[发明专利]一种模拟声带振动仿生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟声带振动仿生装置，具体涉及一种运用声学换能器来模拟声带振动发声装置。

背景技术

声带是发声系统的核心器官和生理基础。对发声机理的研究有助于揭示声带振动特性以及理解声带振动的病理生理性特征。目前研究声带振动的思路主要有两条：一是运用质量块弹簧震荡器来模拟声带，建立声带振动的弹簧——质量块模型。具体有单个自由度振动的单一质量块模型，双自由度的二质量块模型，以及四质量块模型。这些模型实现了声带结构的振动，但是声带生理性结构包涵了粘膜层、韧带层和肌肉层。上述结构中没有体现声带的分层特性，很难与实际声带生理特性相关联。后来有人将有限元法引入声带模型，但是计算量教大。而后运用FFM方法确定二质量块模型的质量块和弹簧的参数，再计算声门波及模拟声带振动，但是该模型没有考虑病理性声带振动的特性。

研究声带振动的另一条思路是将声带视作弹性连续体，运用广义的胡克定律来定义声带组织的应力——应变关系，而声带组织的力学特性运用杨氏模量、切变量、泊松系数等弹性系数描述。这种模型可以研究很多离散思路所不能研究的声带振动特性，比如表面波、切变波，以此为基础，选用相近的人工材料（比如硅胶）构成物理模型来模拟声带振动。用以研究声带振动特性和发声机理，比如声带的振动模态，声带小结的产生，不规则的病理发声出生的机制等。然而大量的生理解析学和生理研究学充分的揭示了声带组织中存在有复杂的复合结构。可以说声带不是单纯的固体、液体、及两者之间的相互作用共同决定了这一复合材料的特性及由其构成的声带组织振动的动力学特性。也就是说，单一的物态的声带理论不能很好的揭示声带的振动和发声特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟声带振动仿生装置，将声学换能器引入到这一领域来描述声带组织，用复合压电陶瓷片、硅胶及橡胶等物质来模拟声带振动。

本发明实现过程如下：

一种模拟声带振动仿生装置，其特征在于：两两相对布置的复合压电陶瓷片（2）的外端分别固连接在紧贴模拟盒（12）内壁的橡胶圆环（5）的凸起（1）上，相对布置的复合压电陶瓷片（2）内端与垂直方向的穿过模拟盒（12）同侧侧孔（15）的金属拉管（9）用绝缘弹性材料（10）在模拟盒（12）的中心固连接。橡胶圆环（5）内外填充固体硅橡胶，固体硅橡胶A（16）的弹性硬度大于固体硅橡胶B（11），以使得固体硅橡胶 B（11）的形变量大于固体硅橡胶A（16）。

金属拉管（9）的外端有螺纹（7）和螺母（8），用来调节金属拉管（9）伸缩的长度。

模拟盒（12）上下两面设置有均匀分布的刻度（6），便于调节复合压电陶瓷片（2）拉伸的角度。

复合压电陶瓷片由绝缘粘性物质（4）将两块完全相同的陶瓷晶体片（3）粘合在一起构成。复合压电陶瓷片（2）的内端与金属拉管（9）通过绝缘弹性材料（10）固定连接。陶瓷晶体片（3）的两面通过引线（13，14）以相反的极性连接，并通过金属拉管（9）中心的空隙引导至外端。

本发明依据的物理原理如下：压电陶瓷片在力的作用下产生形变时，在介质表面出现异种电荷。这种束缚电荷的电量与作用力成正比，电量越多，相对应的两表面电势差（电压）也越大，这种现象称压电效应。如果按一定方向对压电陶瓷片施加压力，那么在压电陶瓷片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸压电陶瓷片，在压电陶瓷片上出现符号相反的电荷。挤压或拉伸的力愈大，压电陶瓷片上的电荷也会愈多。如果在压电陶瓷片的两端镀上电极，并通以交流电，那么压电陶瓷片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。

本发明的有益效益：本发明能对不同状态下人的声带进行发声模拟，通过调节金属拉管可实现声带在张开不同角度下的振动模拟以及声带发生病理时的振动模拟；通过调节激励信号的强弱实现对高低音的模拟，并实现声带结构的多层次性的仿真；本发明结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明凸起部分的局部放大示意图；

图3为本发明的金属拉管与弹性绝缘材料连接部分的局部放大示意图；

图4是本发明模拟盒的侧面图。

本发明的附图标记如下：

1—凸起    2—复合压电陶瓷片    3— 陶瓷晶体片    4—绝缘粘性物质    

5—橡胶圆环    6—刻度    7— 螺纹    8—螺母    9—金属拉管         

10—绝缘弹性材料    11—固体硅橡胶B    12—模拟盒    13—引线A