Spgram Tut

8/2/2019 Spgram Tut

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s p g r a m b w : P l o t S p e c t r o g r a m s i n M A T L A B

M i k e B r o o k e s

1 2 t h M a y 2 0 1 1

C o n t e n t s

1 I n t r o d u c t i o n 1

2 F u n c t i o n c a l l 2

3 C o l o u r m a p s 2

4 F r e q u e n c y a x i s 3

4 . 1 N o n l i n e a r f r e q u e n c y s c a l i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4 . 2 F r e q u e n c y r a n g e a n d s t e p s i z e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5 A n a l y s i s b a n d w i d t h 4

6 T i m e A x i s 4

7 I n t e n s i t y s c a l i n g 5

8 W a v e f o r m a n d t r a n s c r i p t i o n 6

9 O u t p u t A r g u m e n t s 6

1 0 M O D E s t r i n g o p t i o n s 6

1 1 M A T L A B C o d e f o r g u r e s 7

1 I n t r o d u c t i o n

T h i s d o c u m e n t d e s c r i b e s t h e s p g r a m b w f u n c t i o n w h i c h i s p a r t o f t h e v o i c e b o x t o o l b o x a v a i l a b l e a t h t t p : / /

w w w . e e . i c . a c . u k / h p / s t a f f / d m b / v o i c e b o x / v o i c e b o x . h t m l [ B r o 9 7 ] . W e w i l l u s e a s a n e x a m p l e , t h e f o l l o w i n g

s e n t e n c e S i x p l u s t h r e e e q u a l s n i n e f o r w h i c h a s p e c t r o g r a m i s s h o w n b e l o w i n c u l d i n g t h e s p e e c h w a v e f o r m

a n d a t i m e - a l i g n e d p h o n e t i c a n n o t a t i o n .

Time (s)

F r e q u e n c y ( k H z )

1: MODE='pJcwat'

s k s p l s r i i k w z n a n

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / D e c a d e ( d B )

25

30

35

40

45

50

55

60

1

8/2/2019 Spgram Tut


2 F u n c t i o n c a l l

T h e b a s i c c a l l t o t h e f u n c t i o n i s :

[ T , F , B ] = s p g r a m b w ( S , F S , M O D E , B W , F M A X , D B , T I N C , A N N )

w h e r e a l l b u t t h e r s t t w o i n p u t a r g u m e n t s a r e o p t i o n a l . T h e i n p u t a r g u m e n t s a r e :

S i n p u t s p e e c h w a v e f o r m

F S s a m p l e r a t e o f s p e e c h w a v e f o r m

M O D E t e x t s t r i n g s p e c i f y i n g a l a r g e r a n g e o f o p t i o n s

B W t h e b a n d w i d t h o f t h e s p e c t r o g r a m . T h i s a r g u m e n t d e t e r m i n e s t h e t r a d e o b e t w e e n t i m e a n d f r e q u e n c y

r e s o l u t i o n .

F M A X s p e c i e s t h e r a n g e a n d r e s o l u t i o n o f t h e f r e q u e n c y a x i s

D B s p e c i e s t h e r a n g e o f p o w e r s p e c t r a l d e n s i t y d i s p l a y e d

T I N C s p e c i e s t h e r a n g e a n d r e s o l u t i o n o f t h e t i m e a x i s

A N N g i v e s a n o p t i o n a l a n n o t a t i o n l e c o n t a i n i n g w o r d s o r p h o n e m e s .

I f a l l y o u w a n t t o d o i s d r a w a s p e c t r o g r a m , t h e n t h e f u n c t i o n s h o u l d b e c a l l e d w i t h o u t a n y o u t p u t a r g u m e n t s .

I f o u t p u t a r g u m e n t s a r e s p e c i e d , t h e n n o s p e c t r o g r a m w i l l b e d r a w n u n l e s s t h e ' g ' m o d e o p t i o n i s a l s o g i v e n .

T h e o u t p u t a r g u m e n t s a r e

T g i v e s t h e t i m e o f e a c h t i m e - a x i s s a m p l e p o i n t

F g i v e s t h e f r e q u e n c y o f e a c h f r e q u e n c y - a x i s s a m p l e p o i n t

B a 2 - d i m e n s i o n a l a r r a y g i v i n g t h e s p e c t r a l d e n s i t y a t e a c h t i m e - f r e q u e n c y p o i n t .

I n t h e p l o t s s h o w n i n t h i s d o c u m e n t , t h e t i t l e ( a b o v e t h e s p e c t r o g r a m ) s h o w s t h e g u r e n u m b e r ( w r i t t e n { n }

i n t h e t e x t ) , t h e v a l u e o f t h e M O D E a r g u m e n t a n d t h e v a l u e o f a n y o t h e r a r g u m e n t s t h a t a r e n o t n u l l .

3 C o l o u r m a p s

T h e d e f a u l t o u t p u t i s a m o n o c h r o m e s p e c t r o g r a m s h o w n a s { 2 } . S p e c i f y i n g t h e ` j ' m o d e o p t i o n u s e s t h e j e t

c o l o u r m a p i n s t e a d w h i c h i s c o l o u r f u l a n d i n t u i t i v e { 3 } . H o w e v e r i t d o e s n o t r e p r o d u c e a c c u r a t e l y i f v i e w e d

o r p r i n t e d i n m o n o c h r o m e a n d s o I n o r m a l l y u s e t h e ` J ' o p t i o n i n s t e a d w h i c h i s l e s s a g g r e s s i v e a n d c o n v e r t s

a c c u r a t e l y t o m o n o c h r o m e { 4 } . N o t i c e t h a t I h a v e a l s o u s e d t h e ` c ' o p t i o n i n e a c h c a s e i n o r d e r t o i n c l u d e a

c o l o u r b a r g i v i n g t h e i n t e n s i t y s c a l e i n d e c i b e l s .

Time(s)


2: MODE='pc'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


3: MODE='pjc'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


4: MODE='pJc'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

2 : M o n o c h r o m e 3 : ` j ' = J e t 4 : ` J ' = T h e r m a l

A d d i n g t h e ` i ' o p t i o n i n v e r t s t h e c o l o u r m a p s o t h a t d a r k a r e a s n o w c o r r e s p o n d t o h i g h i n t e n s i t y . F o r t h e s e

e x a m p l e s , I h a v e o m i t t e d t h e ` c ' o p t i o n s o t h e c o l o u r b a r i s m i s s i n g .

2

8/2/2019 Spgram Tut


Time (s)

F r e q u e n c y

( k H z )

5: MODE='pi'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Time (s)

F r e q u e n c y

( k H z )

6: MODE='pji'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Time (s)

F r e q u e n c y

( k H z )

7: MODE='pJi'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5 : ` i ' = I n v e r t e d M o n o c h r o m e 6 : ` i j ' = I n v e r t e d J e t 7 : ` i J ' = I n v e r t e d T h e r m a l

4 F r e q u e n c y a x i s

4 . 1 N o n l i n e a r f r e q u e n c y s c a l i n g

T h e d e f a u l t f r e q u e n c y a x i s i s l i n e a r i n H z a s s e e n i n t h e e x a m p l e s a b o v e . S p e e c h s c i e n t i s t s u s u a l l y p r e f e r a

n o n l i n e a r f r e q u e n c y s c a l e i n w h i c h h i g h f r e q u e n c i e s a r e c o m p r e s s e d . T h e r e a r e s e v e r a l w i d e l y u s e d f r e q u e n c y

s c a l e s a n d t h e s e a r e p l o t t e d b e l o w ( s c a l e d t o c o i n c i d e a t 1 k H z ) [ M G 8 3 , G h i 9 4 , S V N 3 7 , Z w i 6 1 , Z T 8 0 ] . T h e l o g

s c a l e { 8 } p r o v i d e s t h e m o s t c o m p r e s s i o n a t h i g h f r e q u e n c i e s b u t i t i s m o r e u s u a l t o u s e o n e o f t h e p h y s i o l o g i c a l

o r p s y c h o a c o u s t i c a l s c a l e s : E r b - r a t e { 9 } , M e l { 1 0 } o r B a r k { 1 1 } . T h e s c a l e i s s e l e c t e d b y t h e M O D E o p t i o n s

` l ' , ` e ' , ` m ' o r ` b ' . I n a l l c a s e s , i t i s p o s s i b l e t o a d d a l s o t h e ` f ' o p t i o n w h i c h c a u s e s t h e f r e q u e n c y a x i s l a b e l s t o

b e w r i t t e n i n H z a s i n { 1 2 } . I n a l l t h e p l o t s b e l o w , I h a v e r e d u c e d t h e b a n d w i d t h t o 8 0 H z ( s e e s e c t i o n 5 ) t o

g i v e b e t t e r f r e q u e n c y r e s o l u t i o n .

0 1 2 3 4 5 60

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Frequency (kHz)

S c a l e r e l a t i v e t o 1

k H z

Frequency scales

lin

log

mel

bark

erb-rate

Time(s)

F r e q u e n c y ( l o g 1 0

H z )

8: MODE='pJcl', BW=80

0.5 1 1.5

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)

F r e q u e n c y ( E r b - r a t e )

9: MODE='pJce', BW=80

0.5 1 1.5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32


25

30

35

40

45

50

55

60

F r e q u e n c y s c a l e s 8 : ` l ' = L o g s c a l e d 9 : ` e ' = E r b - r a t e s c a l e d

Time(s)

F r e q u e n c y ( k M e l )

10: MODE='pJcm', BW=80

0.5 1 1.5

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

P o

w e r / D e c a d e ( d B )

25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)

F

r e q u e n c y ( B a r k )

11: MODE='pJcb', BW=80

0.5 1 1.5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

P o


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)

B a r k - s

c a l e d f r e q u e n c y ( H z )

12: MODE='pJcbf', BW=80

0.5 1 1.5

0

500

1k

2k

5k

10k

P o


25

30

35

40

45

50

55

60

1 0 : ` m ' = M e l s c a l e d 1 1 : ` b ' = B a r k s c a l e d 1 2 : ` b f ' = B a r k + H z l a b e l s

4 . 2 F r e q u e n c y r a n g e a n d s t e p s i z e

B y d e f a u l t t h e f r e q u e n c y a x i s e n c o m p a s s e s t h e e n t i r e r a n g e f r o m 0 H z t o t h e N y q u i s t f r e q u e n c y ,

1

2f s , b u t t h i s

i s o f t e n t o o l a r g e . T h e F M A X i n p u t p a r a m e t e r a l l o w s y o u t o s p e c i f y t h e d e s i r e d f r e q u e n c y r a n g e . S e t t i n g

F M A X = 4 0 0 0 { 1 3 } r e s t r i c t s t h e f r e q u e n c y r a n g e t o a m a x i m u m o f 4 k H z w h i l e F M A X = [ 2 0 0 0 4 0 0 0 ] s e t s t h e

r a n g e t o 2 k H z t o 4 k H z { 1 4 } . N o r m a l l y t h e f r e q u e n c y s t e p s i z e i s

1

256o f t h e d i s p l a y e d r a n g e , b u t y o u c a n a l s o

s p e c i f y t h e s t e p s i z e e x p l i c i t l y : F M A X = [ 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 0 ] g o e s f r o m 2 k H z t o 4 k H z i n s t e p s o f 2 0 0 H z { 1 5 } . I f a

n o n l i n e a r f r e q u e n c y s c a l i n g h a s b e e n s e l e c t e d b y t h e ` l ' , ` e ' , ` m ' o r ` b ' o p t i o n s , t h e n F M A X m u s t b e s p e c i e d i n

s c a l e d u n i t s u n l e s s t h e ` h ' o p t i o n i s g i v e n , i n w h i c h c a s e t h e y a r e i n H z a s n o r m a l . N o t e t h a t s e l e c t i n g a v e r y

3

8/2/2019 Spgram Tut


s m a l l s t e p s i z e d o e s n o t m a k e t h e s p e c t r o g r a m a n y l e s s b l u r r y ; t h e f r e q u e n c y r e s o u l u t i o n i s d e t e r m i n e d b y t h e

a n a l y s i s b a n d w i d t h , B W , d e s c r i b e d i n s e c t i o n 5 .

Time(s)


13: MODE='hpJc', FMAX=4000

0.5 1 1.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

P o w e r / D e c a d

e ( d B )

25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


14: MODE='hpJc', FMAX=[2000 4000]

0.5 1 1.5

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4


e ( d B )

25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


15: MODE='hpJc', FMAX=[2000 200 4000]

0.5 1 1.5

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4


e ( d B )

20

25

30

35

40

45

50

55

1 3 : 0 t o 4 k H z 1 4 : 2 t o 4 k H z 1 5 : 2 0 0 H z r e s o l u t i o n

5 A n a l y s i s b a n d w i d t h

T h e r e i s a n u n a v o i d a b l e t r a d e o b e t w e e n t i m e r e s o l u t i o n a n d f r e q u e n c y r e s o l u t i o n t h a t i s o f t e n k n o w n a s t h e

u n c e r t a i n t y p r i n c i p l e . T h e B W i n p u t p a r a m e t e r s p e c i e s t h e −6d B a n a l y s i s b a n d w i d t h w h i c h i s t h e f r e q u e n c y

s e p a r a t i o n a t w h i c h t w o t o n e s w i l l d e n i t e l y g i v e d i s t i n c t p e a k s . F r o m t h e p o i n t o f v i e w o f f r e q u e n c y r e s o l u t i o n ,

i t f o l l o w s t h a t t h e s m a l l e r B W t h e b e t t e r . H o w e v e r s e l e c t i n g a s m a l l v a l u e o f B W m e a n s t h a t r a p i d a m p l i t u d e

v a r i a t i o n s w i t h i n a n y s i n g l e f r e q u e n c y b i n w i l l b e a t t e n u a t e d a n d , i n p a r t i c u l a r , a m p l i t u d e v a r i a t i o n s f a s t e r t h a n

1

2B W w i l l b e a t t e n u a t e d b y m o r e t h a n −6

d B r e s u l t i n g i n p o o r t i m e r e s o l u t i o n .

Time(s)


16: MODE='pJcwat', BW=50

s I k s p l V s T r i: i: k w@ z n aI n 0

0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


17: MODE='pJcwat'

s I k s p l V s T r i: i : k w@ z n aI n 0

0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)



s I k s p l V s T r i : i: k w@ z n aI n 0

0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


20

25

30

35

40

45

50

55

1 6 : B W = 5 0 H z 1 7 : B W = 2 0 0 H z ( d e f a u l t ) 1 8 : B W = 4 0 0 H z

I n t h i s s p e e c h e x a m p l e , w h i c h i s b y a f e m a l e t a l k e r , t h e l a r y n x f r e q u e n c y v a r i e s f r o m 3 0 0 H z d o w n t o

1 5 0 H z . I f B W i s c h o s e n t o b e b e l o w t h e f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y , e . g . B W = 5 0 H z i n { 1 6 } , t h e h a r m o n i c s o f t h e

l a r y n x f r e q u e n c y a r e c l e a r l y v i s i b l e a s q u a s i - h o r i z o n t a l s t r i p e s , h o w e v e r t h e t i m e r e s o l u t i o n i s r e l a t i v e l y p o o r .

I n a b r o a d b a n d s p e c t r o g r a m , i n c o n t r a s t , t h e b a n d w i d t h i s c h o s e n t o b e h i g h e r t h a n t h e l a r y n x f r e q u e n c y , e . g .

B W = 4 0 0 H z i n { 1 8 } , a n d t h e i n d i v i d u a l h a r m o n i c s a r e n o l o n g e r r e s o l v e d . T h e t i m e r e s o l u t i o n i s h o w e v e r m u c h

i m p r o v e d a n d i t i s p o s s i b l e t o r e s o l v e t h e i n d i v i d u a l a c o u s t i c e x c i t a t i o n s a r i s i n g f r o m e a c h l a r y n x p u l s e ; t h e s e

a r e v i s i b l e a s v e r t i c a l s t r i a t i o n s d u r i n g t h e / a I / p h o n e m e o f n i n e a t a t i m e o f a r o u n d 1 . 5 s e c o n d s . T h e d e f a u l t

b a n d w i d t h i s B W = 2 0 0 H z { 1 7 } w h i c h i s o f t e n t o o l a r g e t o r e s l v e t h e l a r y n x f r e q u e n c y h a r m o n i c s b u t w h i c h

m a k e s t h e v o c a l t r a c t r e s o n a n c e s , o r f o r m a n t s , e a s y t o s e e .

6 T i m e A x i s

A s d i s c u s s e d i n s e c t i o n 5 , t h e t i m e r e s o l u t i o n i s d e t e r m i n e d b y t h e B W p a r a m e t e r , a n d m o d u l a t i o n f r e q u e n c i e s

a b o v e

1

2B W a r e n o t s h o w n i n t h e s p e c t r o g r a m . F o r t h i s r e a s o n , t h e d e f a u l t t i m e - s t e p i s t a k e n a s

0.45

B W

a n d , f o r

s m a l l v a l u e s o f B W , t h i s m a y g i v e a b l o c k y a p p e a r a n c e { 1 9 } . T o a v o i d t h i s y o u c a n e x p l i c i t l y s e t a s m a l l e r t i m e

s t e p u s i n g t h e T I N C p a r a m e t e r a s s h o w n i n { 2 0 } ; n o t e t h a t a l t h o u g h t h i s r e s u l t s i n a s m o o t h e r a p p e a r a n c e , i t

d o e s n o t i m p r o v e t h e t i m e r e s o l u t i o n w h i c h i s s t i l l d e t e r m i n e d b y t h e B W p a r a m e t e r ( s e e s e c t i o n 5 ) .

4

8/2/2019 Spgram Tut


Time(s)




0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


20: MODE='pJcwat', BW=20, TINC=0.005


0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)


21: MODE='pJcwat', BW=20, TINC=[1.1 0.001 1.4]

k w @ z n

1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.40

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


15

20

25

30

35

40

45

50

1 9 : B W = 2 0 H z 2 0 : B W = 2 0 , T I N C = 0 . 0 0 5 2 1 : T I N C = [ 1 . 1 0 . 0 0 1 1 . 4 ]

Y o u c a n r e s t r i c t t h e d i s p l a y t o a s p e c i c t i m e i n t e r v a l b y s e t t i n g T I N C = [tmin tmax] o r T I N C = [tmin tstep tmax]i f y o u w a n t t o s p e c i y t h e t i m e - s t e p a s w e l l { 2 1 } . N o t i c e i n { 2 1 } t h a t t h e w a v e f o r m a n d a n n o t a t i o n s r e m a i n

c o r r e c t l y a l i g n e d .

T h e s a m p l e t i m e o f S (1) i s a s s u m e d b y d e f a u l t t o b e

T 1 = 1

FS, b u t y o u c a n s e t i t t o a n y o t h e r v a l u e b y

m a k i n g t h e s e c o n d i n p u t a r g u m e n t a v e c t o r : [ F S T 1 ] .

7 I n t e n s i t y s c a l i n g

T h e d e f a u l t s p e c t r o g r a m s h o w s t h e s p e c t r a l d e n s i t y i n u n i t s o f p o w e r p e r H z { 2 2 } . B e c a u s e m o s t s p e e c h

e n e r g y i s c o n c e n t r a t e d a t l o w f r e q u e n c i e s , t h i s c a n m a k e i t d i c u l t t o s e e d e t a i l i n t h e d i s p l a y a t b o t h l o w a n d

h i g h f r e q u e n c i e s . T o a v o i d t h i s , y o u c a n u s e t h e ` p ' o p t i o n t o d i s p l a y p o w e r p e r d e c a d e i n s t e a d : t h i s o p t i o n

m u l t i p l i e s t h e p o w e r b y a v a l u e p r o p o r t i o n a l t o t h e f r e q u e n c y a n d s o e m p h a s i s e s h i g h f r e q u e n c i e s { 2 3 } . I f y o u

a r e u s i n g o n e o f t h e n o n - l i n e a r f r e q u e n c y s c a l i n g o p t i o n s d e s c r i b e d i n s e c t i o n 4 . 1 , y o u h a v e a t h i r d o p t i o n w h i c h

i s t o s h o w p o w e r p e r b a r k / e r b / . . . { 2 4 } .

Time(s)

F r e q u e n c y ( k H

z )

22: MODE='Jc'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B

)

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Time(s)

F r e q u e n c y ( k H

z )

23: MODE='pJc'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


25

30

35

40

45

50

55

60

Time(s)

B a r k - s c a l e d f r e q u e n

c y ( H z )

24: MODE='PJcbf'

0.5 1 1.5

0

500

1k

2k

5k

10k

P o w e r / B a r k ( d B

)

10

15

20

25

30

35

40

45

1

2 2 : P o w e r / H z 2 3 : ` p ' = P o w e r / D e c a d e 2 4 : ` P ' = P o w e r p e r B a r k

N o r m a l l y , t h e d i s p l a y s h o w s a r a n g e o f 4 0 d B f r o m t h e m a x i m u m p o w e r a n y w h e r e i n t h e s p e c t r r o g r a m

{ 2 5 } . Y o u c a n c h a n g e t h i s t o a d i e r e n t r a n g e b y s e t t i n g t h e D B p a r a m e t e r e i t h e r t o t h e d e s i r e d r a n g e { 2 6 }

o r a l t e r n a t i v e l y t o t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m p o w e r s t o d i s p l a y : D B = [P min P max] { 2 7 } . T h i s o p t i o n

i s e s p e c i a l l y u s e f u l i f y o u w a n t t o h a v e s e v e r a l s p e c t r i o g r a m s w i t h i d e n t i c a l d i s p l a y e d p o w e r r a n g e s . V a l u e s

o u t s i d e t h e s e l e c t e d r a n g e w i l l b e s e t t o e i t h e r t h e m i n i m u m o r m a x i m u m .

Time(s)


25: MODE='Jc'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B )

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Time(s)


26: MODE='Jc', DB=60

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B )

-30

-20

-10

0

10

20

Time(s)


27: MODE='Jc', DB=[-25 0]

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B )

-25

-20

-15

-10

-5

0

2 5 : 4 0 d B r a n g e ( d e f a u l t ) 2 6 : D B = 6 0 2 7 : D B = [ - 2 5 0 ]

5

8/2/2019 Spgram Tut


8 W a v e f o r m a n d t r a n s c r i p t i o n

I t i s o f t e n h e l p f u l t o d i s p l a y t h e t i m e - d o m a i n w a v e f o r m o n t h e s p e c t r o g r a m a n d y o u c a n d o s o w i t h t h ` w ' o p t i o n

{ 2 5 } . I f y o u h a v e a t r a n s c r i p t i o n o r o t h e r t i m e - a l i g n e d a n n o t a t i o n , y o u c a n s p e c i f y i t a s t h e A N N i n p u t . E a c h

r o w o f t h e A N N c e l l a r r a y i s o f t h e f o r m {[tstart tend] ‘t e x t ' }. B y d e f a u l t , t h e a n n o t a t i o n s a r e l e f t - a l i g n e d w i t h i n

t h e i r t i m e i n t e r v a l s w i t h o u t a n y t i m e m a r k e r s { 2 6 } . I f y o u w a n t t o d i s p l a y p h o n e t i c c h a r a c t e r s , y o u w i l l n e e d

t o i n s t a l l a n o n - u n i c o d e I P A f o n t s u c h a s t h e S I L 9 3 f o n t s ( a v a i l a b l e f o r d o w n l o a d f r o m t h e V o i c e b o x w e b s i t e ) .

Y o u c a n s p e c i f y t h e f o n t o f e a c h a n n o t a t i o n e n t r y b y i n c l u d i n g a t h i r d c o l u m n ; e a c h r o w o f A N N i s n o w o f t h e

f o r m {[tstart tend] ‘t e x t ' ` f o n t ' }. E x a m p l e { 2 7 } u s e s t h e ` S I L D o u l o s I P A 9 3 ' f o n t a n d a l s o i n c l u d e s t h e o p t i o n s ` a '

w h i c h c e n t r e s t h e a n n o t a t i o n s i n t h e i r t i m e i n t e r v a l a n d ` t ' w h i c h i n c l u d e s t i m e m a r k e r s .

Time(s)


28: MODE='Jcw'

0.5 1 1.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B )

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Time(s)


29: MODE='Jc'

s I k s p lV s T r i: i: k w@ z n aI n 0

0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B )

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Time(s)


30: MODE='Jcwat'

s k s p l s r i i k w z n a n

0.5 1 1.50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P o w e r / H z ( d B )

-10

-5

0

5

10

15

20

25

2 5 : ' w ' = s h o w w a v e f o r m 2 6 : A N N i n p u t 2 7 : ` w a t ' + A N N f o n t

9 O u t p u t A r g u m e n t s

S p e c i f y i n g o u t p u t a r g u m e n t s n o r m a l l y s u p p r e s s e s t h e s p e c t r o g r a m p l o t u n l e s s t h e ` g ' o p t i o n i s g i v e n . N o t e t h a t ,

p e r h a p s u n e x p e c t e d l y , t h e s p e c t r o g r a m a r r a y i s t h e t h i r d o u t p u t r a t h e r t h a n t h e r s t .

I f y o u s a v e t h e B o u t p u t ( w i t h a l i n e a r f r e q u e n c y s c a l e a n d w i t h o u t t h e ` p ' o r ` P ' o p t i o n s ) , y o u c a n u s e i t a s

t h e i n p u t t o a s u b s e q u e n t c a l l t o s p g r a m b w i n s t e a d o f a t i m e - d o m a i n w a v e f o r m . I n t h i s c a s e F S = [ F S T 1 F I N C

F 1 ] w h e r e F S i s n o w t h e f r a m e r a t e ( e a c h f r a m e i s o n e r o w o f B ) , T 1 i s t h e t i m e o f t h e r s t r o w o f B , F I N C i s

t h e f r e q u e n c y i n c r e m e n t a n d F 1 i s t h e f r e q u e n c y o f t h e r s t c o l u m n i n B .

1 0 M O D E s t r i n g o p t i o n s

a c e n t r e - a l i g n a n n o t a t i o n s r a t h e r t h a n l e f t - a l i g n i n g t h e m

b b a r k s c a l e

c i n c l u d e a c o l o u r b a r a s a n i n t e n s i t y s c a l e

d g i v e t h e B o u p u t i n d e c i b e l s r a t h e r t h a n i n p o w e r .

D c l i p t h e o u t p u t B a r r a y t o t h e l i m i t s s p e c i e d b y t h e " d b " i n p u t

e e r b s c a l e ]

f l a b e l f r e q u e n c y a x i s i n H z r a t h e r t h a n m e l / b a r k / . . .

g d r a w a g r a p h e v e n i f o u t p u t a r g u m e n t s a r e p r e s e n t

h u n i t s o f t h e F M A X i n p u t a r e i n H z i n s t e a d o f m e l / b a r k / . . . I n t h i s c a s e , t h e F s t e p p a r a m e t e r i s u s e d o n l y t o

d e t e r m i n e t h e n u m b e r o f l t e r s .

H e x p r e s s t h e F o u t p u t i n H z i n s t e a d o f m e l / b a r k / . . .

i i n v e r t e d c o l o u r m a p " ( w h i t e b a c k g r o u n d )

j j e t c o l o u r m a p

J t h e r m a l c o l o u r m a p t h a t i s l i n e a r i n g r a y s c a l e . B a s e d o n O l i v e r W o o d f o r d ' s % r e a l 2 r g b a t h t t p : / / w w w . m a t h w o r k s . c o m / m a t

l l o g 1 0 H z f r e q u e n c y s c a l e

m m e l s c a l e

6

8/2/2019 Spgram Tut


p c a l c u l a t e p o w e r p e r d e c a d e r a t h e r t h a n p o w e r p e r H z . T h i s e e c t i v e l y i n c r e a s e s t h e p o w e r l e v e l a t h i g h

f r e q u e n c i e s a n d s o m a e s t h e m m o r e v i s i b l e

P c a l c u l a t e p o w e r p e r e r b / m e l / . . . r a t h e r t h a n p o w e r p e r H z .

t a d d t i m e m a r k e r s w i t h a n n o t a t i o n s

w d r a w t h e s p e e c h w a v e f o r m a b o v e t h e s p e c t r o g r a m

1 1 M A T L A B C o d e f o r g u r e s

T h e f o l l o w i n g c o d e w a s u s e d t o g e n e r a t e a l l t h e g u r e s i n t h i s d o c u m e n t :

% d e m o n s t r a t i o n s f o r t h e s p g r a m b w t u t o r i a l

p = { 1 2 . 5 ' p J c w a t ' [ ] [ ] [ ] [ ] 2 ;

2 1 . 3 3 ' p c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

3 1 . 3 3 ' p j c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

4 1 . 3 3 ' p J c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

5 1 . 3 3 ' p i ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

6 1 . 3 3 ' p j i ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

7 1 . 3 3 ' p J i ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

8 1 . 3 3 ' p J c l ' 8 0 [ ] [ ] [ ] 0 ;

9 1 . 3 3 ' p J c e ' 8 0 [ ] [ ] [ ] 0 ;

1 0 1 . 3 3 ' p J c m ' 8 0 [ ] [ ] [ ] 0 ;

1 1 1 . 3 3 ' p J c b ' 8 0 [ ] [ ] [ ] 0 ;

1 2 1 . 3 3 ' p J c b f ' 8 0 [ ] [ ] [ ] 0 ;

1 3 1 . 3 3 ' h p J c ' [ ] [ 4 0 0 0 ] [ ] [ ] 0 ;

1 4 1 . 3 3 ' h p J c ' [ ] [ 2 0 0 0 4 0 0 0 ] [ ] [ ] 0 ;

1 5 1 . 3 3 ' h p J c ' [ ] [ 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 0 ] [ ] [ ] 0 ;

1 6 1 . 3 3 ' p J c w a t ' [ 5 0 ] [ ] [ ] [ ] 1 ;

1 7 1 . 3 3 ' p J c w a t ' [ ] [ ] [ ] [ ] 1 ;

1 8 1 . 3 3 ' p J c w a t ' [ 4 0 0 ] [ ] [ ] [ ] 1 ;

1 9 1 . 3 3 ' p J c w a t ' [ 2 0 ] [ ] [ ] [ ] 1 ;

2 0 1 . 3 3 ' p J c w a t ' [ 2 0 ] [ ] [ ] [ 0 . 0 0 5 ] 1 ;

2 1 1 . 3 3 ' p J c w a t ' [ 2 0 ] [ ] [ ] [ 1 . 1 0 . 0 0 1 1 . 4 ] 1 ;

2 2 1 . 3 3 ' J c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

2 3 1 . 3 3 ' p J c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

2 4 1 . 3 3 ' P J c b f ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

2 5 1 . 3 3 ' J c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

2 6 1 . 3 3 ' J c ' [ ] [ ] [ 6 0 ] [ ] 0 ;

2 7 1 . 3 3 ' J c ' [ ] [ ] [ − 2 5 0 ] [ ] 0 ;

2 8 1 . 3 3 ' J c w ' [ ] [ ] [ ] [ ] 0 ;

2 9 1 . 3 3 ' J c ' [ ] [ ] [ ] [ ] 1 ;

3 0 1 . 3 3 ' J c w a t ' [ ] [ ] [ ] [ ] 2 } ;

y f i g = 4 2 0 ; % h e i g h t o f f i g u r e s

e m f = 1 ; % s e t t o 1 t o p r i n t

a r g s = { ' B W ' ' F M A X ' ' D B ' ' T I N C ' } ;

% r e a d t h e S F S − f o r m a t s p e e c h f i l e

f n = ' . . / d a t a / a t 0 5 f 0 . s f s ' ;

[ s p , f s ] = r e a d s f s ( f n , 1 , 1 ) ; % s p e e c h s i g n a l

[ p t , f w ] = r e a d s f s ( f n , 5 , 2 ) ; % p h o n e t i c t r a n s c r i p t i o n

a n n = [ m a t 2 c e l l ( [ c e l l 2 m a t ( p t ( : , 1 ) ) c e l l 2 m a t ( p t ( : , 1 : 2 ) ) ∗ [ 1 ; 1 ] ] / f w , o n e s ( 1 , s i z e ( p t , 1 ) ) ) p t ( : , 3 )

i p a = a n n ( : , [ 1 2 2 ] ) ;

i p a ( : , 2 ) = { ' s ' ' I ' ' k ' ' s ' ' p ' ' l ' ' Ã ' ' s ' ' T ' ' r ' ' i ' ' i ' ' k ' ' w ' ' ' ' z ' ' n ' ' a I ' ' n ' ' '

i p a ( : , 3 ) = r e p m a t ( { ' S I L D o u l o s I P A 9 3 ' } , s i z e ( i p a , 1 ) , 1 ) ;

f o r i = 1 : s i z e ( p , 1 )

i f p { i , 1 } > 0

f i g u r e ( p { i , 1 } )

7

8/2/2019 Spgram Tut


s e t ( g c f , ' P o s i t i o n ' , [ 1 0 0 1 0 0 r o u n d ( y f i g ∗ p { i , 2 } ) y f i g ] , ' I n v e r t H a r d c o p y ' , ' o f f ' ) ;

s w i t c h p { i , 8 }

c a s e 0

s p g r a m b w ( s p , f s , p { i , 3 } , p { i , 4 } , p { i , 5 } , p { i , 6 } , p { i , 7 } ) ;

c a s e 1

s p g r a m b w ( s p , f s , p { i , 3 } , p { i , 4 } , p { i , 5 } , p { i , 6 } , p { i , 7 } , a n n ) ;

c a s e 2

s p g r a m b w ( s p , f s , p { i , 3 } , p { i , 4 } , p { i , 5 } , p { i , 6 } , p { i , 7 } , i p a ) ;

e n d

s s = s p r i n t f ( ' % d : M O D E = ' ' % s ' ' ' , p { i , 1 } , p { i , 3 } ) ;

f o r j = 4 : 7

i f n u m e l ( p { i , j } ) = = 1

s s = s p r i n t f ( ' % s , % s = % g ' , s s , a r g s { j − 3 } , p { i , j } ) ;

e l s e i f n u m e l ( p { i , j } ) > 1

s s = s p r i n t f ( ' % s , % s = [ % s ' , s s , a r g s { j − 3 } , s p r i n t f ( ' % g ' , p { i , j } ) ) ;

s s = [ s s ( 1 : e n d − 1 ) ' ] ' ] ;

e n d

e n d

t i t l e ( s s ) ;

i f e m f , e v a l ( s p r i n t f ( ' p r i n t −d m e t a % s ' , s p r i n t f ( ' % s % d ' , m f i l e n a m e , r o u n d ( g c f ) ) ) ) ; e n d

i f i > 1 & & i < 2 8

c l o s e ( i ) ;

e n d

e n d

e n d

% n o w p l o t o t h e r g r a p h s

f o r i = 2 0 1 : 2 0 1

f i g u r e ( i )

s w i t c h i

c a s e 2 0 1

f a x = l i n s p a c e ( 0 , 6 0 0 0 , 2 0 0 ) ' ;

y = [ f a x [ n a n ; l o g 1 0 ( f a x ( 2 : e n d ) ) ] f r q 2 m e l ( f a x ) f r q 2 b a r k ( f a x ) f r q 2 e r b ( f a x ) ] ;

[ v , i v ] = m i n ( a b s ( f a x − 1 0 0 0 ) ) ;

y = y . / r e p m a t ( y ( i v , : ) , l e n g t h ( f a x ) , 1 ) ;

p l o t ( f a x / 1 0 0 0 , y ) ;

s e t ( g c a , ' y l i m ' , [ 0 3 ] ) ;

x l a b e l ( ' F r e q u e n c y ( k H z ) ' ) ;

y l a b e l ( ' S c a l e r e l a t i v e t o 1 k H z ' ) ;

t i t l e ( ' F r e q u e n c y s c a l e s ' )

t x t = { 2 . 8 2 . 7 ' l i n ' ; 5 1 . 1 ' l o g ' ; 4 . 7 2 . 5 ' m e l ' ; 5 . 2 2 . 1 5 ' b a r k ' ; 4 . 5 1 . 7 ' e r b − r

f o r j = 1 : 5

t e x t ( t x t { j , 1 } , t x t { j , 2 } , t x t { j , 3 } )

e n d

f i g b o l d e n

e n d

i f e m f , e v a l ( s p r i n t f ( ' p r i n t −d m e t a % s ' , s p r i n t f ( ' % s % d ' , m f i l e n a m e , r o u n d ( g c f ) ) ) ) ; e n d

c l o s e ( i ) ;

e n d

R e f e r e n c e s

[ B r o 9 7 ] D . M . B r o o k e s , V O I C E B O X : A s p e e c h p r o c e s s i n g t o o l b o x f o r M A T L A B , 1 9 9 7 . [ O n l i n e ] . A v a i l a b l e :

h t t p : / / w w w . e e . i m p e r i a l . a c . u k / h p / s t a / d m b / v o i c e b o x / v o i c e b o x . h t m l

[ G h i 9 4 ] O . G h i t z a , A u d i t o r y m o d e l s a n d h u m a n p e r f o r m a n c e i n t a s k s r e l a t e d t o s p e e c h c o d i n g a n d s p e e c h

r e c o g n i t i o n , I E E E T r a n s . S p e e c h A u d i o P r o c e s s . , v o l . 2 , p p . 1 1 5 1 3 2 , J a n . 1 9 9 4 .

[ M G 8 3 ] B . C . J . M o o r e a n d B . R . G l a s b e r g , S u g g e s t e d f o r m u l a e f o r c a l c u l a t i n g a u d i t o r y - l t e r b a n d w i d t h s

a n d e x c i t a t i o n p a t t e r n s , J . A c o u s t . S o c . A m . , v o l . 7 4 , p p . 7 5 0 7 5 3 , 1 9 8 3 .

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8/2/2019 Spgram Tut


[ S V N 3 7 ] S . S . S t e v e n s , J . V o l k m a n , a n d E . B . N e w m a n , A s c a l e f o r t h e m e a s u r e m e n t o f t h e p s y c h o l o g i c a l

m a g n i t u d e o f p i t c h , J . A c o u s t . S o c . A m . , v o l . 8 , p p . 1 8 5 1 9 , 1 9 3 7 .

[ Z T 8 0 ] E . Z w i c k e r a n d E . T e r h a r d t , A n a l y t i c a l e x p r e s s i o n s f o r c r i t i c a l - b a n d r a t e a n d c r i t i c a l b a n d w i d t h a s a

f u n c t i o n o f f r e q u e n c y , J . A c o u s t . S o c . A m . , v o l . 6 8 , n o . 5 , p p . 1 5 2 3 1 5 2 5 , N o v . 1 9 8 0 .

[ Z w i 6 1 ] E . Z w i c k e r , S u b d i v i s i o n o f a u d i b l e f r e q u e n c y r a n g e i n t o c r i t i c a l b a n d s , J . A c o u s t . S o c . A m . , v o l . 3 3 ,

p . 2 4 8 , 1 9 6 1 .

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