息肉与麻痹喉声源分类中非线性动力学发声系统模型研究

提出一种非线性动力学建模仿真发声系统,分类息肉和麻痹喉声源的方法,为声带疾病分类时参数选择提供了依据。首先介绍息肉和麻痹声带力学模型,耦合声门气流产生喉声源,求取喉声源频率(基频)、基频微扰;提出用庞加莱截面,分岔图对模型振动进行非线性分析;改变声带病理参数及声门下压,分析频率参数和混沌参数李雅普诺夫指数的变化。仿真实验结果表明,声带麻痹减小了发声基频,且只在一定压力范围内出现混沌振荡;息肉声带的混沌则分布在整个压力范围内。根据最大李雅普诺夫指数随声门下压变化的差异性分布,有助于识别并分类声带息肉和声带麻痹。     

息肉与麻痹喉声源分类中非线性动力学发声系统模型研究

提出一种非线性动力学建模仿真发声系统,分类息肉和麻痹喉声源的方法,为声带疾病分类时参数选择提供了依据。首先介绍息肉和麻痹声带力学模型,耦合声门气流产生喉声源,求取喉声源频率(基频)、基频微扰;提出用庞加莱截面,分岔图对模型振动进行非线性分析;改变声带病理参数及声门下压,分析频率参数和混沌参数李雅普诺夫指数的变化。仿真实验结果表明,声带麻痹减小了发声基频,且只在一定压力范围内出现混沌振荡;息肉声带的混沌则分布在整个压力范围内。根据最大李雅普诺夫指数随声门下压变化的差异性分布,有助于识别并分类声带息肉和声带麻痹。     

影响声带振动模式的喉疾病物理分类

通过分析声带的生理结构和喉疾病对声带振动模式的影响，从物理上将喉疾病根据其起因归纳为主要影响声带本体层振动和主要影响声带覆盖层振动的两大类；并认为频域相对信噪比是区分病态噪音和正常嗓音的有效参数，协同监视病态嗓音的频率微扰商和振幅微扰商参数的异常可基本识别上述两类疾病。     

利用声带动力学模型参数反演方法进行病变嗓音分类

提出一种声带动力学模型参数反演方法,从发声机理角度对声带病变嗓音进行有效区分。依据声带生理组织和伯努利定律构建声带动力学模型,确定模型优化参数向量,耦合声门气流获取模型声门波;利用迭代自适应逆滤波算法获得实际嗓音声门波作为目标声门波;采用遗传优化算法提出通过匹配目标和模型声门波特征参数实现模型参数反演。实验结果表明,表征声门波的各时频域参数匹配相对误差不超过2%;依据反演所获模型参数提出去除声门下压影响的平均归一化缩放系数,克服声带非对称性特征在区分病变嗓音方面的不足,实现病理嗓音的全面有效区分。     

空气中快速运动声源水下声场的波数积分模型

本文采用二维波数积分，对空气中高速运动声源激发的水下声场进行建模。针对二维波数积分计算声场时域解计算量大的问题，提出一种快速计算方法。用本文提出的方法，对深海和浅海情况下，空气中高速运动单频点声源激发的水下声场进行了计算和仿真。计算结果表明：在深海，水下接收信号的幅度和瞬时频率随时间发生变化；接收器深度、接收器与声源运动轨迹的最小距离对接收信号的变化快慢有较大影响，而声源高度的影响较小；在浅海中，接收信号呈现快速的幅度起伏，明显的多普勒频移和大的频率展宽效应。与简正波方法相比，本文方法主要适用于近场计算，而简正波方法适用于远场。另外，当声源频率较高时，二维波数积分方法的计算量将迅速增大。     

感性神经元模型及其动力学特性研究

神经元的大小属于介观尺度范围,本文考虑神经元的电感特性,建立了由细胞膜电感、膜电容、钾离子忆阻器和氯离子电阻构成的神经元经典电路模型和介观电路模型.利用经典电路理论和介观电路的量子理论,推导了在外部冲击激励下神经元细胞膜电压响应的表达式.将枪乌贼神经元的电生理参数代入膜电压表达式并计算可知,两种模型下的膜电压均先增大后减小,最后达到零值的静息状态,且其能量主要集中在0—30 Hz的脑电频率范围内.进一步比较发现,介观电路模型下膜电压的峰值及达到峰值所需的时间(达峰时间)均低于经典电路模型下的值,并与枪乌贼轴突受到刺激后的实验结果更接近,说明介观电路模型更能反应神经元受到刺激后的生理特征.基于介观电路模型,随着外部激励强度的增加,膜电压的峰值增加且达峰时间变短.膜电压峰值及达峰时间等参数更易受神经元膜电容的影响.神经元的介观电路模型对于理解神经元受到刺激后的兴奋性,推动受大脑功能启发的量子神经网络的发展等具有重要意义.     

CuBr脉冲激光动力学模型及其研究

本文通过实验观测CuBr激光等离子体中铜的自发辐射光谱,建立了五能级CuBr脉冲激光动力学模型。应用电子温度和电子密度实验值,通过计算机数值计算得到的激光脉冲波形、峰值时刻、功率等都与实验值基本相符。结果还表明:当输入功率密度不变时,通过改变缓冲气体热扩散步长,可明显改变气体温度或初始铜原子密度,从而改变激光功率。 关键词：     

累积放电模型及其符号动力学研究

基于累积释放模型提出了一种累积放电模型.相比于累积释放模型, 累积放电模型无须变化的阈值调制, 即可出现多种状态, 例如混沌态、锁频等. 利用符号动力学对其进行研究, 发现在一定的参数条件下, 模型的输出符号序列可以被用于监测模型参数的变化, 而且与神经系统的测量相似, 都具有很高的分辨率. 计算机仿真和电路实验得到的结果也验证了上述说法. 电路实验结果显示模型的输出符号序列对输入频率的分辨率最高可以达到0.05 Hz, 对电流幅值的分辨率可达到1 μA, 并且都具有很大的动态范围. 关键词： 符号动力学 混沌 累积释放模型 非线性电路     

感性神经元模型及其动力学特性研究

神经元的大小属于介观尺度范围,本文考虑神经元的电感特性,建立了由细胞膜电感、膜电容、钾离子忆阻器和氯离子电阻构成的神经元经典电路模型和介观电路模型.利用经典电路理论和介观电路的量子理论,推导了在外部冲击激励下神经元细胞膜电压响应的表达式.将枪乌贼神经元的电生理参数代入膜电压表达式并计算可知,两种模型下的膜电压均先增大后减小,最后达到零值的静息状态,且其能量主要集中在0—30 Hz的脑电频率范围内.进一步比较发现,介观电路模型下膜电压的峰值及达到峰值所需的时间(达峰时间)均低于经典电路模型下的值,并与枪乌贼轴突受到刺激后的实验结果更接近,说明介观电路模型更能反应神经元受到刺激后的生理特征.基于介观电路模型,随着外部激励强度的增加,膜电压的峰值增加且达峰时间变短.膜电压峰值及达峰时间等参数更易受神经元膜电容的影响.神经元的介观电路模型对于理解神经元受到刺激后的兴奋性,推动受大脑功能启发的量子神经网络的发展等具有重要意义.     

一个人类行为动力学模型及其精确解

对于Baraba′si提出的基于人类行为的排队模型,比较了Baraba′si的解与Va′zquez的解,指出这两个解存在差异.提出一个服务台具有服务时间的人类行为动力学模型.通过严格的解析,计算出事件的等待时间分布,得到事件在系统中的逗留时间分布(这个指标在Baraba′si模型中没有被获得).结果表明,按照优先权选择协议,这个模型的等待时间分布是指数γ=2的幂律分布,这与钱学森通信回复时间分布的指数2.1非常接近.     

非对称夹芯板隔声量的解析计算模型及影响因素

提出了一种计算上下面板非对称的三明治夹芯板隔声性能的方法。通过对非对称夹芯梁表观抗弯曲刚度的计算,得到对应夹芯板随频率变化的表观抗弯刚度,代入4阶的控制方程,应用模态展开法可以方便地计算简支非对称夹芯板的隔声量。对4种定制的3层非对称碳纤维夹芯板进行了理论计算和实验测试对比,在频率范围100~3150 Hz内,计权隔声量误差在3 dB以内。着重分析了面板对称性、芯层剪切模量对隔声性能的影响,发现在夹芯板面密度一定时,芯层剪切模量对夹芯板的隔声性能影响最为显著。当芯层剪切模量较小时,上下面板非对称分布导致吻合频率显著降低,对夹芯板的整体隔声亦不利。     

非对称夹芯板隔声量的解析计算模型及影响因素

提出了一种计算上下面板非对称的三明治夹芯板隔声性能的方法。通过对非对称夹芯梁表观抗弯曲刚度的计算,得到对应夹芯板随频率变化的表观抗弯刚度,代入4阶的控制方程,应用模态展开法可以方便地计算简支非对称夹芯板的隔声量。对4种定制的3层非对称碳纤维夹芯板进行了理论计算和实验测试对比,在频率范围100～3150 Hz内,计权隔声量误差在3 dB以内。着重分析了面板对称性、芯层剪切模量对隔声性能的影响,发现在夹芯板面密度一定时,芯层剪切模量对夹芯板的隔声性能影响最为显著。当芯层剪切模量较小时,上下面板非对称分布导致吻合频率显著降低,对夹芯板的整体隔声亦不利。     

虚拟声技术及其应用(下)

虚拟现实是一种逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术。利用虚拟声的方法可产生各种不同的声音空间听觉，包括对声源的定位和对环境的声学空间特性感觉，因而在虚拟声学环境中有重要应用。由于在现实的环境中，声源和倾听者的空间位置以及周围的声学环境都可能是变化的，为了准确地模拟出这种变化，通常需要采用前面所述的包括头部位置跟踪和自适应信号处理的虚拟声系统，以根据声源、倾听者和环境的变化，实时地改变信号处理程序。这类虚拟现实的系统通常比较复杂，国外有多个实验室建有这类系统。     

虚拟声技术及其应用(上)

本文综述了虚拟声技术及其应用。在简单回顾了有关虚拟声的心理声学基础后，论述和分析了耳机和扬声器重发虚拟声的基本原理和基本的缺陷，总结了近年所提出的虚拟声的改进方法，最后探讨了虚拟声在科学研究、工程技术和消费电子领域的各种应用。     

Observation of perturbations in a lumped-element model of the vocal folds with application to some pathological cases

In this paper a mass-spring model is developed that is a hybrid of the two-mass and the longitudinal string models, proposed by Ishizaka and Flanagan [Bell Sys. Tech. J. 51, 1233-1268 (1972)] and Titze [Phonetica 28, 129-170 (1973)], respectively. The model is used to simulate the vibratory motion of both the normal and asymmetric vocal folds. Mouth-output pressure, lateral tissue displacement, phase plots, and energy diagrams are presented to demonstrate the interaction between vocal fold tissue and the aerodynamic flow between the folds. The results of the study suggest that this interaction is necessary for sustained large amplitude oscillation because the flow supplies the energy lost by the tissue damping. Tissue mass and stiffness were varied locally or uniformly. Decreased stress in the longitudinal string tension produced subharmonic and chaotic vibrations in the displacement, velocity and acceleration phase diagrams. Similar vibratory characteristics also appeared in pathological speech data analyzed using time domain jitter and shimmer measures and a harmonics-to-noise ratio metric. The subharmonics create an effect that has been perceptually described as diplophonia.     

Detecting synchronizations in an asymmetric vocal fold model from time series data

A nonlinear modeling approach is presented for the reconstruction of the synchronization structure in an asymmetric two-mass model from time series data. The asymmetric two-mass model describes a variety of normal and pathological human voices associated with synchronous and desynchronous oscillations of the two asymmetric vocal folds. Our technique recovers the synchronization diagram, which yields the regimes of synchronization as well as desynchronization, which are dependent upon the asymmetry parameter and the subglottal pressure. This allows the prediction of the regime of pathological phonation associated with desynchronization of the vocal folds from a few sets of recorded time series. It is shown that the modeling is quite effective when the time series data are chaotic and if they are taken from a regime of desynchronization. We discuss the applicability of the present approach as a diagnostic tool for voice pathologies.     

Two-dimensional model of vocal fold vibration for sound synthesis of voice and soprano singing

Voiced sounds were simulated with a computer model of the vocal fold composed of a single mass vibrating both parallel and perpendicular to the airflow. Similarities with the two-mass model are found in the amplitudes of the glottal area and the glottal volume flow velocity, the variation in the volume flow waveform with the vocal tract shape, and the dependence of the oscillation amplitude upon the average opening area of the glottis, among other similar features. A few dissimilarities are also found in the more symmetric glottal and volume flow waveforms in the rising and falling phases. The major improvement of the present model over the two-mass model is that it yields a smooth transition between oscillations with an inductive load and a capacitive load of the vocal tract with no sudden jumps in the vibration frequency. Self-excitation is possible both below and above the first formant frequency of the vocal tract. By taking advantage of the wider continuous frequency range, the two-dimensional model can successfully be applied to the sound synthesis of a high-pitched soprano singing, where the fundamental frequency sometimes exceeds the first formant frequency.     

线阵声强缩放方法在水下声源辐射功率估算中的应用

为了解决水下声源辐射声功率难以计算的问题,利用线阵声强缩放方法在波束形成声源识别的基础上,根据波束输出结果与声源辐射声功率之间的换算关系来获得相应的声功率。为了提高线阵声强缩放方法的水下声功率估算精度,给出了一定动态范围限制的主瓣区域积分方法,并通过仿真验证了该方法的有效性。在消声水池中开展了水下声功率估算的实验研究。在不同的测试距离下,对双声源条件下的单频以及宽带声源在阵列侧的辐射声功率进行了估算,以混响法的测量结果为参考值,研究了估算误差随声源频率、测试距离等影响因素的变化规律。实验结果表明,无论是单频还是宽带声源,声功率的最大估算误差不超过2.6 dB,在高频时不超过1.6 dB。验证了线阵声强缩放方法应用于水下声源辐射声功率估算的正确性与可行性。     

Changes in laryngeal airway resistance in young adult men and women as a function of vocal sound pressure level and syllable context

A noninvasive pressure-flow technique was used to assess laryngeal airway resistance (R_law) in eight young adult women and seven men. Syllable structures used were consonant-vowel (/pi/) and consonant-vowel-consonant (/bip/). The data were obtained from oscillographic records of intraoral air pressure and transglottal airflow over 2 consecutive days. Repetitions of each syllable context were produced at each subject's 25th, 50th, and 75th percentiles of vocal sound pressure level. No significant differences in R_law were found across days for the two groups. Women had significantly greater R_law than did men for the /pi/ and /bip/ contexts. Men showed a significantly greater average airflow rate than did women for both syllable contexts. Airflow, air pressure, and the ratio R_law increased as the sound pressure level of voice increased. The technique appears to be useful for characterizing certain features of laryngeal airway resistance for men and women.