基於含水孔隙彈性理論的聲帶振動和發聲機理研究

《基於含水孔隙彈性理論的聲帶振動和發聲機理研究》是依託南京大學，由陶超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於含水孔隙彈性理論的聲帶振動和發聲機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陶超
• 依託單位：南京大學

項目摘要

聲帶振動與發聲機理研究與生物聲學，語音編碼、識別、合成，喉病理學，神經動力學等學科的發展息息相關。以往研究通常將聲帶看作是離散質量塊或者單一物態的彈性連續體，不同於此，本項目將Biot含水孔隙彈性理論引入到聲帶振動的研究中；理論分析Biot參數和聲帶振動模態的關係；採用生物力學和超聲學方法，實驗測量實際聲帶組織的含水孔隙彈性參數；並建立基於含水孔隙彈性理論的有限元聲帶模型，研究各種生理條件下的聲帶振動，以及含水孔隙彈性特性與失聲、不規則發聲之間的關係。項目預期將揭示聲帶墓熱犁組織Biot參數與聲帶振動特性之間的關係，並建立以Biot參數為自變數的聲門波數學模型。本項目的研究內容，不僅可以為改進語音合成、編碼、識別技術提供重要信息；而且可能為喉病理學、嗓音治療等醫學領域的研究提供科學依據。

結題摘要

語音是人們日常信息交流的最主要方式。聲帶是人類發聲系統的核心器官，它在很大程度上決定了人類嗓音的基本特徵。因此，聲帶組織的病變不僅會給患者身體上帶來痛苦，也會給人們的日常生活、交流帶來巨大的不便。以往的研究將聲帶組織始終是被看作單一物態的物質。然而，大量的解剖學和生理學研究已經充分地揭示了聲帶組織是液體和孔隙彈性固體共同組成的一種複合材料，正因為如此，以往的單一物態的聲帶理論並不能很好揭示很多與固液兩相特性相關聯的聲帶振動和發聲現象。 為此，本項目中，課題組提出將含水孔隙彈性體這一全新理念引入到發聲機理駝槓糊籃的巴龍乎研究中，通過理論分析、計算機有限元模擬和實驗測量等研究手段，揭示聲帶組織含水孔隙彈性特性與聲帶振動、組織病變之間的關係。在過去的三年時間內，課題組按照研究計畫書提出的研究目標和內容開展工作，取得了預期結果： 課題組利用Ritz方法理論分析聲帶組織兩相參數和聲帶振動模態之間的關係，發現了聲帶振動過程中的固液振動模式解耦現象，闡明了振動聲帶中體液運動的動力學規律，這一成果揭示了水腫、脫水等疾病情況下發聲紊亂的動力學機制；課題組提出了利用超聲都卜勒效應非侵入地測量聲帶振動的方法。由於利用了聲道的聲波導效應，使得該測量系統無需深入體內，就可以有效地測量不同發音情況下的聲帶振動請艱芝特性。由於超音波對人體的安全性，這一方法是一種完全無損的非侵入的聲帶振動測量方法。因此，該研究為喉功能的日常臨床檢查提供了一種新方法；課題組還提出了測量具有孔隙彈性特性的聲帶組織的微結構的光聲測量方法。該新法克服邀櫃歡婆了成像精度與成像深度和工作頻率的矛盾，為利用組織的微結構戲拘差異評估組織病變提供了可能性，而且該方法還具有進一步地套用於更加廣闊的生物醫學領域的巨大潛力。 相比於質點近似或者單相彈性近似，含水孔隙彈性理論能夠更真實地描述聲帶組織特性，因此本項的研究成果揭示了很多以往研究所不能解釋的發聲現象，為完善聲門波模型，發展更高自然度的合成語音，最佳化語音編碼槳舟說，改進語音識別技術提供重要信息；而且為嗓音治療、喉部疾病的診斷提供有價值的信息和新的診斷手段。