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Tiny Talker – Um Sintetizador de Voz (HIST048)

Uma máquina que realmente fala! Não,não se trata de gravação ou qualquer meio que utilize a voz previamente gravada. Trata-se da síntese dos sons que correspondem à voz. a partir de sons básicos. feita por um complexo circuito eletrônica. O Pequeno Falador (Tiny Talker), desenvolvido pela Texas Instrumentos, é um exemplo simples de como circuitos eletrônicos podem ser usados na síntese da voz,:falando frases curtas, selecionadas com aplicações domésticas, recreativas, comerciais e industriais. Veja como funciona este simples sintetizador que fala oito frases diferentes, à sua escolha.

Obs. Este artigo de 1985 mostra uma tecnologia que na época estava em seu início. Hoje temos soluções muito mais avançadas que já são usadas em aplicações práticas importantes.

No futuro as máquinas falarão! Certamente o leitor já deve ter ouvido esta frase. Entretanto, ela já não se aplica mais ao nosso tempo, pois as máquinas já falam!

Circuitos eletrônicos podem fazer a síntese da voz, permitindo que as máquinas produzam as palavras que falam, e não simplesmente façam uso de gravações previamente existentes.

Como exemplo de aplicação prática de síntese de voz, temos o TM85110 da Texas, que pode, num circuito simples, falar qualquer uma de oito frases programadas, sendo comandado desde por uma simples chave seletora, até por controles eletrônicos e mesmo computadores de pequeno porte.

No uso de microcomputador para este controle, o número de frases é ilimitado.

Imagine as aplicações de um circuito eletrônico capaz de falar qualquer coisa!

Num automóvel moderno (como a versão mais luxuosa do Santana), um circuito deste tipo pode avisar o motorista quando as lâmpadas são esquecidas acesas, quando o combustível está no fim, ou quando a temperatura da água ou óleo sobe além dos limites permitidos.

Já existem máquinas bancárias que podem sintetizar a voz, dando informações faladas a partir de um banco de dados, sobre saldos, contas e outros negócios.

Podemos antever o dia em que o uso deste tipo de circuito vai se estender a aparelhos domésticos, brinquedos, máquinas industriais, equipamentos comerciais, numa escala muito maior.

As máquinas realmente terão uma comunicação direta, através da palavra falada, com seus operadores.

Serão fomos elétricos que avisarão quando a comida estiver pronta; serão alarmes que gritarão o local em que se encontra um intruso ou em que começa um incêndio; brinquedos que ensinarão crianças a falar, ler e contar; equipamentos que poderão informar aos operadores sobre o que se passa em seu interior e muitas coisas mais.

O Tiny Talker que a Texas apresenta neste artigo, é apenas um protótipo que pode levar a milhares de aplicações práticas, demonstrando de que modo alguns circuitos integrados podem levar o homem a um novo tipo de comunicação com as máquinas.

 

A SÍNTESE DA VOZ

O coração do Tiny Talker (Pequeno Falador) é o circuito integrado TM85110, da série TM85000 da Texas lnstrumentos, capaz de fazer a síntese de sons correspondentes à voz humana.

Ao contrário do que se pode pensar, este circuito não contém gravações de sons, como ocorre numa fita ou disco. O que ocorre é a síntese pura dos sons.

Partindo do fato de que os sons são ondas de compressão e descompressão de meios materiais (ar, por exemplo) e que todos os sons, inclusive os que correspondem à voz humana, podem ser analisados em função de sua frequência, forma de onda e modulação, a síntese pode ser feita a partir de meios puramente eletrônicos.

O que o nosso órgão produtor de fala faz é simplesmente gerar um sinal de certas frequências pelas cordas vocais e passar estes sinais por filtros moduladores e cavidades ressonadoras o que resulta em um som de características bem próprias.

Se produzirmos, por meios eletrônicos, um sinal elétrico com as mesmas características (forma de onda, frequência, modulação) e o aplicarmos a um transdutor (um alto-falante, por exemplo), teremos a reprodução do som correspondente à voz.

Na prática, a coisa não é tão simples, pela quantidade de elementos que devem ser levados em conta em cada som produzido.

Para que o leitor tenha uma ideia, nada mais nada menos do que 8 000 equações que correspondem à simulação de 10 filtros devem ser resolvidas pelo circuito, a cada segundo, para se obter a reprodução de nossa fala!

Com a reprodução exata dos sinais que correspondem a sons básicos, podemos fazer sua reunião em fonemas, palavras-e até mesmo frases inteiras.

Com uma quantidade limitada de sons obtidos, podemos sintetizar qualquer palavra, o que significa que o circuito pode falar qualquer coisa!

A programação para o que o circuito vai ”falar" depende simplesmente de uma programação externa, que pode ser feita numa EPROM, ou então por meio de microprocessadores, computadores, através de interfaces apropriadas.

 

COMO FUNCIONA O TINY TALKER

O sintetizador de voz TMSS11O da Texas é capaz de "falar" uma de oito frases de 4096 bits de comprimento, o que corresponde a 4 segundos de fala.

Cada conjunto de 8 frases será armazenado numa EPROM TMS2532. Se mais frases tiverem de ser armazenadas com o mesmo comprimento cada uma). Outras EPROMs podem ser ligadas ao mesmo sistema.

Na figura 1 temos o circuito completo do Tiny Talker, observando-se que apenas 6 circuitos integrados foram usados neste protótipo.

 

Figura 1 – Circuito completo
Figura 1 – Circuito completo

 

O sintetizador de voz TMS320 recebe da EPROM TMS2532 os dados de cada frase através de uma linha de conexão chamada ADD8.

Quando o comando “fale" é enviado pela PROM TBP18S030, o circuito lê o programa desta memória e sintetiza os sons correspondentes, que são aplicados a um transdutor (um pequeno alto-falante).

No final de cada leitura, existe um código de parada que, ao ser recebido pelo 5110, o coloca em posição de espera.

A varredura da EPROM TMS2532 é realizada pelos contadores 74L8393, que incrementam o endereço da EPROM a cada pulso de clock gerado pelo pino 3 do TMS5110.

O ritmo de operação do TMS5110 é dado por um clock interno, que necessita apenas de um resistor e de um capacitor externo para operação.

Saídas de clock são disponíveis em CPUCLK e ROMCLK (saídas correspondentes ao processador e memória) nas frequências de 320 kHz e 160 kHz. (figura 2)

 

Figura 2 – O CI usado
Figura 2 – O CI usado

 

A operação do Tiny Talker é muito simples: basta selecionar em S1 a frase desejada e pressionar S2.

Para alimentar o aparelho é usada uma fonte simétrica de 5 V, mostrada junto ao diagrama.

O sinal de áudio obtido consiste em pulsos de corrente modulados em amplitude na frequência de 8 kHz. Uma saída fornece a metade positiva do sinal e a outra, a metade negativa.

Estas saídas precisam ser somadas diferencialmente para se obter um sinal completo de áudio.

Uma maneira de se obter a reprodução consiste no uso de um transformador (2,5 + 2,5:1) e um alto-falante de 8 Ω, obtendo-se a potência de 36 mW, recurso usado na versão original do Tiny Talker. (figura 3)

 

Figura 3- A saída de áudio
Figura 3- A saída de áudio

 

Para se obter uma potência maior, da ordem de 500 mW, o circuito da figura 4 é o recomendado.

 

Figura 4 – Maior potência de áudio
Figura 4 – Maior potência de áudio

 

São usados transistores que permitem a excitação, sem transformador, de um alto-falante de 8 Ω.

 

OUTRAS POSSIBILIDADES

O circuito que descrevemos, o Tiny Talker, é um protótipo que visa apenas demonstrar como se pode obter a síntese de frases com poucos componentes, uma solução econômica para a síntese de voz.

Entretanto, para o hobista, este circuito ainda não é acessível, em vista não só da não disponibilidade dos componentes básicos, como da necessidade de se fazer a programação prévia da EPROM com as frases desejadas.

Entretanto, do ponto de vista comercial e industrial, o projeto de máquinas, brinquedos, eletrodomésticos e outros aparelhos que falam, é viável, e isso pode ser consultado junto a: Texas Instrumentos do Brasil.

CI-1 - TMS5110NL

CI-2, CI-3 - SN74LS393N

CI-4 - TMS2532

CI-5 - TBP18S030

CI-6 - 7905

D1 – 10 V x 500 mW - zener

D2, D3 - 1N4148 - uso geral, silício

R1 – 10 k x ¼ W - 5%

RP1 ~ 4k7 – metálico

P1 – 47 k ~ trimpot miniatura

C1, C2 - 100 nF x 30 V _ disco de cerâmica

C3, C4, C5 – 10 µF x 16 V- tântalo

C6 – 68 pF - disco de cerâmica

Diversos: placa de circuito impresso, soquetes para os integrados, chave de 1 polo x 8 posições, interruptor de pressão, caixa, separadores, transformador, alto-falante, material para a fonte, fios, solda, etc.

 

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