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工程声学/声带

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语音和歌唱中声音产生的机制是人体肺部气流的结果,也与消化系统有关。肺部的横膈膜作用将空气推过声带,产生周期性的空气脉冲序列。该脉冲序列由声道的共振形成,具有不同的频率和响度。声调是基本共振,可以通过发音器官的运动来改变以产生不同的元音。为了产生不同的元音,发声机制被控制以产生声道的共振,从而产生声调。声道可以被认为是一个空腔共振器,软腭的位置、开口面积、舌头的位置和形状、下颚的位置都会决定这个空腔的形状。更具体地说,语音的清晰度是舌头、咽部腭部、下颚或嘴唇的运动,它们改变了空腔的体积、开口面积和端口长度,从而决定了空腔共振的频率。发声机制可以被建模为肺部和横膈膜是动力源,以及喉部、咽部、口腔和鼻腔。在管状喉部的末端是声带,也称为声带。在说话和唱歌的过程中,喉部与咽部相连,在吞咽时被会厌盖住。声道充当共振器。

声带是成对的黏膜褶皱,在发声时充当振动器。发声是将肺部产生的空气压力能量转化为人耳可以感知的振动的过程。发声有两种方法。一种是通过气压使弹性声带振动,称为发声。另一种是空气通过喉部进入声道,气流被改变,产生瞬态的非周期性声波。在非周期性发声中,瞬态或非周期性声波产生爆破音,/t/,其中声音是通过阻塞气流并突然释放积聚的气压产生的,摩擦音,/sh/,其中通过狭窄的空间强迫空气产生持续的噪音,擦音,/ch/,它是爆破音和摩擦音的组合,以及浊辅音,/d/,它是由爆破音后跟一个浊音产生的。当声带打开呼吸时,声带通过杓状软骨的旋转而闭合,以便说话或唱歌。来自肺部的正压迫使声带张开,但高速气流由于伯努利方程导致压力降低,使它们重新闭合。成年男性,声带长 17-23 毫米,成年女性约为 12.5-17 毫米。由于喉部肌肉的作用,声带可以拉伸 3 到 4 毫米。成年男性说话声音的频率通常为 125 赫兹,而成年女性声音的频率约为 210 赫兹。儿童的声音大约是 300 赫兹。与钢琴键盘相比,男性的声音比女性的声音低一个八度,而儿童的声音比成年女性的声音高一个八度。声带的前端附着在甲状软骨上。后端附着在杓状软骨上,在呼吸时将声带分开。

声带的电路模型

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声带的振动模型和声阻抗模型可以用电路模型表示。可以用一个旋磁器来组合声阻抗模型和振动模型,这样就可以将振动模型的迁移模拟中的速度(作为势)传输到声阻抗模型中的速度(作为电流),其中压力是力除以声带管的表面积。

参考文献

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  1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Music/voice.html
华夏公益教科书