Numerical computation of the human voice source

人声源的数值计算

基本信息

项目摘要

The voice is the carrier signal of speech. The process of voice production, also called phonation, can be described by the interaction between the tracheal airflow and the two elastic vocal folds in the larynx which are excited to periodical oscillations. Thus, the two oscillating vocal folds (normally between 100 Hz and 300 Hz) periodically interrupt the expiration air stream forming the primary acoustic voice signal. Although we use our voice continuously and take it for granted, the exact causalities between airflow, vocal fold dynamics, and resulting acoustic voice signal, especially for disturbed or dysphonic voice, are still not fully understoodOur central objective is to develop an aeroacoustic computational model simVoice for clinical applicability in future. The simVoice model will be a hybrid 3D FVM (computational fluid with driven structural dynamics) and 3D FEM (aeroacoustics) model, being optimized in computing time due to reduced complexity but still able to resolve the phonatory components to the needed degree.Innovative scientific aspects of this project include the knowledge to which amount turbulent scales have to be resolved for sustaining critical acoustic characteristics, revealing the cause and effect chain of dynamics, airflow and acoustics for the phonation process and the first detailed numerical study on the dependencies of vocal fold dynamics towards the acoustic quality. The expected clinical valuable outcomes of simVoice are to (1) help understanding pathological and physiological voice production processes, (2) identify new treatment approaches and to (3) simulate conservative and surgical treatment outcome.
语音是语音的载体信号。发声的过程也称为发声,可以通过气管气流与喉部两个弹性声带之间的相互作用来描述,这两个弹性声带被激发周期性振荡。因此,两个振荡声带(通常在 100 Hz 和 300 Hz 之间)周期性地中断形成主要声学语音信号的呼气气流。尽管我们不断地使用我们的声音并认为这是理所当然的,但气流、声带动力学和产生的声学语音信号之间的确切因果关系,特别是对于受干扰或发声困难的声音,仍然没有完全理解我们的中心目标是开发一种气动声学计算模型 simVoice,以供未来的临床应用。 simVoice 模型将是一个混合 3D FVM(具有驱动结构动力学的计算流体)和 3D FEM(空气声学)模型,由于复杂性降低而在计算时间上进行了优化,但仍然能够将发声成分解析到所需的程度。该项目的创新科学方面包括了解必须解决多少湍流尺度才能维持关键的声学特性,揭示因果链 对发声过程的动力学、气流和声学进行了研究,并对声带动力学对音质的依赖性进行了首次详细的数值研究。 simVoice 的预期临床有价值的结果是(1)帮助理解病理和生理声音产生过程,(2)确定新的治疗方法以及(3)模拟保守和手术治疗结果。

项目成果

期刊论文数量(9)
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专利数量(0)
Postprocessing of Direct Aeroacoustic Simulations Using Helmholtz Decomposition
  • DOI:
    10.2514/1.j058836
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    S. Schoder;K. Roppert;M. Kaltenbacher
  • 通讯作者:
    S. Schoder;K. Roppert;M. Kaltenbacher
Hybrid aeroacoustic approach for the efficient numerical simulation of human phonation.
用于有效数值模拟人类发声的混合气动声学方法
  • DOI:
    10.1121/10.0000785
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Schoder;M. Weitz;P. Maurerlehner;A. Hauser;S. Falk;S. Kniesburges;M. Döllinger;M. Kaltenbacher
  • 通讯作者:
    M. Kaltenbacher
Aeroacoustic Sound Source Characterization of the Human Voice Production-Perturbed Convective Wave Equation
  • DOI:
    10.3390/app11062614
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Schoder, Stefan;Maurerlehner, Paul;Kaltenbacher, Manfred
  • 通讯作者:
    Kaltenbacher, Manfred
Application Limits of Conservative Source Interpolation Methods Using a Low Mach Number Hybrid Aeroacoustic Workflow
使用低马赫数混合气动声工作流程的保守源插值方法的应用限制
  • DOI:
    10.1142/s2591728520500322
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Schoder;A. Wurzinger;C. Junger;M. Weitz;C. Freidhager;K. Roppert;M. Kaltenbacher
  • 通讯作者:
    M. Kaltenbacher
Towards a Clinically Applicable Computational Larynx Model
建立临床适用的计算喉模型
  • DOI:
    10.3390/app9112288
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. Sadeghi;S. Kniesburges;S. Falk;M. Kaltenbacher;A. Schützenberger;M. Döllinger
  • 通讯作者:
    M. Döllinger
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知道了