Acoustic diagnosis of voice disturbance using an analytical model of speech production

使用语音产生分析模型对语音干扰进行声学诊断

基本信息

批准号：
18J11476
负责人：
横田和哉
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

喉頭がんなどの声帯付近に発生する疾患では，発声障害が初期症状として現れる．このような疾患に対する現状の音声検査法（GRBAS尺度）は客観性に乏しいという問題がある．音声検査において，病変に近い声帯の流速変動波形（声帯音源波形）を知ることができれば，より正確に疾患の状態を知ることができる．本研究では，声道内の空気をばね・質点系で構成される集中系でモデル化し，測定した音声データから声帯音源波形を逆解析する手法の確立を目的とする．H30年度までの研究で，人間の発声器官を模した実験装置により，提案した逆解析手法の妥当性が確認された．R1年度は，発声障害の物理的メカニズムを明らかにするために，モード解析を利用した声帯振動解析モデルを提案した．提案モデルの特徴は，声帯をばね・質点でモデル化する既存の手法と比較して正確な解析が行えること，大規模流体-構造連成解析(FSI)と比較して計算量が大幅に少ないことである．また，声帯のモード解析を利用した手法であるため，声帯の振動に重要なモード等，解析結果の物理的考察を詳細に行うことができる．本手法の妥当性を確認するため，大規模FSIとの比較を行い，声門での体積流量波形及び振動時の声帯形状が良く一致することを確認した．また，シリコン製人工声帯を備えた実験装置を制作し，自励振動を発生させ，提案法の解析結果が実験結果と良く一致することを確認した．以上により，提案法の妥当性が確認された．また，提案法に対しシューティング法を用いた定常振動解の算出と安定判別を行い，声帯のヤング率及び声門下圧を変化させ，パラメータスタディを行った．そして，声帯の自励振動に重要なモードと，モード同士の位相差を明らかにした．これらの結果より，提案法は声帯の自励振動モデルとして妥当であり，音声生成や発声障害の物理的考察を行うにあたって有用なモデルであることが示された．

在声带附近发生的疾病（例如喉癌）中，声带功能障碍似乎是早期症状。此类疾病的当前音频测试方法（GRBAS量表）的问题是，它的客观性很差。如果您可以在语音测试期间发现声带接近病变的声带的流速波动波形（声带声源波形），则可以更准确地学习疾病的状况。这项研究旨在建立一种在由弹簧和质量系统组成的集中式系统中对空气进行建模的方法，并从测量的音频数据中反向分析声带源波形。直到2018年的研究证实了使用模仿人声器官的实验装置的拟议反向分析方法的有效性。在R1财政年度，我们提出了使用模态分析的声带振动分析模型，以阐明声带功能障碍的物理机制。该模型的特征是，与现有的使用弹簧和质量点建模声带的方法相比，可以进行准确的分析，并且计算量的量显着少于大规模流体结构偶联分析（FSI）的计算量。此外，由于这种方法使用声带的模态分析，因此可以对分析结果进行详细的物理考虑，例如对于声带振动很重要的模式。为了确认该方法的有效性，我们将其与大规模的FSI进行了比较，并确认振动时的声门和声带形状处的体积流量波形很好地匹配。我们还生产了配备了硅人工声带的实验装置，该设备产生了自激发的振动，并确认该方法的分析结果与实验结果非常吻合。以上证实了该方法的有效性。此外，计算稳态振动溶液并使用拟议方法中的射击方法确定，并更改了Young的模量和声带的次化压力，并进行了参数研究。然后，我们阐明了模式之间对自振语声绳振动很重要的相位差。这些结果表明，所提出的方法作为声带的自激发振荡模型有效，是语音功能障碍的语音产生和物理考虑的有用模型。