AN EFFICIENT SPEECH GENERATIVE MODEL BASED ON DETERMINISTIC/STOCHASTIC SEPARATION OF SPECTRAL ENVELOPES

The paper presents a speech generative model that provides an efficient way of generating speech waveform from its amplitude spectral envelopes. The model is based on hybrid speech representation that includes deterministic (harmonic) and stochastic (noise) components. The main idea behind the approach originates from the fact that speech signal has a determined spectral structure that is statistically bound with deterministic/stochastic energy distribution in the spectrum. The performance of the model is evaluated using an experimental low-bitrate wide-band speech coder. The quality of reconstructed speech is evaluated using objective and subjective methods. Two objective quality characteristics were calculated: Modified Bark Spectral Distortion (MBSD) and Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ). Narrow-band and wide-band versions of the proposed solution were compared with MELP (Mixed Excitation Linear Prediction) speech coder and AMR (Adaptive Multi-Rate) speech coder, respectively. The speech base of two female and two male speakers were used for testing. The performed tests show that overall performance of the proposed approach is speaker-dependent and it is better for male voices. Supposedly, this difference indicates the influence of pitch highness on separation accuracy. In that way, using the proposed approach in experimental speech compression system provides decent MBSD values and comparable PESQ values with AMR speech coder at 6,6 kbit/s. Additional subjective listening testsdemonstrate that the implemented coding system retains phonetic content and speaker’s identity. It proves consistency of the proposed approach.The paper presents a speech generative model that provides an efficient way of generating speech waveform from its amplitude spectral envelopes. The model is based on hybrid speech representation that includes deterministic (harmonic) and stochastic (noise) components. The main idea behind the approach originates from the fact that speech signal has a determined spectral structure that is statistically bound with deterministic/stochastic energy distribution in the spectrum. The performance of the model is evaluated using an experimental low-bitrate wide-band speech coder. The quality of reconstructed speech is evaluated using objective and subjective methods. Two objective quality characteristics were calculated: Modified Bark Spectral Distortion (MBSD) and Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ). Narrow-band and wide-band versions of the proposed solution were compared with MELP (Mixed Excitation Linear Prediction) speech coder and AMR (Adaptive Multi-Rate) speech coder, respectively. The speech base of two female and two male speakers were used for testing. The performed tests show that overall performance of the proposed approach is speaker-dependent and it is better for male voices. Supposedly, this difference indicates the influence of pitch highness on separation accuracy. In that way, using the proposed approach in experimental speech compression system provides decent MBSD values and comparable PESQ values with AMR speech coder at 6,6 kbit/s. Additional subjective listening testsdemonstrate that the implemented coding system retains phonetic content and speaker’s identity. It proves consistency of the proposed approach

Damage buildup in Si under bombardment with MeV heavy atomic and molecular ions

Accumulation of structural disorder in Si bombarded at −196 °C with 0.5 MeV ²⁰⁹Bi₁ and 1 MeV ²⁰⁹Bi₂ ions (the so-called molecular effect) is studied by Rutherford backscattering/channeling spectrometry. Results show that the damage buildup is sigmodal even for such heavy-ion bombardment at liquid nitrogen temperature. This strongly suggests that, for the implant conditions of this study, the buildup of lattice damage cannot be considered as an accumulation of completely disordered regions. Instead, damage-dose curves are well described by a cascade-overlap model modified to take into account a catastrophic collapse of incompletely disordered regions into an amorphous phase after damage reaches some critical level. Results also show that Bi₂ ions produce more lattice damage than Bi₁ ions implanted to the same dose. The ratio of lattice disorder produced by Bi₂ and Bi₁ ions is 1.7 near the surface, decreases with depth, and finally becomes close to unity in the bulk defect peak region. Parameters of collision cascades obtained using ballistic calculations are in good agreement with experimental data. The molecular effect is attributed to a spatial overlap of (relatively dense) collision subcascades, which gives rise to (i) nonlinear energy spike processes and/or (ii) an increase in the defect clustering efficiency with an effective increase in the density of ion-beam-generated defects.Research at StPSTU was supported in part by the Ministry for General and Professional Education of the Russian Federation

Studies of the structure and functions of blood cells in senile patients with pneumonia on the biological model of hypoxia by scanning probe microscopy

Biological model of hypoxia can be used for the diagnosis of functional changes in human erythrocytes under the effect of the hypoxic factor. The use of this model together with modern methods of scanning probe microscopy for evaluation of the severity of pulmonological disease in senile patients will help to predict treatment efficiency and outcom

ОЦІНКА ВИБУХОПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ В ПРОЦЕСІ ЗБЕРІГАННЯ ВІДПРАЦЬОВАНОГО ЯДЕРНОГО ПАЛИВА

At present, at the Chornobyl NPP, the main building of the general-purpose storage system for spent nuclear fuel is the "wet type" storage of spent nuclear fuel number 1 (SNF-1), designed for receiving and storing spent nuclear fuel. In the light of the post-Fukushima events, the task of increasing the explosion and fire safety is a priority direction of the Chornobyl NPP operation. SNF-1 should meet the current requirements of safety regulatory documents, both under normal operating conditions and during emergency situations. Among the emergencies that are likely to occur in the SNF-1 repository, the occurrence and development of fire in the interior space of reinforced concrete blocks should be considered. This condition is conditioned by the extraordinary importance of this radiation-hazardous object. An explosion on SNF-1 may occur, mainly due to violation of the rules of operation and fire safety, as well as in the event of malfunctions or failures of individual systems. Thus, the problem of providing explosion and fire safety on SNF-1 is extremely relevant. The purpose of this work was to calculate the study of the formation of radionuclide hydrogen and its explosion in the premises of SNF-1. Methods. Measurement, comparison, system analysis, physical and mathematical modeling. Results. The main purpose of ensuring the explosion and fire danger of SNF-1 is to prevent the uncontrolled development of nuclear reactions and the spread of radiation. In the case of irradiation of water with low ionization radiation (for example, by gamma rays), the formation of radicals prevails, whereas for radiation with high ionization density (for example, α- and β-particles, splinters of division), the formation of molecules becomes more important. In a nuclear reactor where there are different types of radiation (γ-rays and high-energy protons formed during interaction with neutrons), both of these reactions take place simultaneously. Radicals H and OH are extremely reactive substances that are rapidly interconnected with the products formed as a result of the reaction. In the case of radioactive contamination of water in open containers filled with air and does not contain any active acceptors of OH radicals at appreciable concentrations, the observed hydrogen output is usually equal to 0.1-0.2 molecules/100 eV, which is significantly less the initial release of hydrogen formation. The larger the vessel in height, the greater the likelihood of this reaction compared with the likelihood of removing hydrogen from the liquid phase. But if we organize a non-equilibrium open system by forcing the removal of hydrogen from water, for example, by bubbling an inert gas, then the rate of its removal will exceed the rate of chemical decomposition. In this case, the hydrogen yield will increase and at the boundary it will be equal to the initial yield (unless, of course, there are no impurities of organic substances in the water, the radiolysis of which leads to the formation of molecular hydrogen). Therefore, to calculate the rate of formation of radio-hydrogen hydrogen in the reservoir basin water, the initial yield is used, that is, the maximum possible rate of hydrogen generation is calculated. Since the radioisotopes of water in the basin are mainly due to gamma radiation (beta and alpha radiation are delayed by the shells of the fuel assemblies and their energy is transferred to heat), the initial yield of the radiolytic formation of hydrogen is 0.45 molecules/100 eV. Under normal operation of SNF-1 in the basement area, the accumulation of radioactive hydrogen is eliminated at the expense of the work of the exhaust ventilation system of the surface area. The main factors determining the conditions for the formation of an explosive gas mixture based on hydrogen are the amount of stored spent fuel and the volume of water and air in the space where spent SNF is stored. The calculation is made from all sources of γ-radiation with a uniform distribution by source volume. For calculation, the main radionuclide composition of fuel in the lower beam of the fuel element was used in the case of holding 20 years and the burning depth of 24 MW×day/kg. The estimated value of the power absorbed by the water in terms of the total spent fuel, is I=1,098×1024 eV/(m3/h). The failures of the equipment of the complex of the storage system, caused by both external and internal events, which lead to failures of the ventilation system of the surface of the basin, can lead to the accumulation of radio-hydrogen hydrogen in the air volume of SNF-1 premises in the absence of ventilation systems. The break in the operation of the ventilation system, during which it is theoretically possible to achieve the lower limit of the explosive concentration of hydrogen, may be 12 days. In order to ensure explosion-proof safety in the pool of pools, it is necessary that the concentration of radiolytic hydrogen in the air be lower than the lower concentration limit of hydrogen explosion in a mixture with air (~ 4% of volume) with a stockrate of 10. Thus, the concentration of hydrogen should not exceed 0.4% of the permissible concentration of hydrogen in the air to exclude the formation of an explosive mixture with oxygen. For the case of placing all spent nuclear fuel (21284 units) in the compartments of the catchment pool 1-5, W(H2)=1.34 Hm3/h. Thus, the reasonable time of inactivity of the ventilation system will be no more than 7 days. In order to ensure that the concentration of radical hydrogen above the surface of the pool does not exceed 0.4% of the volume, the blowdown must be 250 times higher than the hydrogen generation rate, that is, the flow of air blown over the pool (ventilation) to ensure explosion-proof safety must be equal to g=250 W(H2), m3/year. The temperature of self-ignition of hydrogen in the presence of water vapor is 970 K, and the explosive properties of the hydrogen mixture are characterized by an outbreak of 4.12–75% of the volume. The degree of damage to building structures of the building of SNF-1 will be determined by the deformations and destruction that they received during the explosion of hydrogen. The formation of shock loads during an accidental explosion is directly determined by the number (volume) of stoichiometric ratios of hydrogen with the vapor and the limits of hydrogen ignition. Conclusion. Thus, the presented methodology for the estimation of the formation of radiolithic hydrogen and its possible explosion in the premises of SNF-1 allows, within the framework of a conservative approach, to conduct an explosion safety assessment and the consequences of an accidental explosion of radioactive hydrogen.На сьогодні на ЧАЕС основною спорудою загальностанційної системи зберігання відпрацьованого ядерного палива є сховище відпрацьованого ядерного палива № 1 (СВЯП-1) «мокрого типу» призначене для прийому і зберігання ВЯП. У світлі «післяфукусімських» подій завдання підвищення вибухопожежної та пожежної безпеки є пріоритетним напрямком діяльності ДСП ЧАЕС. СВЯП-1 повинно відповідати сучасним вимогам нормативних документів з безпеки як за нормальних умов експлуатації, так і під час аварійних ситуацій. У числі аварійних ситуацій, настання яких імовірне на сховищі СВЯП-1, має бути розглянутий випадок виникнення та розвитку пожежі у внутрішньому просторі залізобетонних блоків. Такий стан зумовлюється надзвичайною важливістю даного радіаційно-небезпечного об'єкта. Вибух на СВЯП-1 може статися, головним чином, через порушення правил експлуатації та пожежної безпеки, а також у разі несправностей чи відмов окремих систем. Таким чином, проблема забезпечення вибухопожежної та пожежної безпеки на СВЯП-1 є вкрай актуальною. Метою цієї роботи було розрахункове дослідження утворення радіолітичного водню та його вибуху в приміщеннях СВЯП-1. Методи дослідження. Вимірювання, порівняння, системний аналіз, фізико-математичне моделювання. Основні результати дослідження. Основною метою забезпечення вибухопожежної та пожежної небезпеки СВЯП-1 є запобігання неконтрольованому розвитку ядерних реакцій і поширенню радіації. При опроміненні води випромінюванням з низькою густиною іонізації (наприклад, γ-променями) переважає реакція утворення радикалів, в той час як для випромінювання з високою густиною іонізації (наприклад, α- і β-частинки, осколки поділу) стає більш важливою реакція утворення молекул. В ядерному реакторі, де є різні види випромінювання (γ-промені і протони високої енергії, що утворюються під час взаємодії з нейтронами), обидві ці реакції протікають одночасно. Радикали Н і ОН – надзвичайно реакційноздатні речовини, що швидко з'єднуються з продуктами, які утворюються в результаті реакції. Під час радіолізу води, що міститься у відкритих посудинах та насичена повітрям і не містить будь-яких активних акцепторів радикалів ОН в помітних концентраціях, вихід водню, що спостерігається, зазвичай дорівнює 0,1–0,2 молекула/100 еВ, тобто помітно менший від початкового виходу утворення водню. Чим більша посудина за висотою, тим більша ймовірність цієї реакції порівняно з імовірністю видалення водню з рідкої фази. Якщо ж організувати нерівноважну відкриту систему шляхом примусового видалення водню з води, наприклад, барботажем інертного газу, то швидкість його видалення буде перевищувати швидкість хімічного розкладання. У цьому випадку вихід водню зросте і на межі виявиться рівним початковому виходу (якщо, звичайно, у воді немає домішок органічних речовин, радіоліз яких призводить до утворення молекулярного водню). Тому для розрахунку швидкості утворення радіолітичного водню у воді басейну-сховища використовується початковий вихід, тобто розраховується максимально можлива швидкість утворення водню. Оскільки радіоліз води в басейні відбувається в основному в результаті впливу гамма-випромінювання (бета- і альфа-випромінювання затримуються оболонками тепловиділяючих збірок і їх енергія переходить в тепло), то початковий вихід радіолітичного утворення водню дорівнює 0,45 молекула/100 еВ. За нормальної експлуатації СВЯП-1 в приміщенні басейнів витримки накопичення радіолітичного водню виключається завдяки роботі витяжної системи вентиляції надводного простору. Основними факторами, що визначають умови для утворення вибухонебезпечної газової суміші на основі водню, є кількість ВЯП, що зберігається, та обсяг води і повітря в просторі, де зберігається ВЯП. Розрахунок виконано від всіх джерел γ-випромінювання з рівномірним розподілом за об'ємом джерела. Для розрахунку був використаний основний радіонуклідний склад палива в нижньому пучку тепловиділяючого елемента у разі витримки 20 років і глибиною вигоряння 24 МВт×добу/кг. Розрахункове значення потужності поглиненої дози водою за обсягом від всього ВЯП, становить I=1,098×1024 еВ/(м3×год). Відмови обладнання комплексу системи зберігання, що викликані як зовнішніми, так і внутрішніми подіями, які призводять до відмов системи вентиляції надводного простору басейнів витримки, можуть привести до накопичення радіолітичного водню в повітряному обсязі приміщень СВЯП-1 в умовах відмови систем вентиляції. Перерва в роботі системи вентиляції, за час якої теоретично можливе досягнення нижньої межі вибухонебезпечної концентрації водню, може тривати 12 діб. Для забезпечення вибухопожежобезпеки в залі басейнів необхідно, щоб концентрація радіолітичного водню в повітрі була нижчою за нижню концентраційну межу вибуховості водню в суміші з повітрям (~4% об.) з коефіцієнтом запасу 10. Таким чином, концентрація водню не повинна перевищувати 0,4% об. допустимої концентрації водню в повітрі приміщень щоб виключити утворення вибухонебезпечної суміші з киснем. Для випадку розміщення всього ВЯП (21284 од.) у відсіках басейнів витримки 1–5, W(H2)=1,34 Нм3/год. Таким чином, припустимий обґрунтований час бездіяльності системи вентиляції становитиме не більше 7 діб. Для того, щоб концентрація радіолітичного водню над поверхнею басейну не перевищувала 0,4% об., здування повинне бути в 250 разів більше швидкості утворення водню, тобто витрата повітря, що продувається над басейном (вентиляція) для забезпечення вибухопожежобезпеки має дорівнювати g=250 W(H2), м3/год. Температура самоспалахування водню у присутності водяної пари становить 970 K, а вибухонебезпечні властивості водневої суміші характеризуються межами спалаху 4,12–75% об'єму. Ступінь пошкодження будівельних конструкцій будівлі СВЯП-1 буде визначатися тими деформаціями і руйнуваннями, які вони отримали під час вибуху водню. Формування ударних навантажень під час аварійного вибуху безпосередньо визначається кількістю (обсягом), стехіометрчним співвідношенням водню з парою і межами займання водню. Висновки. Таким чином, наведена методика оцінки утворення радіолітичного водню та можливого його вибуху в приміщеннях СВЯП-1 дає змогу в рамках консервативного підходу оцінювати вибухопожежну безпеку і наслідки аварійного вибуху радіолітичного водню

Numerical study of the normal current density behaviour in a narrow - gap glow discharge

A numerical study of normal glow discharge properties was performed in the case of small electrodes separations (0.05-0.4 cm) and moderate gas pressures (10-46 Torr). A recently observed new experimental effect of a considerable reduction in the normal current density for smaller discharge lengths was analyzed both by means of 2D fluid model and by a minimal 1D drift model of gas discharge. A good agreement between theoretical and experimental behaviour was demonstrated. An influence of the electrodes separation and of the gas heating on the value of the normal current density is discussed.Comment: 20 pages, 4 figure

КОНЦЕПЦІЯ МОБІЛЬНОЇ ЛАБОРАТОРІЇ КОМПЛЕКСНОЇ ОЦІНКИ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ

The concept of elaboration of mobile laboratories of integrated assessment and forecasting of emergency situations was developed. They provide operational radiation control in routine and emergency situations, remote and contact monitoring of concentration of harmful chemical contaminants in the atmosphere, soil, water, food, forage, etc. High technology equipment in theselaboratories enables to carry out assessment of the integral man-made and natural risks, to anticipate arising and development of emergency situations promptly, to forecast development and implementation of priority measures, to mitigate and eliminate potential effects of accidents and disasters.Розроблена концепція зі створення мобільних лабораторій комплексної оцінки та прогнозування надзвичайних ситуацій, які забезпечать оперативний радіаційний контроль в штатних і аварійних ситуаціях, дистанційний і контактний контроль концентрацій шкідливих хімічних домішок в атмосфері, ґрунті, воді, продуктах харчування, кормах та ін. Наукомістка апаратура таких лабораторій дає можливість проводити інтегральну оцінку техногенних і природних ризиків, прогнозувати виникнення та розвиток надзвичайних ситуацій, оперативно здійснювати розробку і впровадження першочергових заходів з ліквідації та пом'якшення можливих наслідків аварій і катастроф

Выделение речевой активности на фоне шумов при помощи компактной сверточной нейронной сети

The paper investigates the problem of voice activity detection from a noisy sound signal. An extremely compact convolutional neural network is proposed. The model has only 385 trainable parameters. Proposed model doesn’t require a lot of computational resources that allows to use it as part of the “internet of things” concept for compact low power devices. At the same time the model provides state of the art results in voice activity detection in terms of detection accuracy. The properties of the model are achieved by using a special convolutional layer that considers the harmonic structure of vocal speech. This layer also eliminates redundancy of the model because it has invariance to changes of fundamental frequency. The model performance is evaluated in various noise conditions with different signal-to-noise ratios. The results show that the proposed model provides higher accuracy compared to voice activity detection model from the WebRTC framework by Google.Исследуется задача выделения речевой активности из зашумленного звукового сигнала. Предлагается компактная модель сверточной нейронной сети, которая имеет всего 385 параметров. Модель нетребовательна к вычислительным ресурсам, что позволяет использовать ее в рамках концепции Интернета вещей для портативных устройств с низким энергопотреблением. В то же время эта модель обеспечивает высокую точность определения речевой активности на уровне лучших современных аналогов. Указанные полезные свойства достигаются путем применения специального сверточного слоя, учитывающего гармоническую структуру вокализованной речи и устраняющего избыточность модели за счет инвариантности к изменениям частоты основного тона. В рамках экспериментов производительность модели оценивалась в различных шумовых условиях для разных соотношений сигнала и шума. Результаты экспериментов показали, что предложенная модель обеспечивает более высокую точность определения речевой активности по сравнению с моделью, представленной компанией Google в фреймворке WebRTC

Overview of convolutional neural networks for image recognition

Цель работы, результаты которой представлены в рамках статьи, заключалась в исследовании современных архитектур сверточных нейронных сетей для распознавания изображений. В статье рассмотрены такие архитектуры как AlexNet, ZFnet, VGGNet, GoogleNet, ResNet. Характеристикой о качестве распознавания изображения для нейронной сети является ошибка top-5. На основе полученных результатов было выявлено, что на данный момент сетью с наиболее точным результатом является свёрточная сеть ResNet с показателем точности в 3,57%. Преимуществом данного исследования является то, что приведенная статья дает краткую характеристику свёрточной нейронной сети, а также дает представление о современных архитектурах свёртчных сетей, их строением и качественными показателями. The purpose of the work, the results of which are presented in the article, was to study modern architectures of convolutional neural networks for image recognition. This article discusses such architectures as AlexNet, ZF net, Get, Google Net, Reset. The characteristic about the image recognition quality for a neural network is the top-5 error. Based on the results obtained, it was found that at the moment the network with the most accurate result is the RESNET convolutional network with an accuracy rate of 3.57%. The advantage of this study is that this article provides a brief description of the convolutional neural network, as well as gives an idea of modern architectures of convolutional networks, their structure and quality indicators

Instantaneous pitch estimation algorithm based on multirate sampling

The paper presents an algorithm for accurate pitch estimation that takes advantage of the sinusoidal model with instantaneous parameters. The algorithm decomposes the signal into subband components, extracts their instantaneous parameters and evaluates period candidate generating function (PCGF). In order to achieve high accuracy for low and high-pitched sounds it is assumed that possible pitch variation range is proportional to current pitch value. The bandwidths of the decomposition filters and length of the analysis frame are scaled for each period candidate by multirate sampling. The algorithm is compared to other widely used pitch extractors on artificial quasiperiodic signals and natural speech. The proposed algorithm shows a remarkable frequency and time resolution for pitch-modulated sounds and performs well both in clean and noisy conditions

Fuzzy model for identifying significant subtle influences within a system of objects’ responses

The paper deals with the problem of revealing subtle consistent patterns of functional connections between sets of data describing a system of objects’ responses and being of significant value to solving control problems. The main strengths and weaknesses of utilizing fuzzy systems for modeling that limit the use of fuzzy logic in research are explored afterwards. It outlines the main features of the fuzzy model for identifying significant subtle (implicit) influences within a system of objects’ responses based on a cross between fuzzy set and data mining approaches which embrace fuzzy binary relations and correspondence and their composition as well as reflexive selection of mediating factors. The tool for obtaining assessments in natural language resulting from exploiting an automated learning algorithm is later suggested. The method’s ability to locate non-evident elements of a communication channel and evaluate the power of effects produced is then unveiled. After that the model’s applicability to examining the system of images’ responses when analysing implicit influences among their key attributes is discovered. The article lastly brings evidence for its adaptability to simulating mutual impacts of a range of economic objects.Рассмотрена проблема выявления срытых закономерностей в данных, характеризующих систему откликов объектов и обладающих значительной ценностью в решении задач управления. Выявлены основные достоинства и недостатки работы с нечеткими системами в процессе моделирования объекта, определяющие границы применения нечеткой логики. Приведена нечеткая модель поиска значимых скрытых (имплицитных) влияний в системе откликов объектов на основе нечетко-множественного подхода и интеллектуального анализа данных, объединяющих задание нечетких бинарных отношений и нечетких бинарных соответствий через их композицию, а также рефлексивный отбор опосредованных факторов. Установлена ее способность с помощью полученных на базе автоматизированного алгоритма обучения оценок на естественном языке идентифицировать скрытые элементы канала связи и определить силу их влияния на непосредственно измеряемые выходные показатели. Описана возможность применения модели в системе откликов изображений при анализе имплицитных влияний их ключевых параметров, а также ряда экономических объектов