CN104523236B - 一种抗干扰的喉振动发声测评装置 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰的喉振动发声测评装置，涉及嗓音测评装置。设有静音室和室内测评装置；静音室设有静音室本体、消音通风装置和安全警报装置；静音室本体入口设有隔声门，消音通风装置设有消音通风箱，安全警报装置设有安全警报器，室内测评装置设有喉实验操作单元和数据采集单元；喉实验操作单元设有离体喉实验平台和仪器固定平台，离体喉实验平台设有人工肺、空压机和离体喉微调固定平台，仪器固定平台设有冷光源、二维步进电机、步进电机控制器、光学平台支架；数据采集单元设有数字电子压力计、数字电子气流计、数字电子声强计、驻极体电容传声器、声卡、摄影仪、计算机。可有效解决临床医学嗓音评估的局限性，提高数据的精准度和可靠性。

Description

一种抗干扰的喉振动发声测评装置

技术领域

本发明涉及嗓音测评装置，具体是涉及一种抗干扰的喉振动发声测评装置。

背景技术

目前，国内的嗓音测评仅限于运用医院隔音室的传声器、空气动力学装置以及喉镜相结合的装置进行测量。隔音室只能阻隔外界噪声，但是无法有效消除室内的混响噪声和振动产生的低频噪声(声压级大约40dB左右)，对声信号的采集会产生较大程度的干扰。当前国内常用的喉镜包括纤维喉镜、电子内窥镜及频闪喉镜，用于观测声带振动的物理形态，但此类喉镜都存在分辨率低且无法实时动态测量声带振动的弊端。此外，现有的嗓音病理治疗都是基于人体嗓音评估，但是很多嗓音疾病无法在人体上观测和研究，因此，在病理研究对象上也存在很大的局限性。

如要对医学嗓音测评方面实现更全面、更有效的评估，就必须有效解决环境噪声、数据采集精准度和研究对象的局限性三大方面难题。

中国专利CN103093759A公开一种基于移动终端的嗓音检测评估装置，包括嗓音检测评估终端，其包括信号采集及数据保存单元、嗓音信号处理及评估单元和数据输出单元；嗓音检测评估终端采用移动终端；信号采集及数据保存单元包括嗓音信号采集模块、嗓音信号数据保存模块和检测评估结果保存模块；嗓音信号处理及评估单元包括嗓音信号处理模块、嗓音信号周期检测模块、特征参数提取模块和嗓音信号特征评估分析模块；数据输出单元包括嗓音信号输出模块、嗓音信号波形绘制模块和检测日志访问模块。

中国专利CN103730130A公开一种病理嗓音的检测方法，包括以下步骤：采集待检测病人的语音；将采集到的语音信号进行特征参数的提取和选择；将优化的参数进入构建好的分类器模型进行障碍等级评估；输出检测到的嗓音障碍分级结果。使用计算机以及科学的评断标准，采用专业的语音处理算法，能够部分或者完全代替医生对患者进行诊断，其结果作为医生的诊断参考，最大程度的降低了诊断过程的偶然性。

发明内容

本发明的目的是针对现有医疗嗓音和语音工作站测评方法存在的不足，提供可为临床嗓音疾病诊断提供高效评估手段，可运用于发声系统测量、语音识别与合成等的一种抗干扰的喉振动发声测评装置。

本发明设有静音室和室内测评装置；

所述静音室设有静音室本体、消音通风装置和安全警报装置；静音室本体入口设有隔声门，静音室本体内底部设有减振弹簧，并铺有减振隔音板和地板隔音垫，静音室本体内四周侧壁和顶部为平面霍氏穿孔吸声结构，四周侧壁外表面贴有波峰吸音棉，顶部布置为吸声尖劈，吸声尖劈内填空腔吸音棉；消音通风装置设有消音通风箱，消音通风箱设在静音室本体两侧面，消音通风箱的通风入口与出口分别内填空腔吸音棉；安全警报装置设有安全警报器，安全警报器设在静音室本体外部，安全警报器的开关设在静音室本体内；

所述室内测评装置设有喉实验操作单元和数据采集单元；

所述喉实验操作单元设有离体喉实验平台和仪器固定平台，离体喉实验平台设有人工肺、空压机和离体喉微调固定平台，人工肺用于模拟人肺驱动；空压机用于产生气源；离体喉微调固定平台用于固定和微调离体喉组织；所述仪器固定平台设有冷光源、二维步进电机、步进电机控制器、光学平台支架；冷光源用于防止高温灯光对喉样本组织造成损伤的前提下，增加实验时的喉样本的可见度，以便高速摄影仪能够更加清晰地拍摄喉振动的动态图像；二维步进电机和步进电机控制器用于固定高速摄影仪，使得高速摄影仪可在二维平面上自由移动；光学平台支架用于固定数据采集单元；

所述数据采集单元设有数字电子压力计、数字电子气流计、数字电子声强计、驻极体电容传声器、声卡、摄影仪、计算机；数字电子压力计用于记录实验过程中人或者离体喉发声时的声门下压值；数字电子气流计用于记录实验过程中人或者离体喉发声时的气流值；数字电子声强计用于记录实验过程中人或者离体喉产生声信号的声强值；驻极体电容传声器和声卡用于采集喉由于声带振动产生的声信号，通过声电转换存储于电脑内；摄影仪用于采集喉发声时声带受迫振动的高速振动动态图像；计算机用于同步观测并记录实验过程中所采集到的各个测量数据的变化情况。

为了最大程度地减少室内驻波简并效应，根据建筑声学中要求避免简正驻波兼并的原理，所述静音室本体的面积可为8～15m²，静音室本体外部长、宽、高可分别为3.6m、2.9m、2.8m；所述隔声门可采用隔声量为45dB(A)隔声吸声组合材料；静音室本体侧边墙体结构厚度可为20cm，可使得250Hz以上的吸声系数为1，最大程度降低室内混响时间。

所述人工肺可采用圆柱形装置，圆柱形半径为8cm，高为16cm，可采用铝合金板制作。

所述采集喉由于声带振动产生的声信号的频率可为44100Hz。

采集喉发声时声带受迫振动的高速振动动态图像的分辨率可为4000帧/s。

所述用于同步观测并记录实验过程中所采集到的各个测量数据，包括声压值，声强值，声信号，高速摄影动态图像等。

与现有音频工作站设备不同，本发明以抗噪声干扰的静音室为前提，可有效地消除外界噪音、室内混响和振动低频噪声的干扰，使得采集的声信号更加清晰，灵敏度更好。其次，该系统能够同时采集多种相关研究数据如声信号、声压值、气流值、声强值、高速摄影动态图像等，从多角度研究声信号和声带振动模式。本发明还拥有离体喉实验平台装置，不仅可对人体进行嗓音评估，还可以利用离体喉组织制作各种复杂的喉病理模型，作为理论模型与人体模型的之间的桥梁。另外，各个数据采集与数据分析均采用全智能化操作，能够有效地削减人为误差。因此，本发明可有效解决临床医学嗓音评估的局限性，大大提高数据的精准度和可靠性。同时，可作为专业的语音工作站，为语音识别与合成等技术提供严谨的研究环境。

本发明针对环境噪声，采用抗噪声干扰的静音室，能有效地消除外界环境噪声、室内混响噪声以及振动产生的低频噪声(声压级≤25dB)，采集到的声信号质量高，无需做去噪处理。本发明针对数据采集精准度，本发明采用分辨率4000帧/s的高速摄影仪替代传统的频闪喉镜，以及由多种数控传感器结合而成的数据采集装置，并且通过计算机实时存储采集数据，极大提高了声带振动影像采集的分辨率和减小了数据采集误差。本发明针对研究对象的局限性，拥有离体喉操作平台装置，不仅可对人体进行嗓音评估，还可以利用离体喉组织制作各种复杂的喉病理模型，作为理论模型与人体模型的之间的桥梁。为临床医学嗓音病理探究提供一种更便捷的测量手段。此外，本发明也可作为专业语音工作站的核心部分，探究人体语音发声机理，为语音识别与合成技术提供有效观测设备。

附图说明

图1为本发明实施例的主视结构示意图。

图2为本发明实施例的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

本发明设有静音室A和室内测评装置B；

所述静音室A设有静音室本体、消音通风装置和安全警报装置16；静音室本体入口设有隔声门A1，静音室本体内底部设有减振弹簧A2，并铺有减振隔音板A3和地板隔音垫A4，静音室本体内四周侧壁和顶部为平面霍氏穿孔吸声结构，四周侧壁外表面贴有波峰吸音棉A5，顶部布置为吸声尖劈，吸声尖劈内填空腔吸音棉A5；消音通风装置设有消音通风箱15，消音通风箱15设在静音室本体两侧面，消音通风箱15的通风入口与出口分别内填空腔吸音棉A5；安全警报装置16设有安全警报器，安全警报器设在静音室本体外部，安全警报器的开关设在静音室本体内；

所述室内测评装置B设有喉实验操作单元和数据采集单元；

所述喉实验操作单元设有离体喉实验平台和仪器固定平台，离体喉实验平台设有人工肺11、空压机12和离体喉微调固定平台13，人工肺11用于模拟人肺驱动；空压机12用于产生气源；离体喉微调固定平台13用于固定和微调离体喉组织；所述仪器固定平台设有冷光源7、二维步进电机10、步进电机控制器2、光学平台支架14；冷光源7用于防止高温灯光对喉样本组织造成损伤的前提下，增加实验时的喉样本的可见度，以便摄影仪6能够更加清晰地拍摄喉振动的动态图像；二维步进电机10和步进电机控制器2用于调整和固定摄影仪6，使得摄影仪6可在二维平面上自由移动；光学平台支架14用于固定数据采集单元；

所述数据采集单元设有数字电子压力计5、数字电子气流计4、数字电子声强计9、驻极体电容传声器8、声卡3、摄影仪6、计算机1；数字电子压力计5用于记录实验过程中人或者离体喉发声时的声门下压值；数字电子气流计4用于记录实验过程中人或者离体喉发声时的气流值；数字电子声强计9用于记录实验过程中人或者离体喉产生声信号的声强值；驻极体电容传声器8和声卡3用于采集喉由于声带振动产生的声信号，通过声电转换存储于电脑内；摄影仪6用于采集喉发声时声带受迫振动的高速振动动态图像；计算机1用于同步观测并记录实验过程中所采集到的各个测量数据的变化情况。

为了最大程度地减少室内驻波简并效应，根据建筑声学中要求避免简正驻波兼并的原理，所述静音室本体的面积可为8～15m²，静音室本体外部长、宽、高可分别为3.6m、2.9m、2.8m；所述隔声门A1可采用隔声量为45dB(A)隔声吸声组合材料；静音室本体侧边墙体结构厚度可为20cm，可使得250Hz以上的吸声系数为1，最大程度降低室内混响时间。

所述人工肺11可采用圆柱形装置，圆柱形半径为8cm，高为16cm，可采用铝合金板制作。

所述采集喉由于声带振动产生的声信号的频率可为44100Hz。

采集喉发声时声带受迫振动的高速振动动态图像的分辨率可为4000帧/s。

所述用于同步观测并记录实验过程中所采集到的各个测量数据，包括声压值，声强值，声信号，高速摄影动态图像等。

在图1和2中，标记A0为原墙体。

本发明喉振动发声测评装置使用方法包括以下步骤：

1、静音室设计部分。

1)静音室的整体空间长、宽、高分别设计为3.6m，2.9m，2.8m。入口设有具有高隔声性能的隔声门，其采用的是隔声量45dB(A)特制隔声吸声组合材料。如图1所示，室内底部从下至上分为四层，第一层为吸声层，铺设无机玻璃吸声棉；第二层均匀分布减振弹簧；第三层为隔声层，铺设复合陶瓷防火阻尼隔声板；第四层为减振层，分别铺设橡胶减振垫、承重钢板和减振吸声毯。如图2所示，墙体四周和顶部设计从外到内共四层，第一层为原砖砌墙体；第二层为减振缓冲层，铺设超细离心玻璃棉；第三层为隔声层，铺设复合陶瓷防火阻尼隔声板；第四层为宽频带吸声层，铺设平面霍氏穿孔吸声板，内充无机玻璃吸声棉波峰吸声棉，外铺波峰吸声棉。

2)如图2所示，静音室本体外部两侧分别装有消音通风箱。进气口与排气口分别与排气扇相连且内填空腔环保吸声棉。静音室本体外部同时设有安全警报装置。

2、室内测评装置操作部分。

1)如图1所示，高速摄影仪置于距实验样本位置垂直上方30cm处，拍摄分辨率设为4000帧/s，图片空间分辨率设为512×256个像素点。传声器与声压计分别置于实验样本左右45°斜角上方15cm处。冷光源距样本25cm左右。

2)选取观测对象。常用的对象一般选取人或者离体喉。若选取人为观测对象，则直接执行步骤(3)；若选取离体喉为观测对象，将离体喉解剖完后，再把样本组织固定在离体喉微调固定平台上，执行步骤(3)。

3)启动图1中所有测量仪器，并用电脑打开所有测量仪器相应的数据采集软件。若选取人为观测对象，则直接让实验者进行正常发音，进行各种数据采集；若选取离体喉为观测对象，则需开启空压机将气源调控至所需压力值范围，气体依次经过气流计、气压计、最后经过人工肺驱动离体喉振动发音。

4)利用各个数控采集设备采集参考数据。各个测量仪器全程实时记录各参考数据。①传声器记录下喉振动产生的声信号；②气流计和气压计分别记录下气流值与气压值；③声强计记录下喉振动产生声信号的声强值；④高速摄影仪记录下离体声带表面高速振动的影像。

5)利用计算机全程记录测评中各个参数的变化值。操作过程中可通过电脑上各个数据采集软件实时观测各个测量数据的变化，并可及时发现是否存在异常情况。

本发明为临床医学嗓音病理探究、发声机理、语音信号处理等研究方向提供一种重要测量平台。本发明是以抗干扰的静音室为前提，可有效地抵抗外界噪声、振动及室内混响的干扰，实现基本无干扰的高质量声音采集。其次，该装置能够同时采集多种声带评估数据如声信号、声压值、气流值、声强值、高速摄影动态图,从多方位角度观测声信号和声带振动模式；同时该装置不仅可以进行人体嗓音测量，还拥有离体喉操作平台，能通过精确地改变离体喉的各种参数，来模拟各种临床嗓音疾病。最后，各个测量数据采集均采用全智能化操作，能够有效地削减人为误差。该类测评装置在国内鲜见，因此，本发明可有效解决现有语音与临床嗓音评估的局限性，大大提高了数据的精准度和可靠性。

Claims (9)

1.一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于设有静音室和室内测评装置；

所述静音室设有静音室本体、消音通风装置和安全警报装置；静音室本体入口设有隔声门，静音室本体内底部设有减振弹簧，并铺有减振隔音板和地板隔音垫，静音室本体内四周侧壁和顶部为平面霍氏穿孔吸声结构，四周侧壁外表面贴有波峰吸音棉，顶部布置为吸声尖劈，吸声尖劈内填空腔吸音棉；消音通风装置设有消音通风箱，消音通风箱设在静音室本体两侧面，消音通风箱的通风入口与出口分别内填空腔吸音棉；安全警报装置设有安全警报器，安全警报器设在静音室本体外部，安全警报器的开关设在静音室本体内；

所述室内测评装置设有喉实验操作单元和数据采集单元；

所述喉实验操作单元设有离体喉实验平台和仪器固定平台，离体喉实验平台设有人工肺、空压机和离体喉微调固定平台，人工肺用于模拟人肺驱动；空压机用于产生气源；离体喉微调固定平台用于固定和微调离体喉组织；所述仪器固定平台设有冷光源、二维步进电机、步进电机控制器、光学平台支架；冷光源用于防止高温灯光对喉样本组织造成损伤的前提下，增加实验时的喉样本的可见度，以便高速摄影仪能够更加清晰地拍摄喉振动的动态图像；二维步进电机和步进电机控制器用于固定高速摄影仪，使得高速摄影仪可在二维平面上自由移动；光学平台支架用于固定数据采集单元；

所述数据采集单元设有数字电子压力计、数字电子气流计、数字电子声强计、驻极体电容传声器、声卡、摄影仪、计算机；数字电子压力计用于记录实验过程中人或者离体喉发声时的声门下压值；数字电子气流计用于记录实验过程中人或者离体喉发声时的气流值；数字电子声强计用于记录实验过程中人或者离体喉产生声信号的声强值；驻极体电容传声器和声卡用于采集喉由于声带振动产生的声信号，通过声电转换存储于计算机内；摄影仪用于采集喉发声时声带受迫振动的高速振动动态图像；计算机用于同步观测并记录实验过程中所采集到的各个测量数据的变化情况。

2.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述静音室本体的面积为8～15m²。

3.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述静音室本体外部长、宽、高分别为3.6m、2.9m、2.8m。

4.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述隔声门采用隔声量为45dB隔声吸声组合材料。

5.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述静音室本体侧边墙体结构厚度为20cm。

6.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述人工肺采用圆柱形装置，圆柱形半径为8cm，高为16cm。

7.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述采集喉由于声带振动产生的声信号的频率为44100Hz。

8.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述采集喉发声时声带受迫振动的高速振动动态图像的分辨率为4000帧/s。

9.如权利要求1所述一种抗干扰的喉振动发声测评装置，其特征在于所述实验过程中所采集到的测量数据，包括声压值，声强值，声信号，高速振动动态图像。