Mοντελοποίηση της ταλάντωσης των φωνητικών χορδών

Abstract

Στην εποχή μας, η μοντελοποίηση φυσιολογικών συστημάτων του ανθρώπινου οργανισμού σε υπολογιστικά περιβάλλοντα στον Η-Υ είναι πολύ διαδεδομένη και εξελίσσεται ραγδαία, καθώς η ισχύς και η απόδοση των υπολογιστών αυξάνεται, οδηγώντας σε αποτελεσματικότερη και ρεαλιστική απεικόνιση, με σκοπό τόσο τη μελέτη της λειτουργίας του ανθρώπινου σώματος, όσο και τη πρόληψη και αντιμετώπιση της παθολογίας. Στην εργασία αυτή, εξετάζεται το σύστημα φώνησης του ανθρώπου και πιο συγκεκριμένα τις φωνητικές χορδές. Αφού παρουσιαστεί ο τρόπος με τον οποίο παράγεται η φωνή και κατανοηθούν οι φυσικοί κανόνες που διέπουν την ταλάντωση των φωνητικών χορδών κατά τη φώνηση, πραγματοποιείται μία αναδρομή στα μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί στο παρελθόν. Στη συνέχεια, σχεδιάζεται μία προσομοίωση των φωνητικών χορδών στο Matlab, βασισμένη στα απλά μοντέλα των συγκεντρωμένων στοιχείων (μαζών) χαμηλών διαστάσεων, που όμως εξελίσσουμε ώστε να περιλαμβάνει τη μελέτη της κίνησης των μυών του λάρυγγα. Τέλος, προκειμένου να εξακριβωθεί η αποτελεσματικότητα του μοντέλου, εξάγονται οι χαρακτηριστικές κυματομορφές της ροής του αέρα και της ταλάντωσης και συγκρίνονται με τις αντίστοιχες τιμές του εργαστηρίου.

Nowadays, computational modeling of physiological systems of the human body is very widespread and rapidly evolving, as the power and the attribution of computers increases, leading to more efficient and realistic representation, with the intention to study the function of human body and to prevent and treat any pathologies. In this thesis, the phonation human system and more specifically the vocal folds are examined. After seeing the way that voice is produced and comprehending the physical rules of the vibration of vocal folds during phonation, a review of the models developed in the past is demonstrated. Then, a simulation of vocal folds is constructed, based on the simple lumped-element (mass) models of low dimensions, and evolved to include the consideration of the laryngeal muscle activation. Finally, to verify the effectiveness of the model, characteristic waveforms of the airflow and oscillation are extracted and compared with the corresponding values taken from the laboratory.