CN107411847A - 一种人工喉及其声音转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及语言障碍患者辅助发声技术领域，公开了一种人工喉，其包括：声音转换器，用于检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；语音检测系统，用于采集和分析所述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；以及语音产生系统，用于根据用户拟发出的语音产生电信号，并发送给声音换能器，由声音转换器将该电信号转换成声信号。本发明所提供的人工喉可以在外部贴于颈部，因此具有良好的生物亲和性，不会产生不适，并且该人工喉结构简单、稳定性高且发音精度高、制造成本低、易实现产业化。本发明还公开了一种人工喉的声音转换方法。

Description

一种人工喉及其声音转换方法
技术领域
本发明涉及语言障碍患者辅助发声技术领域，特别是涉及一种人工喉，以及上述人工喉的声音转换方法。
背景技术
世界有数以百万的语言障碍患者，其中有的是由于先天缺陷导致其存在语言功能障碍，也有的是后天的一些疾病致使其丧失语言功能，语言功能障碍给他们的生活带来了极大的困难和不便。著名物理学家霍金因患有帕金森症，无法通过语言与人们正常交流，因特尔公司的工程师们为其设计了一款基于眼球追踪技术的打字系统，可以通过眼球滚动，选择需要表达的内容，然而其技术成本极高，很难进行普及推广。除此之外，人工喉是一种简易的语言康复方法，其通常需要安装在口内喉部，由肺部发出的气流经过舌、唇的调制，引起人工喉膜片振动，使其发出语音信号。
然而，现有人工喉存在着口内长时间佩戴会引起患者的不适，并且辨识度低，进水易失效、稳定性与可靠性差等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个目的是提供一种人工喉，该人工喉具有良好的生物亲和性，不会引起任何不适，而且结构简单、稳定性高且发音精度高。
本发明的另一个目的是提供一种人工喉的声音转换方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种人工喉，其中，包括：声音转换器，用于检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；语音检测系统，用于采集和分析所述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；以及语音产生系统，用于根据用户拟发出的语音产生相应的电信号，并将该电信号发送给声音转换器，由声音转换器将该电信号转换成声信号。
其中，声音转换器包括柔性基底、涂覆在柔性基底上面的声音转换涂层以及与声音转换涂层连接的电极。
其中，声音转换涂层由石墨烯制成。
其中，声音转换涂层由多孔碳制成。
其中，声音转换涂层由碳纳米管制成。
其中，声音转换涂层由银纳米线制成。
其中，柔性基底由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。
其中，声音转换器还包括涂覆在柔性基底上与声音转换涂层相对的胶黏剂层。
其中，语音产生系统包括用于将电信号进行放大处理的放大处理电路。
本发明还公开了一种人工喉的声音转换方法，其包括以下步骤：
S1：声音转换器检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；
S2：语音检测系统采集并分析所述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；
S3：语音产生系统根据用户拟发出的语音产生相应的电信号，并发送给声音转换器；
S4：由声音转换器将所述电信号转换成声信号。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的人工喉可以在外部固定于颈部，因此具有良好的生物亲和性，不会产生不适，并且该人工喉结构简单、稳定性高且发音精度高、制造成本低、易实现产业化。
附图说明
图1为根据本发明的人工喉的结构示意图；
图2为根据本发明的人工喉中的声音转换器的结构示意图；以及
图3为根据本发明的人工喉的工作效果示意图。
图中，100：声音转换器；101：柔性基底；102：声音转换涂层；103：电极；104：胶黏剂层；200：语音检测系统；300：语音产生系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出根据本发明的一种人工喉的优选实施例。如图1所示，该人工喉包括声音转换器100、语音检测系统200和语音产生系统300。其中，声音转换器100用于检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；语音检测系统200用于采集和分析上述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；语音产生系统300用于根据用户拟发出的语音产生相应的电信号，并将该电信号发送给声音转换器100，由声音转换器100将该电信号转换成声信号。
具体地，如图2所示，声音转换器100包括柔性基底101、涂覆在柔性基底101上的声音转换涂层102以及与声音转换涂层102连接的电极103。其中，柔性基底101由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。声音转换涂层102是一种具有高热导率、低热容率的特殊导电材料，包括但不限于石墨烯、多孔碳、碳纳米管、银纳米线等材料。该声音转换涂层102能够检测喉部的轻微振动，并基于压阻效应将振动信号转变成电阻信号。也就是说，声音转换涂层102的阻值可以随着喉部振动而改变。此外，声音转换涂层102在施加电信号时，可以基于热声效应发出声音，从而将施加的电信号转换成声信号。
可选地，声音转换器100还包括在柔性基底101上与声音转换涂层102相对的胶黏剂层104。使用时，声音转换器100通过胶黏剂层104可以很方便地贴附于颈部上，由于该人工喉具有超博、柔性的特点，因此不会像口内人工喉那样造成生理不适感。需要说明的是，本领域技术人员应当理解，该人工喉也可以通过其他的方式固定在颈部上，例如通过束带。
优选地，语音产生系统300包括用于将电信号进行放大处理的放大处理电路。语音产生系统300根据语音检测系统200的判断，生成相应的电信号，并通过放大处理电路将电信号进行放大处理，然后把放大处理后的电信号发送至声音转换器100上，以便声音转换器100发生清晰的语音。
使用时，声音转换器100检测喉部振动，并基于压阻效应把振动信号转变成电阻信号，语音检测系统200检测并分析上述电阻信号，并根据阻值变化情况判断出患者拟发出的语音，语音产生系统300根据语音检测系统200的判断，生成相应的电信号，并把电信号发送至声音转换器100上，声音转换器100基于热声效应，将从语音产生系统300获取的电信号转变为声信号，从而将患者所说的话播放出来。
本发明还公开了一种人工喉的声音转换方法，其包括以下步骤：
S1：声音转换器检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；
S2：语音检测系统采集并分析所述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；
S3：语音产生系统根据用户拟发出的语音产生相应的电信号，并发送给声转换器；
S4：由声音转换器将所述电信号转换成声信号。
图3为本发明提出的人工喉的具体工作效果图，当喉部发出振动模式A时，声音转换器100检测到振动A，并通过语音检测系统200和语音产生系统300，控制声音转换器100发出语音A，当喉部发出振动B时，声音转换器100检测到振动B，并通过语音检测系统200和语音产生系统300，控制声音转换器100发出语音B。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人工喉，其特征在于，包括：声音转换器，用于检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；语音检测系统，用于采集和分析所述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；以及语音产生系统，用于根据用户拟发出的语音产生相应的电信号，并将该电信号发送给声音转换器，由声音转换器将该电信号转换成声信号。
2.如权利要求1所述的人工喉，其特征在于，声音转换器包括柔性基底、涂覆在柔性基底上面的声音转换涂层以及与声音转换涂层连接的电极。
3.如权利要求2所述的人工喉，其特征在于，声音转换涂层由石墨烯制成。
4.如权利要求2所述的人工喉，其特征在于，声音转换涂层由多孔碳制成。
5.如权利要求2所述的人工喉，其特征在于，声音转换涂层由碳纳米管制成。
6.如权利要求2所述的人工喉，其特征在于，声音转换涂层由银纳米线制成。
7.如权利要求2所述的人工喉，其特征在于，柔性基底由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。
8.如权利要求2所述的人工喉，其特征在于，声音转换器还包括在柔性基底上与声音转换涂层相对的胶黏剂层。
9.如权利要求1所述的人工喉，其特征在于，语音产生系统包括用于将电信号进行放大处理的放大处理电路。
10.如权利要求1-9中任一项所述的人工喉的声音转换方法，其包括以下步骤：
S1：声音转换器检测喉部振动，并将该振动信号转换为电阻信号；
S2：语音检测系统采集并分析所述电阻信号，并根据阻值变化情况推断出用户拟发出的语音；
S3：语音产生系统根据用户拟发出的语音产生相应的电信号，并将该电信号发送给声音转换器；
S4：由声音转换器将所述电信号转换成声信号。
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