声带多层振动模型的研究

【摘要】：随着社会的飞速发展,医学技术不断进步,从而减轻了许多疾病给人身体和心理上带来的痛苦。在五官科中,发病率最高的首属喉科疾病。过去对喉科疾病的诊断主要是视诊。随着诊疗水平的提高,对喉病的检查出现有X射线检查、组织学检查和发声机能检查等等。然而这些方法还是给病人带来了极度的痛苦,且准确率不高。近十年,医疗工作者在现代医疗设备的帮助下,将语音信号数字处理技术用于喉病的诊断,并对喉病及声带振动机理进行了更深更广的研究。多年来人们分析声带组织的生理结构和振动机理,运用各种模型来模拟声带振动,并对声带模型进行了不断改进。 本文从声带的解剖结构和发声机理出发,考虑了声带的分层理论,提出了双弹簧对称振动模型。该模型基于声带的生理特性及肌肉弹性运动和空气动力学说,为声带振动提供了一个更加合理和实用的模型。文中选取了适当的声门和声道参数,确定了该模型的质量块、弹簧和阻尼等一系列参数。并利用建立的模型进行计算求解,对该模型的声门声阻抗和动力学系统进行了分析。应用电-力-声类比的方法,画出了该模型动力学系统的等效电路图、声门声阻抗等效电路图和语音信号系统的电路模型图。依据物理模型的相关理论,定量的研究了声带振动的物理机理,模拟了声带的振动。在对结果进行分析与讨论后得出：当在低频时,下层质量块产生了一个较大的位移；增加肌肉层硬度,下层质量块的位移将减少；当肌肉层即下层质量块非常坚硬时,该双弹簧模型将简化为单质量块模型。 随后又从声带的病理学角度出发,对双弹簧对称振动模型进行了拓展,又建立了声带的三质量块对称振动模型。分析了该模型的声门声阻抗和动力学系统,画出了声门声阻抗等效电路图和语音信号系统的电路模型图。并根据该模型所列方程的求解结果,选取了一系列参数值,对三个质量块的运动情况进行了模拟,画出了位移时间图像。在声带的三质量块对称振动模型的模拟中,当声带发生病变,即下层质量块弹性系数和上层两质量块之间的耦合弹性系数发生变化时,各质量块的运动情况将发生变化,声带的上层部位和下层部位将不能够同步振动,声带的前端和后端的振动幅值将有明显差异,振动波形将出现漂移等等各种情况。将理论值和临床实验数据相结合,进行进一步研究,可以将该模型用于喉病的诊断。本文的理论分析为该模型用于喉科疾病的诊断奠定了基础。 声带振动模型的研究揭示了声带振动的特性,有助于理解声带振动的生理病理特性。本文建立的模型比以往的模型更加的精细,更近似于人体组织,更符合人体声带的生理特性。为喉病理学、嗓音治疗、人工器官等医学领域的研究提供科学依据。对发展新型的声换能器、改善现有声技术的应用效果、开发新的声技术及应用领域具有理论指导意义和实际应用价值。