Náhradní hlasivky pro generování zdrojového hlasu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Práce se ve svých úvodních částech zabývá způsoby, jak lze nahradit chybějící zdrojový hlas u pacientů po totální laryngektomii. Jsou uvedeny jednotlivé běžně používané metody hlasové rehabilitace. Na jednoduchých výpočtových modelech je nejprve zkoumáno několik principů generování umělého zdrojového hlasu. Na základě znalostí, jak se tvoří zdravý lidský hlas, byl vybrán jeden ze způsobů jak zdrojový hlas tvořit uměle (bez činnosti lidských hlasivek). Vybrán byl princip plátkového elementu v konfiguraci (-,+). Funkce plátkového elementu spočívá v periodickém pohybu plátku a přerušování proudícího vzduchu tímto pohybem. Oproti zdravým lidským hlasivkám se plátkový element v konfiguraci (-,+) chová při své funkci odlišně. Důležité ovšem je, zda generovaný akustický signál má takové vlastnosti (složení amplitudo-frekvenčního spektra), aby bylo možné pomocí něj generovat znělé hlásky lidské řeči. Chování plátkového elementu je studováno na experimentálním a výpočtovém modelu. Konstrukční návrh experimentálního modelu vychází ze zkušeností z měření na jednoduchých modelech plátkových elementů prováděných v počátcích studia. Nový experimentální model je konstruován tak, aby umožňoval změny geometrie a vzájemné polohy plátku a dorazu. Měření prováděná na experimentálním modelu jsou především akustická měření generovaného signálu, ale jsou umožněna i optická měření polohy plátku. Princip fungování plátkového elementu vyžaduje ve výpočtovém modelu zohlednění interakce mezi plátkem a proudícím vzduchem. Je použitý obousměrný model interakce mezi fyzikálním prostředím vzduchu a plátkem. Každé z fyzikálních prostředí je řešeno na samostatném výpočtovém modelu. Interakce je řešena po částech. Jak na experimentálním, tak i na výpočtovém modelu, je sledován vliv jednotlivých parametrů na funkci příslušného modelu plátkového elementu. Jsou vyhodnoceny vlivy na základní frekvenci generovaného signálu, na stabilitu funkce a jiné důležité charakteristiky. V závěrečných kapitolách je uvedena problematika konstrukce hlasové protézy – umělé hlasivky. Autorem jsou zdůrazněna některá úskalí, která je třeba respektovat při návrhu hlasové protézy aplikovatelné u člověka.
The first part of this work focuses on ways to replace missing source voice in case of patients after total laryngectomy. The commonly used methods of voice rehabilitation are mentioned. Simple computational models are used to explore several principles of generating artificial source voice. Based on the knowledge of how a healthy human voice is generated, one of the ways to generate artificial source voice was chosen – a reed-based element in the configuration (-, +). The function of the reed-based element is based on a periodic bending of the reed and in the airflow cutoff created by this motion. The (-,+) configuration of the reed-based element causes a different behaviour, when compared to healthy vocal folds, important is, however, whether the generated acoustic signal has the right spectral characteristics, which enable the generation of voiced vowels of the human speech. Both experimental and computational models are used to study the behaviour of the reed-based element. The design of the experimental model is based on the preliminary experiments with simple reed-based elements, which were carried out at the beginning of my studies. The new experimental model is designed in such a way, that it enables changes to the reed geometry and its position towards the reed stop. The measurements carried out on the experimental model are mainly acoustical (measurements of the generated acoustical signal), but optical measurements of the reed´s movement and position are possible and used as well. Because of the nature of the reed-based element´s behavior, the fluid structure interaction must be taken into consideration in the computational model. A two-way model of fluid structure interaction is used between the fluid part of the computational model and the structural one. A partitioned solution is used to solve the fluid-structure interaction. The effect of specific input parameters on the function of both models (experimental and computational) is monitored. The influences of input parameters on the basic frequency of the generated signal (source voice), on the stability of the function and on other important characteristics are evaluated. The final chapters focus on the design of voice prosthesis in general. Some specific issues, which need to be solved when designing voice prosthesis, are highlighted.
The first part of this work focuses on ways to replace missing source voice in case of patients after total laryngectomy. The commonly used methods of voice rehabilitation are mentioned. Simple computational models are used to explore several principles of generating artificial source voice. Based on the knowledge of how a healthy human voice is generated, one of the ways to generate artificial source voice was chosen – a reed-based element in the configuration (-, +). The function of the reed-based element is based on a periodic bending of the reed and in the airflow cutoff created by this motion. The (-,+) configuration of the reed-based element causes a different behaviour, when compared to healthy vocal folds, important is, however, whether the generated acoustic signal has the right spectral characteristics, which enable the generation of voiced vowels of the human speech. Both experimental and computational models are used to study the behaviour of the reed-based element. The design of the experimental model is based on the preliminary experiments with simple reed-based elements, which were carried out at the beginning of my studies. The new experimental model is designed in such a way, that it enables changes to the reed geometry and its position towards the reed stop. The measurements carried out on the experimental model are mainly acoustical (measurements of the generated acoustical signal), but optical measurements of the reed´s movement and position are possible and used as well. Because of the nature of the reed-based element´s behavior, the fluid structure interaction must be taken into consideration in the computational model. A two-way model of fluid structure interaction is used between the fluid part of the computational model and the structural one. A partitioned solution is used to solve the fluid-structure interaction. The effect of specific input parameters on the function of both models (experimental and computational) is monitored. The influences of input parameters on the basic frequency of the generated signal (source voice), on the stability of the function and on other important characteristics are evaluated. The final chapters focus on the design of voice prosthesis in general. Some specific issues, which need to be solved when designing voice prosthesis, are highlighted.
Description
Citation
VAŠEK, M. Náhradní hlasivky pro generování zdrojového hlasu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2013.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Ján Kamenický, CSc. (předseda)
prof. Dr. Ing. Tomáš Vampola (člen)
prof. Ing. Jan Šklíba, CSc. (člen)
doc. Ing. Jan Brandejs, CSc. (člen)
RNDr. Anna Ryndová, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Karel Pellant, CSc. (člen)
Date of acceptance
2013-06-20
Defence
Přínos práce byl nejlépe vystižený v oponentských posudcích a v rozpravě i školitelem a členy komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení