Analysis on fluid-structure-acoustic interaction of vocal fold vibration and sound generation

声带振动与发声的流固声相互作用分析

基本信息

批准号：
20K14648
负责人：
吉永司
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は主に，２つの質点をバネとダンパーで接続した単純声帯モデルに対して，流体－構造－音響連成解析を行うことにより，提案手法の妥当性を検証した．声帯ひだの振動解析に関しては質点とバネに単純化することで計算効率を上げ，これまで種々の解析が行われてきた単純形状に対する流体解析を行うことにより，計算精度を検証しつつ，音まで十分な精度で解析できていることを確認しながら解析を進めた．気流解析の精度については，M5モデルと呼ばれる単純形状モデルに対する先行研究の表面圧力分布計測結果を用いて，剥離点まで表面圧力が十分な精度で計算できていることを確認した．その後，左右の声帯ひだの弾性率を変化させて左右非対称の振動が生まれた際に，3次元的な気流が，どの程度振動特性に影響を与えるのか調べた．この時，先行研究でよく用いられる1次元のベルヌーイの定理を用いたモデルと比較した．その結果，3次元気流解析と1次元モデルの結果はほとんど同じ傾向を示し，声帯の振動様式から発生音の声質まで，1次元気流モデルでも上気道の気流の圧縮性を考慮すれば十分な精度で解析できることがわかった．また，これらの結果は，声帯の振動様式に関して，気流の３次元性よりも声帯の生体組織をどのようにモデル化するのかが重要であることを示唆しており，今後は声帯ひだの複雑な形状や非線形的な変形様態に注力して解析を進めていく．得られた研究成果は2回の国際会議で発表し，米音響学会誌の学術論文として掲載された．

今年，我们主要通过在简单的声带模型上进行流体结构 - 声音耦合分析来验证所提出的方法的有效性，其中两个质量点通过弹簧和一个阻尼器连接。关于声带褶皱的振动的分析，我们将分析简化为质量点和弹簧以提高计算效率，并通过对已对其进行分析的简单形状进行流体分析，直到现在到目前为止，我们验证了计算准确性，并确认即使是声音也可以以足够的准确性来分析声音。关于气流分析的准确性，我们证实了一个称为M5模型的简单形状模型的表面压力分布测量结果以足够的精度到剥离点进行计算。之后，当更改左和右声带的弹性模量以创造不对称的振动时，我们研究了三维气流影响振动特性的程度。目前，我们使用一维Bernoulli定理比较了该模型，该模型经常在先前的研究中使用。结果，3D气流分析和1D模型的结果显示出几乎相同的趋势，发现即使是一维气流模型也可以通过足够的精确性来分析，考虑到上呼吸道中气流的可压缩性，从声音振动模式到人声线到发声的声音质量。这些结果还表明，声带的振动模式比气流的三维性更为重要，我们将继续分析声带褶皱的复杂形状和非线性变形。获得的研究结果在两个国际会议上介绍，并在《美国声学学会杂志》上发表。