számol be.

Összességében az elektromos ingerléses vizsgálatok alátámasztják, hogy a lassan és a

gyorsan adaptálódó rostok másfajta információt szállítanak a tapintási ingerről.

A tapintási receptorok

Minden afferens rost legalább egy mechanoreceptorban végződik, és abból a

mechanoreceptorból szállít tapintási információt a központi idegrendszerbe. Kezünkön a sima,

csupasz bőr négy különböző mechanoreceptor-típust tartalmaz, összesen mintegy tizenhétezer

darabot. Mindegyik receptortípus olyan rostokhoz kapcsolódik, amelyeknek egyedülálló

választulajdonsága van: gyorsan adaptálódó diffúz, gyorsan adaptálódó pontrostok, lassan

adaptálódó-diffúz és lassan adaptálódó pontrostok. Maguk a receptorok feltűnően változatos

szerkezetűek és bonyolultságúak, és ez a változatosság alakítja a különböző rosttípusok

működésbeli sajátosságait. A mechanoreceptorok olyan átalakítók, amelyek a bőr

benyomódására vagy nyomására válaszolnak. Egyes receptortípusokat speciális tok vesz

körül, amelyben összenyomható folyadék vagy zselé van. A tok alakja, mérete és

elhelyezkedése határozza meg, hogy milyen tapintási ingerféleség fog a tokban lévő

receptorra hatni. Például egy olyan receptor, amely egy nagy, ovális alakú tokban helyezkedik

el a bőrben úgy, hogy a hosszanti tengelye párhuzamos a bőr felszínével, a tok feletti bőr

viszonylag nagy területét érintő alakváltozására fog reagálni. Ha azonban az ovális tok a bőr

felszínére merőlegesen állna, akkor a tapintási ingernek a bőr körülírtabb területén kellene

megjelennie ahhoz, hogy a receptort aktiválja.

16

Az ujjhegyek és a tenyér bőre - tapintásra érzékeny területekre itt külön hangsúlyt fektetűnk

- kétfajta tokos receptort tartalmaz: ezek a Meissner-testek a bőr felső rétegében és a Pacini-

testek a bőr alsó rétegében. Jelenlegi tudásunk szerint a Meissner-testecskéket és a Pacini-

testeket gyorsan adaptálódó rostok idegzik be. A 1 1.7.. ábrán két másik, nem tokos

mechanoreceptort is láthatunk: a Merkel-korongokat és a Rufini - végződéseket. Ezt a bőr

középső rétegében elhelyezkedő két receptortípust a lassan adaptálódó rostok idegzik be.

Meissner-testek • Rögtön a bőr felszíne alatt mindegyik Meissner-test egy kis szemölcsbe van

ágyazva; ezek a szemölcsök alkotják a tenyér és ujjhegyek barázdáit. A tok úgy helyezkedik

el, hogy a hosszanti tengelye merőleges a bőr felszínére. Emberben kettő-hat gyorsan

adaptálódó pontrost ered egyetlen Meissner-testben. Mivel ez az afferens egység gyorsan

adaptálódik, ez válaszol a legjobban olyan átmeneti ingerekre, amelyek akkor keletkeznek, ha

valami a bőrnek dörzsölődik, vagy amikor az ujjunkat egy tárgy felszínén végighúztuk.

Fiatal, tíz év alatti személyeknél negyven-ötven Meissner-test található

négyzetmilliméterenként; ötvenéves korra a testecskék száma negyedére csökken, körülbelül

négyzetmilliméterenként tízre. A testecskék számának csökkenése jól korrelál a tapintási

érzékenység korral összefüggő csökkenésével, amit tapintópálcikákkal mutatnak ki.

6. ábra-Ember ujjbegyének keresztmetszete

Merkel-korongok• Egy kicsit mélyebbre haladva a bőrben, a Merkel-korongokkal találkozunk.

Ezt a mechanoreceptor-fajtát, amelyet ötös-tízes csoportokban találunk meg, a lassan adaptáló

dó, ponttípusú afferens rostok idegzik be. Úgy tudjuk, hogy ezek az egységek akkor

aktiválódnak, amikor a bőrt egy kis tárgy folyamatosan nyomja.

17

Ruffini-végződések • A Ruffini-végződések mélyebben fekszenek a bőrben, hosszúkás alakjuk

párhuzamos a bőr felszínével. Minden egyes Ruffini-sejtet egyetlen afferens rost idegez be, és

a szomszédos sejtek közösen használhatnak egyetlen rostot. Ennek a bemenetnek az

összetartása analóg a szem helyzetével, ahol több pálcika-fényreceptor adja egyetlen retinális

ganglionsejt bemenetét. Emlékezzünk rá, hogy a téri konvergencia (összetartás) a fokozott

érzékenységet szolgálja a téri felbontóképesség rovására. A Ruffini-végződéseket beidegző

rostok lassan adaptálódó diffúz típusúak, és úgy hisszük, ezek az idegi egységek szolgáltatnak

információt a bőrre gyakorolt folyamatos nyomásról. Mivel a bőr nyújtására is érzékenyek,

ezek a lassan adaptálódó diffúz egységek akkor aktívak, amikor az ujjak vagy más ízületek

mozognak, és így nyújtják a bőrt.

Pacini-testek • Ezek a legnagyobb méretű, legkisebb számú és legmélyebben elhelyezkedő

mechanoreceptorok. Minden egyes testet egyetlen gyorsan adaptálódó diffúz rost idegez be. A

Ruffini-végződéshez hasonlóan a Pacini-testnek is a hosszanti tengelye párhuzamos a bőr

felszínével. A Pacini-testek rendkívül érzékenyek az érintésre. Az ujjhegy már egészen apró

alakváltozása idegi impulzusokat vált ki a Pacini-testben. Álljunk meg egy pillanatra, és

fújunk a lehető leggyengédebben a tenyerünkre. A levegő enyhe érzése a bőrünkön

valószínűleg a Pacini-testek válaszából ered. A válasz gyorsan adaptálódik. Laboratóriumi

körülmények között a kutatók a Pacini-testrendszert úgy különítik el, hogy viszonylag nagy

méretű tapintási pálcikákat rezegtetnek magas frekvenciaín.

Mivel a Pacini-testek viszonylag mélyen helyezkednek el, a bőr viszonylag nagy

területének elváltozása ingerli őket, és térben kiterjedt érzékenységet eredményeznek.

Valójában egy Pacini-test receptív mezője akár több négyzetcentiméter nagyságú is lehet.

Ugyanakkor a receptorok mélyebb elhelyezkedése a tapintási inger helyéről csak

hozzávetőleges információt nyújt.

Szabad idegvégződések • A bőr - a csupasz és a szőrrel borított is - szabad idegvégződéseket

is tartalmaz. Ezek finom, hajszálvékony struktúrák, amelyek csipkés hálózatot alkotnak a bőr

minden rétegében. A szőrrel borított bőrben a szabad idegvégződés a szőrtüsző alapjára

tekeredik rá, így a szőrszál kismértékű meghajlása is idegi impulzusokat vált ki ezekből a

tapintási afferens egységekből. Ezek a szabad idegvégződések a bőr nyálkahártyával borított

részein is igen sűrűn oszlanak el, például az ajkakon és a genitális területen. A szem

szaruhártyájában is megtalálhatók, valamint - ahogy a következő fejezetben kiderül - az

orrban is.

18

Fontos figyelembe venni, hogy a tapintás, minden más érzékelőrendszertől eltérően, a

test egész félszínén megtalálható. Ez azt jelenti, hogy sok különböző, a gerincvelő teljes

hosszán belépő afferens idegrost szolgáltat bemenetet az agy tapintási központjának. A

bemenetek eme sokasága feltűnő ellentétben áll más modalitásokkal, ahol csak egy pár

agyideg (például a bal és jobb oldali hallóideg) vagy legfeljebb három pár agyideg (a nyelvet

és szájat beidegző arcideg, nyelv-garat ideg és bolygóideg) szállítja az információkat a

perifériás szervektől a központi idegrendszerbe. Ennek következtében a sok tapintási ideg

valamelyikének károsodása csak a test azon részén okoz érzékenységkiesést,amelyet az adott

ideg érint. Más modalitások esetén az adott idegrost károsodása sokkal lesújtóbb és

kiterjedtebb kárt okoz az érzékenységben.

Az emberi beszéd

Beszédképzés

A beszéd az emberi kommunikáció és az emberi gondolkodás legfontosabb eszköze, a

kommunikáció a társadalmi élet és a munkamegosztás alapvető feltétele. A nyelv egy

jelrendszer, amelynek elemeihez egy nyelvközösségen belül ugyanaz a jelenség tartozik. A

beszéd a nyelv elsődleges megnyilvánulási formája, az egyetlen olyan kommunikációs

eszköz, mely önmagában is érthető, ezért a beszédnek az emberi kommunikációban kiemelt

szerepe van.

A beszéd két nagy folyamatra osztható: a beszédprodukcióra és a beszédfeldolgozásra.

Mindkettő számos részfolyamatból épül fel. A beszédprodukció a kódolással kezdődik,

amikor a beszélő a gondolatait a megfelelő nyelvi formába önti. Az artikuláció a nyelvi

formák hangzó változatainak létrehozása, vagyis a beszéd tulajdonképpeni képzése. Amikor

az eredeti gondolatot tartalmazó modulált levegőrezgés elhagyja a beszélő ajkait, és kikerül a

légtérbe, akkor mint akusztikai hullámforma az idő, a frekvencia és az intenzitás

paramétereivel jellemezhető. Ezek adják a beszéd akusztikumát vagy akusztikai szerkezetét.

A beszédet felfogó, hallgató személy ezeket a hullámformákat képes feldolgozni a hallás

folyamatában. Ezek a legmagasabb rendű, ún. kognitív folyamatok.

A légzőrendszernek a beszéd kialakításában is fontos szerepe van. A tüdő, a gége, a

garat, a szájüreg és az orrüreg mind részt vesz az emberi beszédképzés folyamatában .A

légzőrendszer által biztosított, a kilégzés folyamán keletkező levegőáram, ami a

19

beszédhangok döntő többségét képezi, és a beszéd során beszédszerveinkkel módosítjuk a

tüdőből kifelé áramló levegőben a nyomásviszonyokat. Ez a módosító rész az artikulációs

csatorna. Az 'artikulációs csatorna' (más szakkifejezésekkel 'toldalékcső' vagy 'hangképző

üregrendszer') a beszédszerveknek a hangréstől az ajkakig terjedő szakasza. A gégéből

kiáramló levegő az artikulációs csatornába, egy viszonylag hosszú, bonyolult formájú, de

alapvetően cső jellegű térbe jut, amelyben az útja a garat- és szájüregen és (bizonyos

esetekben) az orrüregen keresztül vezet.

A hangok végleges megformálásához nem elegendő a tüdőből kiáramló levegő, sőt

még a hangszalagok ritmikus mozgásával keltett hang, a zönge sem. A beszéd és az ének

hanganyagának nagy változatossága, végső minősége az artikulációs csatornában alakul ki.

Az artikulációs csatorna alakját, méretét az itt található önálló mozgásra képes (úgynevezett

aktív) beszédszervek – elsősorban az ajkak, a nyelv és a lágy szájpad – révén szabályozzuk.

Ennek a szerepe kettős: Az artikulációs csatorna, mint rezonáló üregrendszer működik, a rajta

átáramló hangjelet formálj, módosítja. A levegő áramlásának megváltozása hangot kelt.

A hallássérült emberek számára a szájról olvasás közben pontosan az aktív beszédszervekkel

képzett hangok felismerésénél van problémájuk. Sok esetben nem egyértelmű, a hasonlóan

képződő hangoknál, hogy mit is takar a látott kép.

Alaptényezők, építőkockák

Fizikailag a hang három paraméterrel jellemezhető: időtartam, frekvencia és

frekvenciaösszetevők, valamint az intenzitás (hangerő).

Az időtartam az az időmennyiség, amely a hangrezgés megindulásától a rezgés lecsengéséig,

azaz a hang megszólalásától annak elhalásáig eltelik. Egy-egy beszédhang ejtésének

időtartamát sok tényező befolyásolja, általánosságban azt mondhatjuk, hogy a beszédhangok

ebben az osztályozásban vagy a hanglökések közé tartoznak, vagy a rövid idejű hangok alsó

tartományára jellemző értékekkel valósulnak meg.

A frekvencia a hangrezgés időegység alatti periódusainak a gyakorisága. Az időegység

egyezményesen 1 másodperc, tehát a frekvencia az 1 másodperc alatti teljes periódusok

száma. Egy teljes periódus során a nyomás a hanghullámban a légköri nyomással megegyező

értékről a maximális értékig nő, majd a nyomásminimumig csökken, s végül ismét a légköri

nyomás értékét veszi fel. Periódusidőn (T) azt az időtartamot értjük, amely egy teljes periódus

lezajlása alatt eltelik.

A hanghullámban energia terjed tova, és az áramló energia mennyisége arányos a

hangnyomással. Az intenzitás fogalmával a hangenergia nagyságát, a hangforrás

20

teljesítményét jellemezzük. Az intenzitás a hangterjedés irányára merőleges egységnyi

felületen időegység alatt átáramlott energiamennyiség. Mértékegysége a W/m2.

A beszédhangokat felépítő akusztikai építőkockákat mutatjuk be, azaz a beszéd

általános frekvenciaszerkezetét és intenzitásszerkezetét. Mindkét szerkezeti elem az idő

függvényében változik. Ezeknek a változásoknak az idő szempontjából jellemző elemeit az

időszerkezet tartalmazza. A frekvenciaszerkezet két komponensre bontható, a formánsokat és

zörejgócokat bemutató spektrális komponensre, valamint a hangszalagrezgésből adódó

alapfrekvencia (dallam) szerkezetre.

A beszédhangok létrehozásának egyik alaptényezője a gerjesztés, vagyis a hangforrás,

amiből az artikuláció hatására a tényleges beszédhang kialakul. A gerjesztési hang alapvetően

háromféle lehet: zöngés, zörejes és kevert. A zöngés gerjesztés szabályosan ismétlődő

hanghullám, azaz periodikus (a gyakorlatban kvázi-periodikus). Ez a jel a hangszalagok

működésének eredménye, a szakirodalomban zöngének nevezik. A zörejes gerjesztés

aperiodikus rezgés, amely a gége és a szájüreg különböző pontjain keletkezhet. Az

úgynevezett kevert gerjesztésről akkor beszélünk, amikor az előbbi kettő keveréke adja a

hangképzés alapját. A gerjesztési hang megvalósulásához az energiát a tüdőből kipréselt

levegőáram adja. A gerjesztés speciális fajtája az úgynevezett néma fázis (nincs hangzó

gerjesztési jel). A néma fázis az egyes beszédhangok (például a zöngétlen zárhangok) fontos

eleme.

7. ábra-A beszédképzés szervrendzsere

8. ábra-A légáram útvonala,mozgása

A beszéd egymástól megkülönböztethető elemek szervezett időbeni egymásutánisága,

soros szerkezetű. Elem lehet egy összefüggő mondanivaló, egy hosszabb szünetekkel

21

elhatárolt beszédrész, egy mondat, egy szó, egy beszédhang. A beszéd szerkezete felülről

nyitott, alulról pedig zárt.

Egy beszélt nyelv alapegysége a fonéma. Egy fonémakészlet elemek olyan minimális

számoságú halmaza, amelyből minden szó helyesen, de csak egyféleképpen állítható el. Az

azonos fonémákat képviselő beszédhangok az allofonok.

A beszédhangok osztályozása

magánhangzók: a, á, e, é ,i, o, ö, u, ü

mássalhangzók

zárhangok zöngés felpattanó: b, d, g, gy

zöngétlen felpattanó: p, t, k, ty

réshangok (frikatívák): zöngések j, v, z, zs;

zöngétlenek h, f, sz, s

zár-réshangok (affrikáták): zöngések dz, dzs;

zöngétlenek c, cs

nazálisok: m,n, ny

likvida: l

pergő: r

Magánhangzók

A magyarban 14 magánhangzó van, amelyeket a következő betűkkel jelölünk: á, a, o, ó, u, ú,

ü, ű, i, í, ö, ő, é, e .

Képzés

A képző mozgások szempontjából 9 magánhangzót különböztetünk meg, közülük 5 rövid-

hosszú párt alkot. A párok hosszú tagjának képzési helye szinte ugyanaz, mint a rövidé,

hangszínezete azonban kissé különbözik. Ez abból adódik, hogy a hosszúakat kissé zártabban

ejtjük, mint a rövid párjukat. A magánhangzókat a nyelv vízszintes és függőleges mozgása

szerint osztályozzuk. E szerint lehetnek elöl vagy hátul képzettek, illetve különböző

nyelvállásúak. Az állkapocs nyitási foka szerint lehetnek zártak, félig zártak és nyitottak.

További osztályozási szempont az ajakműködés, amelynek eredményeként lehetnek

ajakrésesek és ajakkerekítésesek. Az ajakréses magánhangzók második formánsa magasabb,

22

mint az ajakkerekítéseseké. Nyílt ejtés esetén az első formáns lefelé, a második esetenként

felfelé tolódik.

A magánhangzók egyszerű szerkezetűek, folyamatosan, önmagukban is ejthetők. A

mássalhangzók képzési helye hatással van az őket megelőző, illetve követő magánhangzók

képzésére. A magánhangzók akusztikai szerkezetének lényeges eleme az úgynevezett

hangátmeneti szakasz, amellyel a szomszédos hangokhoz kapcsolódnak. A magánhangzó

artikulációja sok esetben megjelenik a szomszédos mássalhangzó képzésében. Az egymásra

hatás ilyenkor kölcsönös.

Formánsok

A magánhangzók formánsai (az emberi beszédhang jellegzetes színét adó, rezonanciás úton

felerősített felhangtartomány) sávokban helyezkednek el. A formánsok egymás közötti relatív

távolsága határozza meg a hang karakterét. Ha az F1 (első formáns) magasabban van a sávján

belül, akkor az F2 (második formáns) is valószínűleg magasabban lesz a saját sávján belül. A

magánhangzók első két formánsának elhelyezkedését az is befolyásolja, hogy előttük, illetve

utánuk milyen frekvenciaszerkezetű hang van. Például az o magánhangzó F2-je alacsonyabb,

a ko hangkapcsolatban, mint a nyo-ban. Az ny F2-je ugyanis olyan magasan van az o F2-jéhez

képest, hogy az ny-ből az o-ba való artikulációs átmenet során az o nem tudja elérni a

legoptimálisabb képzési helyzetet, tehát a második formánsa magasabban realizálódik. Egy-

egy magánhangzónak tehát sokféle hangzása létezik a beszédben, ez egyrészről a

hangkörnyezettől, másrészről a beszélő személy ejtésétől függ.

9. ábra-Magánhangzók képzési formái

Formánsszerkezet

A magánhangzók frekvenciaszerkezetét általában 3 formánssal szokták jellemezni. Ezek

közül az első kettő a lényegesebb. A magánhangzók hangszínezetének kialakításánál a

formánsok frekvenciaértékén túl az egyes magánhangzók formánsainak egymástól való

úgynevezett távolsága a döntő. A magánhangzók frekvenciaszerkezete nyelvspecifikus.

23

10. ábra-Magánhangzók frekvenciaeloszlása

Mássalhangzók

Osztályozása

A mássalhangzókat a gerjesztésük szerint 3 csoportba osztjuk: zöngés, zöngétlen, és kevert.

Az utóbbi azt jelenti, hogy a zöngés elemre zörej is szuperponálódik. Időszerkezetük szerint

lehetnek egyszerűek és összetettek. Artikulációjuk szerint lehetnek stabilak (nem illeszkednek

a környező magánhangzókhoz), erősen illeszkedők és kölcsönösen illeszkedők. Akusztikai

szerkezetüket formánsokkal és zörejgócokkal jellemezzük. A magyarban a rövid és hosszú

mássalhangzók akusztikai szerkezete között nincs lényeges eltérés.

11. ábra-Mássalhangzórendszer

Zárhangok

A magyar felpattanó zárhangokat a b-p, d-t, gy-ty, g-k betűkkel jelöljük. Gerjesztésük zöngés,

illetve zöngétlen. Belső idő-, frekvencia- és intenzitásszerkezetük két fő részből áll, amelyet

24

az artikuláció határoz meg: zár és zárfelpattanás. A zárképzés az artikulációs csatornában az

egyes hangpárokra jellemző helyen jön létre. A g és k hang képzési helye változhat, a többié

nem.

12. ábra-Zárhangok

B

A b (bilabiális zöngés) zárhang zöngerészből és az azt követő zárfelpattanásból áll. A

zárfelpattanás akusztikai szerkezete hasonló hangsorkezdő és hangsorbelseji helyzetben, ettől

különböző hangsorzáró pozícióban. A zöngerész általában 15-25 dB-lel kisebb intenzitású,

mint a b hangot követő magánhangzó. A zárfelpattanáskor az intenzitás meredeken nő és

beleolvad a magánhangzó kezdeti szakaszába. A zárfelpattanás CV helyzetben rövid, 10-15

ms; hangsorzáró helyzetben hosszú, 40-50 ms. A hosszú b hang közel kétszer olyan hosszú

zöngeszakasszal rendelkezik, mint a rövid. A zárfelpattanás időtartama viszont nem változik.

A b hang zárfelpattanásának formánsai mozognak a hangot követő magánhangzó

függvényében. Ez a mozgás az F2 formánsra a legjellemzőbb:

ha VF2 600 és 1600 Hz közé esik, akkor kb. bF2 = VF2 ;

ha VF2 nagyobb 1600 Hz-nél, akkor kb. bF2 = (VF2 1600)/2 Hz.

Hangsorzáró helyzetben a hang zárfelpattanása határozott formánsszerkezetet mutat:

bF1= 400Hz, bF2 = 1200Hz, bF3 = 2300Hz.

D

A d (dentális) zöngés zárhang zöngeszakaszra és zárfelpattanásra bontható. A

zárfelpattanás akusztikai szerkezete hasonló hangsor kezdetén és hangsor belsejében, ettől

különböző hangsorzáró helyzetben. A zöngerész általában 15-25 dB-lel alacsonyabb

intenzitású, mint a d hangot követő magánhangzó. A zárfelpattanáskor az intenzitás csak kissé

növekszik és a hang beleolvad a magánhangzó kezdeti szakaszába. A zárfelpattanás CV

helyzetben rövid, 10-15 ms; hangsorzáró helyzetben hosszú, 40-50 ms. A hosszú d hang közel

kétszer akkora zöngeszakasszal rendelkezik, mint a rövid. A zárfelpattanás időtartama viszont

nem változik.

25

A d hang zárfelpattanásának formánsai elmozdulnak a hangot követő magánhangzó

függvényében. Ez a mozgás az F1 és az F2 formánsoknál jelentős:

ha VF1 kisebb, mint 400 Hz, akkor dF1 közel megegyezik a VF1-gyel;

ha VF1nagyobb, mint 400 Hz, akkor dF1 közelítőleg 400 Hz-en van;

ha VF2 kisebb, mint 1300 Hz, akkor dF2 közelítőleg 1300 Hz ;

ha VF2 1300 és 1800 Hz közötti, akkor dF2 közel megegyezik VF2-vel;

ha VF2 nagyobb, mint 1800 Hz, akkor dF2 közelítőleg 1800 Hz-en van.

Hangsorzáró helyzetben a d hang zárfelpattanása kevert gerjesztésűvé válik.

A zárfelpattanás formánsszerkezete: dF1: 300 Hz, dF2: 1600 Hz, dF3: 2600 Hz.

A zörejelem a hangsorzáró t hang frekvenciakomponenseit tartalmazza.

G

A g (veláris) zöngés zárhang. A hang zöngeszakaszból és az azt követő

zárfelpattanásból áll. A zárfelpattanás akusztikai szerkezete hasonló hangsor kezdetén és

hangsor belsejében, hangsorzáró helyzetben azonban más. A zöngerész általában 15-20 dB-lel

alacsonyabb intenzitású, mint a g hangot követő magánhangzó. A zárfelpattanáskor az

intenzitás csak kissé növekszik és a hang beleolvad a magánhangzó kezdeti szakaszába. A

zárfelpattanás CV helyzetben 35-40 ms; hangsorzáró helyzetben hosszú, 40-50 ms. A hosszú

g hang közel kétszer akkora zöngeszakasszal rendelkezik, mint a rövid. A zárfelpattanás

időtartama viszont ilyenkor sem változik.

A g hang képzési helye változik a hanghoz kapcsolódó magánhangzó függvényében.

A mássalhangzók közül ez a hang rendelkezik a legszélesebb képzési sávval. A hang

akusztikai szerkezete tehát erősen magánhangzófüggő. A g hang zöngerészből és az azt

követő zárfelpattanásból áll. A zárfelpattanás formánsai, főleg az F1 és az F2 erősen

illeszkednek a követő magánhangzóhoz:

ha VF1 kisebb, mint 300 Hz, akkor gF1 közel 300 Hz;

ha VF1 nagyobb, mint 300 Hz, akkor gF1 közel 450 Hz ;

A gF2 mindig követi a VF2-t, annál kissé 10-15 százalékkal magasabb értéket vesz fel.

Hangsorzáró helyzetben a g hang zárfelpattanásának formánsszerkezete:

gF1: 300 Hz, gF2: 1300 Hz, gF3: 2600 Hz.

A zárfelpattanás zöngés eleméhez zörej is járulhat, amely a hangsorzáró k hang

frekvenciakomponenseit tartalmazza.

26

Gy

A gy (palatális) zöngés zárhang. Ennek a mássalhangzónak az osztályozásában nincs

egységes vélemény. Vannak, akik zár-rés hangnak tartják. A hang zöngerészből és az azt

követő zárnyitódási szakaszból áll. A zárnyitódás akusztikai szerkezete hasonló hangsor

kezdetén és hangsor belsejében, hangsorzáró helyzetben azonban más. A zöngerész általában

15-25 dB-lel alacsonyabb intenzitású, mint a gy hangot követő magánhangzóé. A

zárnyitódáskor az intenzitás csak kissé növekszik, és a hang beleolvad a magánhangzó kezdeti

szakaszába. A zár nyitódása CV helyzetben 25-30 ms; hangsorzáró helyzetben hosszú, 60-80

ms. A hosszú gy hang közel kétszer akkora zöngeszakasszal rendelkezik, mint a rövid. A

zárnyitódásra fordított idő viszont ilyenkor sem változik.

A gy hang stabil frekvenciaszerkezettel rendelkezik, a zárfeloldódás formánsai

egyáltalán nem illeszkednek a hanghoz kapcsolódó magánhangzóhoz. A gy hang

zárfeloldódásának formánsszerkezete a következő:

gyF1: 300 Hz; gyF2: 2100 Hz; gyF3: 3500 Hz. A stabil frekvenciaszerkezet azt eredményezi,

hogy a gy-hez kapcsolódó magánhangzó formánsai hajlanak a gy formánsaihoz. Ezért a

magánhangzóban nagymértékű formánsmozgások jöhetnek létre, ha a két hang formánsai

távol vannak egymástól. Ilyenkor a magánhangzóban a hangátmeneti szakasz hosszabb, mint

a kölcsönös illeszkedésnél.

Zár-réshangok

A magyarban négyféle zár-rés hangnak van betűjele: dz, c, dzs, cs. Ezek a hangok

összetett szerkezetűek. Zár és rés kombinációjából állnak. Gerjesztésük lehet zöngés-zörejes

(kevert), illetve tisztán zörejes. A zár-rés hangok képzésekor a szájüreg adott helyén először

zárat képezünk, majd a zárat fokozatosan réssé alakítjuk. A hang frekvenciaszerkezetét a

zárképzés helye határozza meg.

13. ábra-Zár-réshangok

27

Dzs

A dzs (alveoláris) zöngés-zörejes gerjesztésű zár-rés hang, amely zöngeszakaszra és

zöngés-zörejes gerjesztésű zárfeloldódási részre (rés) bontható. A zönge időtartama hosszú,

80-100 ms, a zárfeloldódásé 40-60 ms CV kapcsolatban. A hangsorvégi dzs a magyarban csak

a bridzs szóban található meg. A zönge a d-jéhez hasonló szerkezetű, intenzitása 15-25 dB-lel

alacsonyabb, mint a követő magánhangzóé. A zár feloldódásakor az intenzitás lassan

növekszik, a hangban a zörej válik dominánssá. A hang ezután simán beleolvad a hozzá

csatlakozó magánhangzó kezdeti szakaszába. A résszakaszban az s hang zörejes eleméhez

hasonló szerkezetű hang keletkezik. A dzs hang utáni magánhangzóban is ugyanolyan

formánsmozgások zajlanak le, mint amilyenek a zs-hez való kapcsolódásnál.

Dz

A dz (dentális) zöngés-zörejes gerjesztésű zár-rés hang, amely zöngeszakaszra és

zöngés-zörejes gerjesztésű zárfeloldódási részre bontható. A zönge időtartama hosszú, 120-

140 ms, a zárfeloldódásé 50-80 ms hangsorbelseji helyzetben. A hangsorvégi dz elemei még

ennél is lényegesen hosszabbak lehetnek. A zönge a d-jéhez hasonló szerkezetű, intenzitása

15-25 dB-lel alacsonyabb, mint a követő magánhangzóé. A zár feloldódásakor az intenzitás

lassan növekszik és a hang ezután beleolvad a magánhangzó kezdeti szakaszába. A

résszakaszban a z zöngés-zörejes eleméhez hasonló szerkezetű hang keletkezik. A dz hang

utáni magánhangzóban is ugyanolyan formánsmozgások zajlanak le, mint amilyenek a z-hez

való kapcsolódásnál.

Réshangok

A magyarban nyolcféle réshangnak van betűjele: v, f, z, sz, zs, s, j, h. Ezeken túl a

kiejtésben megjelennek a j hang zöngétlen változata és a h különböző változatai is. A

réshangok mind egyszerű szerkezetűek, időben nem tagolódnak. Gerjesztésük lehet zöngés,

zörejes és kevert. A réshangok képzésekor a szájüreg adott helyén képezzük a rést. A réshang

hangzását a résképzés helye és a rés formája határozza meg.

28

14. ábra-Réshangok

S

Az s (alveoláris) zöngétlen réshang, egyszerű szerkezetű, időben nem tagolódik,

folyamatosan is ejthető. Az s hang intenzitásszerkezet szempontjából három részből áll:

kezdeti szakasz, középső, intenzív rész és a hang lecsengési fázisa, amiben az intenzitása

szinte nullára csökken. A hang középső részében az intenzitás 10-15 dB-lel kisebb, mint a

hanghoz csatlakozó magánhangzóé. Az s-hez kapcsolódó magánhangzó hirtelen

intenzitásnövekedéssel éri el a normál intenzitásszintjét. A hosszú s hang közel kétszer akkora

időtartamú, mint a rövid.

Az s hang zörejelemei az 1800-6500 Hz-es sávban találhatók. Ebben a sávban

általában egy intenzív zörejgóc alakul ki: sZ1: 2500-3500 Hz. A Z1 zörejkomponensének alsó

határa kissé mozog a hanghoz csatlakozó magánhangzó F2-jének a függvényében, hiszen az s

képzése közben már erre a magánhangzóra artikulálunk. Tehát az s kissé sötétebb hangzású a

só hangkapcsolatban, mint a sí-ben. Az s hangot követő magánhangzó formánsaiban

kismértékű mozgás van jelen az átmeneti fázisban.

Z

A z (dentialveoláris) zöngés-zörejes (kevert gerjesztésű) réshang. A hang egyszerű

szerkezetű, időben nem tagolódik, folyamatosan is ejthető. A z hang 10-20 dB-lel kisebb

intenzitású, mint a hozzá kapcsolódó magánhangzó. A hang folyamatosan beleolvad a hozzá

kapcsolódó magánhangzó kezdeti szakaszába.

A z hang, meghatározott formánsszerkezettel rendelkezik, ehhez keverednek a

zörejből adódó frekvenciakomponensek. A zöngés elem formánsai: zF1: 250-300 Hz ; zF2:

1300-1800 Hz ; zF3: 2600 Hz. A zF2 frekvenciaértéke (a megadott sávon belül) enyhén

követi VF2-jének értékét. Ha VF2 alacsony, akkor zF2 is alacsony és ellenkezőleg. A z hang

zörejkomponense ugyanolyan frekvenciaszerkezetű, mint az sz. A z-hez kapcsolódó

magánhangzó átmeneti fázisában a formánsok hajlanak a z formánsaihoz. A koartikulációs

29

illeszkedés tehát kölcsönös, de a nagyobb formánsmozgások inkább a magánhangzóban

jönnek létre.

V

Az v (labiodentális) zöngés réshang. A hang egyszerű szerkezetű, időben nem

tagolódik, folyamatosan is ejthető. A v hang 10-15 dB-lel kisebb intenzitású, mint a hozzá

kapcsolódó magánhangzó. A hang folyamatosan beleolvad a magánhangzó kezdeti

szakaszába. A v hang zöngés eleméhez zörej is hozzáadódhat. Ez főleg hangsorvégi

helyzetben fordul elő. A zörej hasonló frekvenciaszerkezetű, mint az f hang, csak kisebb

intenzitású.

A v hang, meghatározott formánsszerkezettel rendelkezik. Formánsai: vF1: 250-300

Hz; vF2: 800-1500 Hz; vF3: 2500 Hz. A vF2 mozog a hozzá kapcsolódó magánhangzó

függvényében: ha VF2 kisebb, mint 1300 Hz, akkor vF2 800 Hz körüli; ha VF2 1300 Hz és

1500 Hz közötti, akkor vF2 értékét a (VF2 1500)/2 Hz közelítő képlettel számíthatjuk ki; ha

VF2 nagyobb, mint 1800 Hz, akkor vF2 1500 Hz körüli.

Zs

A zs (alveoláris) zöngés-zörejes (kevert gerjesztésű) réshang. A hang egyszerű

szerkezetű, időben nem tagolódik, folyamatosan is ejthető, mintegy 10-15 dB-lel kisebb

intenzitású, mint a hozzá kapcsolódó magánhangzó. A zs hang folyamatosan beleolvad a

magánhangzó kezdeti szakaszába.

A zs hang zöngés eleme meghatározott formánsszerkezettel rendelkezik, ehhez

keverednek a zörejből adódó frekvenciakomponensek. A formánsok értékei: zF1: 250-300

Hz; zF2: 1600-2100 Hz; zF3: 2400-2600 Hz. A zsF2 értéke (a megadott sávon belül) enyhén

követi VF2-jének értékét. Ha VF2 alacsony, akkor zsF2 is alacsony és ellenkezőleg. A hang

zörejkomponense ugyanolyan frekvenciaszerkezetű, mint az s hangé. A csatlakozó

magánhangzó átmeneti fázisában a formánsok hajlanak a zs formánsaihoz. A koartikulációs

illeszkedés tehát kölcsönös, de a formánsmozgások inkább a magánhangzóban jönnek létre.

Nazálisok

A magyarban háromféle nazális hangnak van betűjele:m, n, ny. Az ng, nk és mv, mf

betűkapcsolatok ejtésekor az n és m képzési helye megváltozik. Ez a hangot is kissé

megváltoztatja. A nazális hangok ejtésekor az orrüreg nyitott, a szájüregben viszont akadályt

képezünk. Ezért ezeket a hangokat félzárhangnak is nevezhetjük. A zárképzés az artikulációs

30

csatornában mindegyik hangnál más ponton jön létre. Az m, mv, n, ng egyszerű szerkezetű,

folyamatosan ejthető. Az ny hang összetett szerkezetű, nazális zöngéből és zárfeloldódásból

áll.

15. ábra-Nazális hangok

A felsorolásban kiemelt mássalhangzók fontos szerep töltenek be a beszédhang

feldolgozásában a feladat elvégzése során. Mind a zöngéses hangok, mind a frikatívák olyan

hangok, amelyek képzésekor sokszor nem elég a vizuális megjelenítés a hallássérültek

számára, a zöngés és zöngétlen párok sokszor alig különböztethetőek meg. Ezen hangok

frekvenciatartománybeli értékeit kihasználva vibrotaktilis kijelzésre használhatjuk fel ezen

hangokat.

Taktilis kijelző

A taktilis kijelzés

A tapintás alapú információ közlés a tapintó szervek ingerlésével, az úgynevezett

taktilis kijelzőkkel lehetséges.

A számítógépes kijelzők nagy csoportját alkotják a tapintható kijelzők, melyek

segítségével a látás-, illetve halláskárosult emberek képesek a külvilágból származó, hozzájuk

érkező információkat kezelni. Legáltalánosabb alkalmazása a vakok számára készült

kijelzőknél van, de már készítenek egyéb segédeszközöket is ilyen berendezésekkel ellátva

halláskárosult személyek számára is. Taktilis kijelzőket alkalmaznak még a valós világ

modellezésére készülő különféle virtuális berendezéseknél is.

A vibrotaktilis kijelzők alapelve a következő: a beérkező információt, ami lehet vizuális vagy

hang információ, átalakítja megadott paraméterek felhasználásával mechanikai ingerekké.

Két nagy csoportra oszthatjuk fel őket, időben statikus és időben dinamikus kijelzők

csoportjára. Az elsőbe tartoznak a Braille írást megjelenítő eszközök, a másodikba az egyre

31

inkább elterjedőben lévő beszéd-átalakító eszközök és virtuális valóság megjelenítő

berendezések. Másik csoportosíthatóság, ha azt vesszük figyelembe, hogy a használó

mozgatja az ujját a szerkezeten, vagy a szerkezet fix ponton rá van erősítve a felhasználóra, és

úgy közvetíti a mechanikai ingereket. A cél azonban mindegyiknél, mindkét csoportnál ugyan

az: minél érthetőbb rezgési formákat állítsanak elő, több paraméter kijelzésére legyenek

alkalmasak, kis fogyasztással rendelkezzenek, könnyen kezelhetőek legyenek, bizonyos

fajtáknál a real-time megjelenítés, a méret és az univerzális alkalmazhatóság is fontos

szempont.

16. ábra-Taktilis kijelzőtípus 1

17. ábra-Taktilis kijelzőtípus 2

18. ábra-Taktilis kijelzőtípus 3

19. ábra-Taktilis kijelzőtípus 4

A tapitás felhasználása

A tapintást, mint érzékelést használja ki ez a kijelzőfajta a bőrben elhelyezkedő

érzőreceptorokat ingerlik. A taktilis kijelzők függetlenül vezérelhető mozgató

(aktuátor) elemek, amelyek a bőr felületét általában merőleges erőhatásnak teszik ki.

32

A kijelzés frekvenciája, dinamikája, amplitúdója, nyomása, a pontok távolsága határozza meg

az átvihető információ jellegét és mennyiségét.

20. ábra-Vibrotaktilis ingerlés

Mint már az a dolgozat elején bemutatásra került, a legérzékenyebb taktilis felvevő

pont az ujjak vége. Az ujjak végén 1-2 mm távolságra lévő rezgő pontok jól elkülöníthetők

függetlenül attól, hogy a felületre merőleges vagy oldalirányú a gerjesztés.

Egy ponton vibrálásként érzékelhető legmagasabb frekvencia 1000Hz, a

legérzékenyebb a bőr a kb 250Hz frekvenciájú rezgésekre. Egy ujjbegy legfeljebb 3,5 mm

elmozdulást visel el, a fájdalomküszöb 1,75 mm átmérőjű tüskénél 1,3 MPa. Az érzékelhető

legkisebb elmozdulás 2μm abban az esetben, ha az ujj elmozgatását nem engedjük meg.

Hiba! A hivatkozási forrás nem található.

Moy és szerzőtársai kimutatták, hogy ideális taktilis kijelző 500 mN/mm2 csúcsnyomással, 4

mm lökettel, 50 Hz sávszélességgel, a kijelzők legalább 1 mm-es távolságával jellemezhető.

A különféle kijelző technikák a központi vezérlő megoldásokban térnek el. Irodalmi

források alapján a különböző fizikai elveken működő taktilis kijelzők jellemzőit az 1. táblázat

tartalmazza. Az ott felsorolt megoldások közül, itt csak a legelterjedtebb megoldások

kerülnek rövid bemutatásra.

Taktilis kijelzőtípusok

Termoelektrikus stimulátor

A mozgató energiát a mozgatóegységben fellépő termofeszült-ségkülönbség adja. A

termoáramot felhasználó berendezés kis frekvenciájú rezgést tud előállítani, továbbá a rezgés

útja és az ingerelt felületre kifejtett nyomás is viszonylag alacsony értékeket vesz fel. Kis

energia igény jellemző rá, ami a teljesítményt is tükrözi.

Elektromágneses stimulátor

A szerkezetben az elektromágnes a motor rotációs mozgását lineáris mozgássá alakítja át.

Ennél a megoldásnál a széles a megvalósítható rezgetési frekvencia. A stimulátor mozgási

33

tartománya akár 10 mm is lehet. Nincs meghatározva a stimulátor mérettartománya és magas

a felületre gyakorolt nyomás értéke is.

Pneumatikus stimulátor

Alacsony működési frekvencia előállítására alkalmas megoldás. A szerkezet dugattyú elven

működő légszelepes megvalósítást alkalmaz. Az alacsony frekvencia ellenére viszonylag

erősebb nyomás éték érhető el ezzel a szerkezet-típussal.

Piezelektromos stimulátor

Működési elve a piezoeffektus. A fordított piezoelektromosságot felhasználva, ha a

piezoelektromos kristályra elektromos feszültséget adunk, akkor az elektromos térerősség

irányától függően összehúzódik, vagy megnyúlik. Ezt felhasználva a kristálycsíkokra szerelt

stimuláló tüskék a váltakozó feszültségre rezegni kezdenek.

A rendszer tervezése

Az áttanulmányozott technológiák közül kettő lett kiválasztva, melyek alkalmasak kis

energia-befektetés mellett a kívánt paraméterek elérésére. A kiválasztott típusoknál, a

piezokristályos és elektromágneses megoldásoknál először is azt kellett megvizsgálni, hogy

melyik képes olyan amplitúdójú rezgés előállítására, amely az ember számára használható

értékeknek felel meg, és a fentebb meghatározott paraméterek értékei körül mozognak.

A National Instruments által gyártott Elvis berendezésén lett megvalósítva a

piezokristály szerkezet tesztelése. Kis méretben és alacsony energia felhasználás mellett

megvalósítható volt a Piezzó eletromos hatás felhasználásával létrehozott stimuláció. Ebben

az esetben viszont a feljebb említésre került ideális paraméterek elérés csak 100V

nagyságrendjébe eső meghajtó feszültséggel hozhatók létre.

34

21. ábra-Piezokristályos model tesztelés 1.

22. ábra--Piezokristályos model tesztelés 2.

A méret és energiafelhasználási követelmények alapján lehetséges még az

elektromágnesen hatás felhasználásával létrehozott stimuláció, mely valamivel magasabb

súlyt eredményez ugyan, de sokkal egyszerűbb kivitelt tesz lehetővé. Kísérletek alapján

kiválasztott eljárás az elektromágneses erőhatás kihasználásán alapul, álló állandó mágnest,

álló elektromágnest és kis tömegű mozgó horgonyt tartalmaz.

23. ábra Elektromágneses elven működő

stimulátor

24. ábra Taktilis kijelző

Az elektromágneses elven működő stimulátor szerinti megvalósításon végzett mérések

alapján az elrendezés kis energiafelhasználás mellet alkalmas a kívánt hatás, azaz a kéz

különböző pontjainak érzékelhető ingerlésére. A szerkezet a beszédhang tulajdonságainak

felhasználásával több paraméter kijelzésére kell, hogy alkalmas legyen, így szükséges volt

olyan modell elkészítése, melyben azt lehetett megvizsgálni, hogy milyen hangátalakítások

menjenek végbe a kívánt eredmény eléréséhez.

35

Az elkészített modell

Az elkészített és kipróbált stimulátor vezérlésére egy számítógépes környezetben

felépített szimuláció szolgál. A szimuláció a környezetből érkező hanghullámok digitalizálása

után a hang jellemzőinek kinyerését valamint a stimulátor vezérlését végzi. Az emberi

beszédhang két paramétere lett kiválasztva a mechanikai megjelenítésre: a mássalhangzók

kétféle típusa, a zöngés hangok és a frikatív hangok. A hangképzés ennél a két típusnál

vizuálisan nem mindig határozható meg könnyedén, így esett a választás ezekre a

beszédjellemzőkre.

A zöngés hangok frekvenciatartománya 200 – 300 Hz közti érték, a frikatív hangok

ennél szélesebb frekvenciaspektrummal rendelkeznek, az 1000 Hz-től 3500 Hz-ig terjedő

tartománya esnek bele leginkább. Az első lépés a vezérlés megvalósításánál az analóg jel

digitalizálása. Így valósítható meg a kívánt frekvenciaértékek kiszűrése a 0-5000 Hz-ig

terjedő emberi beszédjelből. A kívánt szűrt értékek előállítása után frekvenciatartomány

modulációt kellett alkalmazni, mert míg a zöngés hangok frekvencia értékei a legérezhetőbb

rezgési tartományba esnek, addig a frikatív hangok ötször, hatszor magasabb értékekkel

rendelkeznek. A megfelelő moduláció alkalmazása után a jel visszaalakítását kell alkalmazni,

olyan formában, hogy, a két különböző paraméter megjelenítése külön-külön jelenik meg

ugyanabban az időben a vibrotaktilis szerkezeten. Erre a megoldásra a sztereo hangcsatorna

tökéletesen elegendő, így egy egyszerű modulációval a kívánt jel a csatorna egyik, illetve

másik oldalába vezérelhető. Ilyen formában tökéletesen adja vissza a taktilis kijelző a

megjelenítésre szánt beszédhangot.

Számítógépes szimuláció

Az elkészült és kipróbált stimulátor vezérlésére egy számítógépes környezetben

felépített szimuláció szolgál. A szimuláció a környezetből érkező hanghullámok digitalizálása

után a hang jellemzőinek kinyerését valamint a stimulátor vezérlését végzi. A kialakított

számítógépes rendszer blokkvázlata a 25. ábrán látható. A rendszerben a beszélő arcáról

képet és a hangját felhasználva készítünk egy lejátszható videókódolt állományt mely a

sztereó hangcsatornában a normál hang helyett a taktilis kijelző vezérlését tartalmazza, és így

lehetőséget teremt arra, hogy könnyen gyorsan tesztelhető legyen az algoritmus.

36

25. ábra-Számítógépes szimláció blokkvázlata

A számítógépes szimuláció megvalósítását Matlab programkörnyezetben végeztem,

mely alkalmas az audiófájlok kezelésére is. A szűrők megvalósításához a programhoz tartozó

Filter Designe Toolbox-t használtam, mely előre definiált algoritmussal, a kívánt szűrési

paraméterek megadásával végzi el a szűrést.

26. ábra-Matlab progrma és a Filter Designe Toolbox

37

A szűrés elvégzése után a magas frekvenciatartományba eső jelet a kívánt 200-300 Hz

közötti frekvenciatartományra kell transzformálni, ami a Hilbert transzformációval valósítható

meg.

A Hilbert-transzformáció nem más, mint az 1 1π⋅t függvénnyel való konvolúció, ami

Fourier-transzformált tartományban - j sgn(f)-fel való szorzást jelent. Összefoglalva:

F − − =1 1 1( sgn( ) )j ftπ a Hilbert transzformáció súlyfüggvénye,

∫+∞

∞− −= τ

ττ

πd

tsts )(1)}({H

a Hilbert-transzformáció konvolúciós integrálja.

S(f)

Sekv(f)

f-B-B

12 0S f fekv ( )−1

2 0S f fekv* ( ( ))− +

f

Re{}Im{}

f0-B f0+ Bf0 f0-f0-B -f0+ B 27. ábra-A jel és alapsávi ekvivalens spektruma

A 27. ábra alapján jól látható, hogy a S f S f j j f S f+ = + −( ) ( ) ( sgn( ) ) ( ) szerint definiált pozitív frekvenciájú spektrum az alapsávi ekvivalens spektrumának

egyszerű eltoltja (A - j sgn(f) a Hilbert-transzformálás átviteli függvénye), azaz:

S f S f fS f S f f

ekv

ekv

+

+

= −= +

( ) ( )( ) ( )

0

0

Innen, felhasználva hogy a frekvenciatartománybeli eltolás időtartományban egy

exponenciális taggal való szorzást jelent:

s t s t eekvj f t

+ =( ) ( ) 2 0π,

s t s t eekvj f t( ) ( )= +

− 2 0π,

azaz az s+(t) jel előállítható az eredeti jelből a Hilbert-transzformáció segítségével, ebből

pedig egy e j f t− 2 0π -vel való szorzással az alapsávi ekvivalenshez jutunk.

38

Ezt a 90 fokos késleltetésű algoritmust nevezik Hilbert transzformátornak. A

szoftverekben kétféle Hilbert transzformátorral találkozhatunk: az egyik jelfolyam típusú

szűrő, a másik implementációban pedig a Fourier transzformált együtthatóit módosítják.

A megfelelő mátrix műveletek elvégzése után, az elkészült jel adatokat egy hangfáljba írom

vissza.

Példamondat

Klári mindig ráugrik a moziban, amikor jönnek a cápák.

28. ábra-Az eredeti és a modulált jel jelalakja

29. ábra-Eredeti hang frekvenciatartománya

30. ábra-Modulált hang frekvenciatartománya

39

31. ábra-Az eredeti hangfálj jangképe

32. ábra-A modulált hangfálj hangképe

40

Programkód

function vege(input,output); Függvény meghívás, bemeneti és kimeneti

hanffájlok megadás,

load low.mat Aluláteresztő szűrő meghívása

load band.mat Sávszűrő meghívása

Y = wavread(input); A megadott hangfájl beolvasása

Y = Y*6; A beolvasott beszédhang felerősítése, amplitúdó

moduláció

t=(1:length(Y))'/length(Y); Időtényező deklarálása

z=cos(2000*2*pi*t); A frekvenciaeltoláshoz szüksége jel deklarálása

B = filter(Hd_low,Y); A beolvasott fájl aluláteresztő szűrése

B = B*4; Az eredmény erősítése

B(:,2) = []; Az eredmény egycstornásssá alakítása

A = filter(Hd_band,Y); A beolvasott fájl sávszűrése

A(:, 2) = []; Az eredmény egycstornásssá alakítása

x2=real(hilbert(A)./hilbert(z)); A sávszűrt eredmény Hilbert-transzformációja

yn = x2*2; Az eredmény erősítése

X = zeros(length(Y),2); Egy üres mátrix deklarálása, 2 x az eredeti hagfájl hossz

X(:,1) = B; A mátrix egyik oszlopának feltöltése az aluláteresztő

szűrővel késztett eredménnyel

X(:,2) = yn; A mátrix másik oszlopának feltöltése az sávszűrővel

késztett eredménnyel

wavwrite(X,16000,output); A végeredmény kiíratása hagfájlba

subplot(2,1,1); A kezdeti fájl hangképének és a megszűrt fájl

plot(Y); hangképének kirajzoltatása

xlabel('time(s)');

ylabel('relatív hangteljesítmény(db)');

title('Original Signal');

subplot(2,1,2);

plot(X);

xlabel('time(s)');

ylabel('relatív hangteljesítmény(db)');

title('Modulated Signal');

41

33. ábra-A számítógépes szimulációs rendszer

A számítógépes szimuláció során elkészült állományok bármely számítógépen

lejátszhatók és az taktilis kijelzőt a hangszóró kimenetre csatlakoztatva felhasználható.

Tapasztalatok a taktilis kijelző használatáról

A taktilis kijelző által szolgáltatott információk abban az esetben segítik a

beszédmegértésben a felhasználót, ha az megtanulta a taktilis jelek értelmezését. Siketek

esetében nem természetes a zöngés/zöngétlen fogalom ezért ennek, illetve az ebből képzett

taktilisan átvitt jellemző megtapasztalása csak tanulás után segíti a szájról olvasott beszéd

megértését.

Továbbfejlesztési lehetőségek

Kísérleti lehetőségeket ad még további folyamatok beiktatása a jelfeldolgozásba. Tisztább

és érthetőbb taktilis impulzust lehet talán elérni a nullátmenet detekció alkalmazásával. Más

szűrési feltételek felhasználásával szintén a tisztább információközlést lehet javítani.

A taktilis kijelzővel végzett kísérletek alapján az elrendezés és algoritmus alkalmas arra,

hogy önálló megjelenési formában elkészüljön. A taktilis kijelző elkészítésnél hármas célt

határoztunk meg:

• Legyen egy számítógépes perifériaként valódi hang kimenetről működő változat;

42

• Legyen összekapcsolható mobil telefonnnal;

• Legyen önálló mikrofonnal rendelkező telepes működtetésű változat.

34. ábra Tervezett taktilis kijelző logikai elrendezése

43

Irodalomjegyzék Robert Sekuler – Randolph Blake: Észlelés, Osiris Kiadó, Budapest, 2000 Szentágothai János – Réthelyi Miklós: Funkcionális anatómia III., Medicina,Budapest,2002 Az emberi test. Medicina - Láng Kiadó, Budapest Matematikai kézikönyv, Typotex Kiadó, Budapest, 2002 Gordos - Takács: Digitális beszédfeldolgozás, Mûszaki könyvkiadó, Budapest 1983. MTA Nyelvtudományi Intézet Fonetikai kutatólaboratóriuma :Magyar nyelvi eszédtechnológiai alapismeretekInterdiszciplináris, multimédiás szakkönyv M. Jungmann, H. F. Schlaak :Miniaturised Electrostatic Tactile Display with High Structural Compliance, Institute of Electromechanical Design / Darmstadt University of Technology Vincent Hayward Juan Manuel Cruz-Hern´andez: TACTILE DISPLAY DEVICE USING DISTRIBUTED LATERAL SKIN STRETCH, Department of Electrical Engineering and Center for Intelligent Machines, McGill University I.Sarakoglou N.Tsagarakis D.G.Caldwell :A Portable Fingertip Tactile Feedback Array –Transmission System Reliability and Modelling, Centre for Advanced Robotics Research, Department of Computing, Science and Engineering, Salford University http://www.mathworks.com/ http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/loadCategory.do