含有复杂边界和移动边界声传播问题的数值模拟

发布时间：2020-05-20 19:06

【摘要】：当前,计算声学在各领域得到广泛的应用,在语音学上声学仿真技术已经非常成熟,特别是静态声道(边界)的声学仿真。然而在研究语音生成过程中,人体声道比较复杂,特别是连续发音过程中,常还伴随着声道形状的实时变化,该过程所引起的复杂边界、移动边界问题尚未有很好的解决方法。因此,真实、准确地探究人类言语生成过程中声波在声道中传播显得尤为重要。目前,声学的数值模拟的方法有:基于网格法和无网格法,其中基于网格法包括边界元法、有限元法和时域有限差分方法等,这些传统的基于网格的方法在计算声学领域已经取得很大的成功。特别是时域有限差分方法因其高效、准确等特点在声学计算得到广泛的应用,但该方法在处理含有复杂边界和移动边界问题时,常常伴随有网格重构和网格畸变等,同时这样很容易造成较大的计算误差,且计算过程相当耗时。为了解决该问题,本文将时域有限差分方法和浸入式边界法二者结合并建模,进而将其应用于声道的声学分析。浸入式边界法是计算流体力学领域一重要方法,主要用来处理复杂外形结构下流体的运动情况和各种移动边界问题,在二者结合的声学计算模型中,它将声道边界和声波的相互作用通过在声学控制方程中加附加力来体现,并在计算中采用简单规则的笛卡尔网格,网格上的参数信息(压力和速度等)由时域有限差分法交替进行计算。为了验证该数学模型在求解含有复杂边界和移动边界的问题时的正确性和有效性,本文进行了针对普通话元音的声学仿真实验,通过与MRI测量结果的对比,来验证本文模型的正确性。同时在该模型的基础上,将其应用到声道动态变化的数值仿真上,从而阐明该模型能够求解含有复杂边界和移动边界问题。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O241.3;O42

【参考文献】