2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
WEST LAFAYETTE, India – מהנדסים מנסים להבין טוב יותר ולשכפל את האווירודינמיקה והאקוסטיקה של הקול האנושי, בין השאר כדי לסייע במניעת שינויים עמוקים בקול לאחר ניתוחים בגרון.
"העניין העיקרי הוא לנסות לחזות את ההשלכות של הניתוח ואולי לתכנן את הניתוח כדי למזער את ההשפעות על הקול", אומר לוק מונגאו, פרופסור חבר להנדסת מכונות באוניברסיטת פרדו.
הוא ופרופסור חבר סטיבן פרנקל, במימון מהמכונים הלאומיים לבריאות, יצרו מודלים פלסטיים ומתמטיים כדי לנתח ולשחזר טוב יותר את תהליך ייצור הקול, התלוי בזרימת אוויר סוערת דרך הגלוטיס, פתח לתוך תיבת הקול.
החוקרים מנסים לחזות את האווירואקוסטיקה, או את הצליל האווירודינמי, המופק מזרימת אוויר. ממצאים עשויים לא רק לעזור לשמר את הקול של אדם, אלא גם לעזור למהנדסים להבין איך לסנתז ולאפיין טוב יותר את הקול למטרות רובוטיקה וזיהוי קול.
מהנדסי Purdue פירטו כמה ממצאים אחרונים על העבודה במאמר שהופיע בגיליון מרץ של כתב העת Physics of Fluids, שפורסם על ידי המכון האמריקאי לפיזיקה. המאמר מתמקד באווירודינמיקה שמאחורי סילוני אוויר "מופעלים באופן אימפולסיבי" שהם מרכזיים בדיבור האנושי.
"אימפולסיבי זה כשאתה בונה לחץ ואז אתה משחרר אותו פתאום", אומר Mongeau.
תהליך הקול מתחיל כאשר הריאות מפעילות לחץ אוויר ומיתרי הקול נפתחים, משחררים סילוני אוויר עוקבים ופועמים. כל סילון אוויר מחובר למערבולת מובילה, הדומה לטבעת עשן, שבסופו של דבר מתנתקת מהסילון.הזמן שלוקח לטבעת להתנתק מהסילון - כאלפית השנייה - קריטי להיווצרות הדיבור.
"הסתכלנו על התהליך הזה בזכוכית מגדלת בסימולציית מחשב גדולה כדי לנסות להבין טוב יותר את סוג הזרימה הזה", אומר מונגאו. "מה שאנחנו רוצים לדעת הוא, כמה התפתחות סילון יש לך במהלך פרק הזמן הזה, והאם זה מספיק למערבולת בודדת להיווצר ולהתנתק, או שהיא תישאר מחוברת עד להיווצרות של אחת אחרת?
"תחשוב לעשן סיגריה ולהכין טבעות עשן. אם אתה עושה אותן לאט מאוד, לטבעות יש זמן להיעלם, ותוכל לראות אותן מתפוגגות. אבל אתה יכול גם לנפח אותן ברצף, וזהו כאשר אתה מקבל את מה שאני מכנה רכבת מערבולת, מערבולת אחת עוקבה אחריה, והיא נראית כמו זחל."
התוצאות החישוביות שנדונו במאמר תמכו בעבודה קודמת של חוקרים אחרים, והן גם חשפו משהו חדש: כל סילון בודד הופך לבלתי יציב ויוצר מערבולות זעירות המשפיעות על ניתוק הטבעת.המערבולות הרבות משפיעות גם על האיכויות בסופו של דבר של הקול האנושי.
בנוסף לעבודתם הכוללת סימולציות חישוביות, החוקרים של Purdue תכננו גרון מלאכותי, המבנה בקנה הנשימה שמכיל את מיתרי הקול. בזמן שהאוויר זורם דרך הדגם, דפנות הגומי שלו מותאמות במהירות על ידי מוטות קטנים כדי לדמות כיצד הרקמה מגיבה במהלך דיבור.
"מה שאנחנו עושים עכשיו זה להרחיב את העבודה הזו צעד אחד קדימה ולמעשה לקחת בחשבון את תנועת הקירות, כך שמיתרי הקול זזים עכשיו", אומר פרנקל. "האוויר דוחף את הקירות ואז הקירות קופצים לאחור, דוחפים את האוויר. אז יש אינטראקציה בין השניים."
בסופו של דבר, מחקר הדוגמנות יצטרך להתרחב מעבר לגרון, אם מהנדסים יבינו במלואם את הפיזיולוגיה של הדיבור. האסטרטגיה שונה מגישה קונבנציונלית יותר לסינתזת דיבור, שמתעלמת מהפיזיולוגיה האנושית.הגישה הפיזיולוגית שואפת לדגמן את הפקת הדיבור על ידי התחשבות במיקומם של מיתרי הקול, הלשון, השפתיים ו"מפרקים" אחרים המעורבים בדיבור, אומר מונגאו.
טכניקה כזו מאפשרת למדענים "לפתח מעין ספר קוד כך שלמשפט נתון אתה עוקב אחר התנועה של כל הפרמטרים המפרקיים השונים", הוא אומר. "ואז מהפרמטרים המפרקים, אתה מייצר את פלט הדיבור."
