Tovush — bu havoning tebranishi. Bu tebranishni teng vaqt oraligʻida oʻlchab (diskretlash), oldindan belgilangan kataklarga moslab yozib (kvantlash), qisqa boʻlaklarga kesib (oyna), qanday balandlikdagi tebranishlar aralashganini ajratib (Furye almashtirishi), soʻng inson qulogʻi kabi past tovushlarni zichroq koʻradigan shkala boʻyicha qayta guruhlasak (mel), neyron tarmoq oʻqiydigan sonlar matritsasi hosil boʻladi. Barcha tovushlar shu sahifaning oʻzida sintez qilinadi.
Karnay membranasi oldinga-orqaga tebransa, havo navbatma-navbat zichlashib va siyraklashib atrofga tarqaladi. 1 soniyada necha marta tebranishi tovushning balandligini (chastota), qanchalik katta tebranishi esa tovushning kuchini (amplituda) belgilaydi.
Oʻlchashlar soni ≥ 2 × eng yuqori chastotaShannon, 1949
Tebranishni toʻgʻri saqlash uchun bir marta tebranish davomida kamida ikki marta oʻlchash kerak. 1 soniyada fs marta oʻlchasak, faqat fs/2 Hz gacha saqlay olamiz (Naykvist chegarasi), undan tezroq tebranishlar esa notoʻgʻri ravishda sekinroq tebranish boʻlib koʻrinadi (aliasing) [R1]. Inson qulogʻi taxminan 20 000 Hz gacha eshitadi, shuning uchun musiqa CD si 1 soniyada 44,100 marta oʻlchaydi. Telefonga faqat nutq tovushini saqlash kifoya, shuning uchun 8,000 marta ishlatiladi. Shu sahifadagi mel-spektrogramma ham 8,000 marta (8 kHz) dan foydalanadi. Shu sababli 4,000 Hz dan yuqori tovushlar saqlanmaydi. Haqiqiy yozib olish uskunalari diskretlashdan oldin chegaradan yuqori tovushlarni filtrlab tashlaydi.
Oʻlchangan qiymat — kasr qismi cheksiz davom etadigan haqiqiy son. Uni saqlash uchun oldindan belgilangan kataklardan eng yaqiniga yaxlitlash kerak. b bit boʻlsa, kataklar soni 2b ta. Yaxlitlashda paydo boʻlgan farq — kvantlash shovqini.
Nutq tovushi har lahzada oʻzgarib turadi. Shuning uchun uni 25 ms dan kesib, har bir boʻlakni alohida tahlil qilamiz va 10 ms dan surib takrorlaymiz. Kesilgan boʻlakning ikki chetini yumshoq kamaytiradigan koʻpaytirish — bu "oyna".
Shunchaki kesilsa, boʻlakning ikki chetida qiymat keskin uziladi. Furye almashtirishi bu boʻlak cheksiz takrorlanadi deb hisoblaydi. Shu sababli uzilish joyidagi keskin oʻzgarish asli boʻlmagan chastotalarga sizib chiqadi (sizib chiqish). Hann oynasi 0 dan 1 gacha yumshoq koʻtarilib, yana tushadigan egri chiziqqa (0.5 − 0.5·cos) koʻpaytirib, ikki chetni 0 ga aylantiradi. Buning evaziga choʻqqi biroz kengayadi. 25 ms·10 ms — nutq tahlilida keng qoʻllaniladigan qiymatlar, vazifaga qarab oʻzgartiriladi.
Har qanday tovushni balandligi har xil sinusoidalar yigʻindisi sifatida ifodalash mumkin. Furye almashtirishi toʻlqin shaklini olib, "necha Hz li tashkil etuvchi qancha bor"ligini qaytaradi. Bu prizmaning oq yorugʻlikni kamalakka ajratishiga oʻxshaydi.
mel = 2595 · log10(1 + Hz / 700)"Do-re-mi-fa" 1 s → 98 freym × 20 katak
Inson qulogʻi past tovushlardagi kichik farqni (100 Hz va 200 Hz) yaxshi ajratadi, lekin baland tovushlardagi xuddi shunday farqni (3,000 Hz va 3,100 Hz) yaxshi ajrata olmaydi. Mel shkalasi past chastotalarni zich, yuqori chastotalarni siyrak boʻladi. Furye almashtirishi natijasini (129 katak) shu shkaladagi 20 ta uchburchak filtr bilan guruhlab, logarifm (detsibel) olinsa, mel-spektrogramma hosil boʻladi. Yuqoridagi formula keng qoʻllaniladigan taʼriflardan biri. Mel shkalasiga asoslangan belgilar (MFCC) nutqni tanishda boshqa belgilarga qaraganda yaxshiroq natija koʻrsatgan va uzoq vaqt standart sifatida ishlatilgan [R2].
Mel-spektrogramma — "chastota × vaqt" sonlar matritsasi. Neyron tarmoq uni ikki usulda oʻqiydi. Batafsil tuzilishi oldingi qismlarda koʻrib chiqilgan.
Ikkala kod ham faqat Colabda oldindan oʻrnatilgan kutubxonalardan foydalanadi. “Notebook (.ipynb) yuklab olish” tugmasini bosib, Colabda Fayl → Notebookni yuklash orqali oching yoki nusxalab, yangi notebook katagiga joylashtiring.
Diskretlash, kvantlash, oyna, Furye almashtirishi va mel-spektrogrammani kutubxonalarsiz hisoblaydi. Sahifadagi sonlar (aliasing 3 Hz, sizib chiqish 7.95% → 0.05%, mel katak qiymatlari) aynan shunday chiqadi. Oʻz maʼlumotlaringizga almashtirish uchun SIGNAL va FS ni oʻzgartiring.
Amaliyotda ishlatiladigan librosa yordamida oʻsha tovushni mel-spektrogrammaga aylantirib, oʻzimiz yasagan natija bilan taqqoslaydi. Yozib olingan fayldan foydalanish uchun kod ichidagi [Oʻz maʼlumotlaringizga almashtirish uchun] qatoriga amal qiling (fayllarni har kim oʻzi tayyorlaydi).
ChatGPT, Qwen, Claude kabi AI yordamchilarga joylashtiriladigan promptlar. “Nusxalash” tugmasi bosilganda prompt ortidan tanlangan kod ham qoʻshiladi. 〔 〕 ichidagini oʻz vaziyatingizga moslab yozsangiz boʻladi.
AI javobi faqat boshlangʻich nuqta. Taklif qilingan maqolalar, raqamlar va kutubxona funksiyalarini albatta asl manba va rasmiy hujjatlar orqali tekshiring. Tanlov yoki maqola uchun AI yordamidan foydalangan boʻlsangiz, tashkilotchilar va jurnal qoidalariga koʻra foydalanish faktini va koʻlamini maʼlum qiling.
Bu matndagi sariq punktir tagchiziqlar bilan bir xil lugʻat. Butun turkumda bir xil yozuv ishlatiladi. Boʻlim nomini bossangiz, atama birinchi uchragan joyga oʻtasiz.
Oʻxshatish tushunishning birinchi qadami, lekin notoʻgʻri tushunchaning urugʻi ham boʻlishi mumkin. Drozofila va miya oʻxshatishlariga kuch darajasi belgilangan. Bevosita haqiqatan ham bir xil ishni bajarishiga dalil bor · Qisman faqat ayrim xususiyatlari oʻxshash · Yoʻq mos keladigan narsa maʼlum emas
| Tushuncha | Kundalik hayotdan oʻxshatish | Drozofila va miya oʻxshatishi | Oʻxshatish xato boʻladigan joy |
|---|---|---|---|
| Diskretlash | Yugurayotgan odamni har 1 soniyada suratga olish | Qisman Drozofilaning fasetkali koʻzi ham yorugʻlik oʻzgarishini faqat maʼlum tezlikda kuzatib boradi | Surat lahzani muhrlaydi, namuna esa faqat belgilangan oraliqdagi qiymat. Oraliqdan tezroq harakat notoʻgʻri koʻrinadi (aliasing) |
| Kvantlash | Boʻyni 1 cm boʻlinmali chizgʻich bilan oʻlchash | Yoʻq | Chizgʻich boʻlinmalari bir xil, haqiqiy audioda esa boʻlinmalar bitlar soniga qarab belgilanadi |
| Oyna | Surat chetlarini xiralashtirish (vinyetlash) | Yoʻq | Oyna chiroyli koʻrinishi uchun emas, kesilgan chetlar keltirib chiqaradigan soxta chastotalarni kamaytirish uchun koʻpaytiriladi |
| Furye almashtirishi | Prizmaning yorugʻlikni kamalakka ajratishi | Bevosita Inson ichki qulogʻidagi chigʻanoq (koxlea) har bir joyida har xil balandlikdagi tovushga javob berib, tovushni balandlik boʻyicha ajratadi | Chigʻanoq vaqt davomida uzluksiz ajratadi va kuch oʻzgarishiga nochiziqli javob beradi. Furye almashtirishi esa kesib olingan bitta boʻlakni bir yoʻla hisoblaydi |
| Mel shkalasi | Pianino klavishlari: balandlik ikki baravar oshgan sari bir xil oraliq | Qisman Inson sezadigan tovush balandligi oraliqlari | Mel formulalari bir nechta, odamlarning eshitishi ham turlicha. Shu sahifadagi formula keng qoʻllaniladiganlardan faqat biri |
| Mel-spektrogramma | Nota yozuvi: vaqt (gorizontal) × tovush balandligi (vertikal) | Yoʻq | Nota yozuvida har bir nota alohida yoziladi, spektrogramma esa obertonlar va shovqingacha barcha energiyani har bir katakka yozadi |
E-1 Muallif haqida · E-2 Ilmiy manbalar · E-3 Rasmlar uchun manbalar
Barcha tovushlar sahifada sintez qilingan (yozib olish yoʻq).
Oʻqituvchilar, ish joyidagi OJT masʼullari va tyutorlar uchun mashgʻulot yoʻriqnomasi. Vaqtlar taxminiy, shuning uchun haqiqiy darsga moslab oʻzgartiring.
| Auditoriya | Nutq va tovush maʼlumotlari (call-markaz yozuvlari, uskunalar shovqini, ovozli buyruqlar) bilan ishlamoqchi boʻlgan talabalar va amaliyotchilar |
|---|---|
| Talab qilinadigan bilimlar | Sinusoida va logarifm. 3-3 dagi "Surat — sonlar panjarasi" gʻoyasini bilsangiz, 6- va 7-boʻlimlar oson boʻladi |
| Oʻquv maqsadlari | ① Diskretlash va kvantlash nimani yoʻqotishini sonlar bilan tushuntira oladi ② Oyna, Furye almashtirishi va mel filtrlar orqali tovush matritsaga aylanish jarayonini ketma-ket tushuntira oladi ③ Mel matritsani CNN va ketma-ketlik modellari oʻqiydigan ikki usulni farqlay oladi |
| Taxminiy vaqt | Oʻqish 35–45 daqiqa · animatsiya va tovush namoyishi 20 daqiqa · Colab amaliyoti 25 daqiqa (1-kod 15 daqiqa, 2-kod 10 daqiqa) |
Kirish 5 daqiqa (1-boʻlim, tovushni tinglash) → 2-boʻlim aliasing 10 daqiqa → 3-boʻlim, bitlar boʻyicha tovushni taqqoslash 10 daqiqa → 4- va 5-boʻlimlar 15 daqiqa → 6-boʻlim, sonlar matritsasi 5 daqiqa → tekshiruv savollari 5 daqiqa.
2- va 3-boʻlimlarni oʻz uskunalaringizning yozib olish xususiyatlari (diskretlash chastotasi, bitlar) bilan solishtirish 15 daqiqa → 4–6-boʻlimlar 25 daqiqa → 2-kodga oʻz yozuv faylingizni qoʻyish 30 daqiqa → "Bizning maʼlumotlarimiz CNN turigami yoki ketma-ketlik turigami?" muhokamasi 20 daqiqa.
Boshlovchilar uchun faqat 1-, 2-, 5- va 6-boʻlimlar. Oʻrta darajadagilarga 1-koddagi mel_filterbank ning bitta katagini qoʻlda hisoblatib, sahifadagi filtr uchburchaklari rasmi bilan solishtiring.
| Boʻlim | Toʻxtab beriladigan savol | Boshqaruv boʻyicha maslahat |
|---|---|---|
| 1 Tebranish | "440 Hz 220 Hz dan necha baravar tez tebranadi? Qanday eshitiladi?" | Ikki tonni ketma-ket eshittiring (tovush chiqmasa, qurilma ovoz balandligini tekshiring) |
| 2 Diskretlash | "1 soniyada 8 marta oʻlchansa, nega 3 Hz boʻlib koʻrinadi?" | 50 → 12 → 8 marta tartibida bosing |
| 3 Kvantlash | "3 bitli tovush bilan 16 bitli tovush qanday farqli eshitiladi?" | 3 bit va 16 bitda alohida eshittiring |
| 4 Kesish va oyna | "Shunchaki kesilsa, nega yoʻq chastotalar paydo boʻladi?" | Toʻgʻriburchak ↔ Hann ni navbatma-navbat bosib, pastki grafikning etagiga qarang |
| 5 Furye almashtirishi | "Bir xil «do», lekin nega pianino va skripka har xil eshitiladi?" | Sof ton → cholgʻu tovushi tartibida eshittirib, choʻqqilar sonini solishtiring |
| 6 Mel-spektrogramma | "1 soniyalik tovush nechta songa aylandi?" | Do → Fa freymlarini bosib, eng yorqin katak yuqoriga siljishini kuzating |
| 7 Model qanday oʻqiydi | "Eshik qoʻngʻirogʻi tovushini tasniflash va nutqni matnga yozib olish uchun qaysi usul mos keladi?" | Ikki usulni navbatma-navbat bosing |
| Notoʻgʻri tushuncha | Toʻgʻri tushuntirish | Koʻrsatiladigan sahna |
|---|---|---|
| Qancha koʻp oʻlchansa, shuncha yaxshi | Saqlamoqchi boʻlgan eng yuqori chastotaning 2 baravari yetarli. Undan ortigʻi faqat xotira hajmini oshiradi | 2-boʻlimdagi 12 marta (5 Hz saqlanadi) |
| Bitlar kam boʻlsa, tovush pasayadi | Kuch emas, shovqin ortadi. Har bir bit tovushni taxminan 6 dB ga tozalaydi | 3-boʻlim |
| Furye almashtirishi butun tovushni bir yoʻla tahlil qiladi | Har bir qisqa boʻlak (freym) uchun alohida bajariladi. Shuning uchun vaqt boʻyicha oʻzgarishni koʻrish mumkin | 4- va 6-boʻlimlar |
| Spektrogramma — rasm, demak unga oddiy surat kabi munosabatda boʻlsa boʻladi | Gorizontal (vaqt) va vertikal (chastota) oʻqlarning maʼnosi har xil. Vertikal boʻyicha siljitilsa, boshqa tovush hosil boʻladi | 7-boʻlim |
| Mel-spektrogramma tovushni toʻliq saqlaydi | Bu faza va nozik chastota maʼlumotlari tashlab yuborilgan, qisqartirilgan xulosa (8,000 → 1,960) | 6-boʻlimdagi sonlar xulosasi |
8,000 ÷ 2 = 4,000 Hz (Naykvist chegarasi).
|5 − 8| = 3 Hz. Chegaradan (4 Hz) oshgani uchun aliasing yuz beradi.
6.02 × (16 − 8) ≈ 48 dB. Nazariy qiymatlar 49.92 dB va 98.08 dB.
(8,000 − 200) ÷ 80 + 1 = 98 ta (kasr qismini tashlab, 1 qoʻshiladi).
1,960 ta. 8,000 ÷ 1,960 ≈ 4.1, yaʼni taxminan toʻrtdan bir qismi.
1-koddagi NMEL ni 20 dan 40 ga, FRAME ni 200 dan 400 ga oʻzgartiring. Mel matritsaning oʻlchami va rasmi qanday oʻzgarishini vaqt boʻyicha aniqlik bilan chastota boʻyicha aniqlik oʻrtasidagi murosa bilan bogʻlab, uch gapda yozing.
Oʻz ovozingiz yoki uskuna tovushini yozib olgan fayl bilan 2-kodni ishga tushiring (fayllarni har kim oʻzi tayyorlaydi, shaxsiy maʼlumotlarga ehtiyot boʻling). Bir xil tovushni ikki marta yozib olib, mel matritsalar qanchalik oʻxshashligini korrelyatsiya koeffitsiyenti bilan solishtiring va farqni nima keltirib chiqarishini yozing.
| Yangi boshlovchilar | 3- va 4-boʻlimlarni oʻtkazib yuborsa ham mavzu izchilligi buzilmaydi. 1- va 5-boʻlimlardagi tovush tinglashni albatta bajarib koʻring |
|---|---|
| Chuqurlashtirilgan | Oyna uzunligi, qadami va mel kataklari soni tanish natijasiga qanday taʼsir qilishini tadqiq qildiring. Topilgan maqolalarni asl manbada tekshiring |
| Qoʻshimcha oʻrganish | Sangsun Ahn, «Biznes uchun maʼlumotlar fani» maʼruzalar matni (maʼlumotlar fani boʻyicha umumiy) · STEP [K-Digital] Sunʼiy intellekt yordamida tabiiy tilni qayta ishlash (3-5 va 3-8 qismlarga bogʻliq) · STEP [K-Digital] Fintex maʼlumotlarini tahlil qilish asoslari (3-6 qismga bogʻliq) |
| Oʻqituvchilar uchun materiallar | Tekshiruv savollarini baholash mezonlari va topshiriqlarning namunaviy javoblarini Oʻqituvchilar uchun javoblar sahifasida (3-4) koʻrish mumkin |
«3-4 Nutq» qismini oxirigacha oʻqidingiz. Laboratoriya aʼzolari bittadan xulosa aytib berishadi.