椭圆模型模拟声带振动的远场指向性

发布时间：2020-02-18 16:31

【摘要】：针对声带振动产生的声场的空间分布问题,根据声带的生理结构、振动特性及声学基本理论知识,提出用椭圆振动模型来模拟声带的振动,采用点源组合的方法计算了正常声带模型振动时产生的远声场的指向性。运用Matlab对声带模型的声场指向性进行了模拟仿真与分析,讨论了声带振动频率对声带模型产生的指向性的影响以及振动的点源数对声压幅值的影响;并模拟出当声带发生病变时,会影响声带模型的声压幅值,进一步又探讨了声带模型空隙尺寸发生变化时声场指向性的变化规律。结果表明,与正常声带模型相比,病变声带模型已不再有原来的规律,从而为声带的进一步研究及临床治疗提供了理论基础。
【图文】：

钪猩ひ艏膊〗衔?常见，为了更好地研究嗓音疾病的诊断和治疗，有必要对正常声带、病理性声带进行深入的研究。本文根据声带的生理结构及振动特性，提出用椭圆振动模型来模拟声带的振动，假设各点源等角度的分布在椭圆上，在理论上计算了该振动模型所产生的远声场的指向性［3］，进而研究了声带振动的远声场特性。1模型的建立与理论计算根据人体正常与病变声带的实物图片［4］(图1、2)，可将此声带的等效模型建立为椭圆形状，为了便于计算，可认为椭圆模型是由很多点源组成，各点源等角度的分布在椭圆上。图1人体正常声带的实物图Fig．1Normalvocalcordsdiagram图2病变声带的实物图Fig．2lesionvocalcordsdiagram在此声带振动模型中，选取模型中心点o所在的位置为空间直角坐标系的原点，模型所在的平面为xoy平面，以椭圆的长轴和短轴所在的直线为x，y轴(如图3)。声场中的一点p与坐标原点o相距为r，p点的坐标为(xp，yp，zp)，Qi(xi，yi，zi)为模型上的第i个小振元的坐标，iψ0是第i个点源Qi与x轴所成的角度，op与z轴的夹角为θ，坐标原点与p点投影Q的连线与x轴的夹角为ψ。图3声带模型的声压指向性计算原理图Fig．3Schematicdiagramofdirectivitycalculationofvo-calcordsmodel假设模型o处存在一小振元，则Qi处的振元的振动相对于o点处的振元的振动传到观察点p的声程差为ξi=op－Qip=oQi．eop，(1)其中eop是op的单位矢量。因为p点的各坐标分量可表示为xp=rsinθcosψ，yp=rsinθsinψ，zp=rcosθ。(2)则eop=1r(xpi+ypj+zpk)，(3)即eop=(sinθcosψ)i+(sinθsinψ)j+cosθk。(4)因此，ξi=xi

疲囝?必要对正常声带、病理性声带进行深入的研究。本文根据声带的生理结构及振动特性，提出用椭圆振动模型来模拟声带的振动，假设各点源等角度的分布在椭圆上，在理论上计算了该振动模型所产生的远声场的指向性［3］，进而研究了声带振动的远声场特性。1模型的建立与理论计算根据人体正常与病变声带的实物图片［4］(图1、2)，可将此声带的等效模型建立为椭圆形状，为了便于计算，，可认为椭圆模型是由很多点源组成，各点源等角度的分布在椭圆上。图1人体正常声带的实物图Fig．1Normalvocalcordsdiagram图2病变声带的实物图Fig．2lesionvocalcordsdiagram在此声带振动模型中，选取模型中心点o所在的位置为空间直角坐标系的原点，模型所在的平面为xoy平面，以椭圆的长轴和短轴所在的直线为x，y轴(如图3)。声场中的一点p与坐标原点o相距为r，p点的坐标为(xp，yp，zp)，Qi(xi，yi，zi)为模型上的第i个小振元的坐标，iψ0是第i个点源Qi与x轴所成的角度，op与z轴的夹角为θ，坐标原点与p点投影Q的连线与x轴的夹角为ψ。图3声带模型的声压指向性计算原理图Fig．3Schematicdiagramofdirectivitycalculationofvo-calcordsmodel假设模型o处存在一小振元，则Qi处的振元的振动相对于o点处的振元的振动传到观察点p的声程差为ξi=op－Qip=oQi．eop，(1)其中eop是op的单位矢量。因为p点的各坐标分量可表示为xp=rsinθcosψ，yp=rsinθsinψ，zp=rcosθ。(2)则eop=1r(xpi+ypj+zpk)，(3)即eop=(sinθcosψ)i+(sinθsinψ)j+cosθk。(4)因此，ξi=xisinθcosψ+yisinθsinψ，(5)·224·西北大学学报(自

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