Copyright c 2000 by Yoshihide Tomiyama
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- ぜんぺい ささおか
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1 JAIST Reposi Title 有限要素法による 3 次元声道伝達特性の推定に関する研 究 Author(s) 冨山, 慶一 Citation Issue Date Type Thesis or Dissertation Text version author URL Rights Description Supervisor: 赤木正人, 情報科学研究科, 修士 Japan Advanced Institute of Science and
2 Copyright c 2000 by Yoshihide Tomiyama
3 (FEM) MRI /i/ (normal) (abnormal) 3 /i/ MRI 1 /i/
4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 13 i
5 4.2 (Raw Data Model) : : : : : : : : : (Constant Length Model) : : : : : : : : : : : : (Proposed Model) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : (Normal-1) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Abnormal-1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Abnormal-2 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Abnormal-3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Abnormal-4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : (Abnormal-4) : : : : : : : : : : : : : (Abnormal-2) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 60 ii
6 3.1 F.E.Model of Straight tube : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Straight tube : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Vocal Tract Shape of Normal and Abnormal : : : : : : : : : : : : : : : : : RawData Vocal Tract : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : F.E.Model of RawData Vocal Tract : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of RawDataModel : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Constant Length Data (l = 14[cm]) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Constan Length Data (Normal) : : : : : : : : : : : Frequency Response of Constant Length Data (Abnormal) : : : : : : : : : Proposed Model Data : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel (Normal) : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel (Abnormal) : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data (Normal), l =0 4[cm] : (1) r =1:3[cm], (2) r = 1:5[cm], (3) r =1:1[cm] : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data (Abnormal), l = 0 4[cm] : (1) r = 1:3[cm], (2) r =1:5[cm], (3) r =1:1[cm] : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel (Normal) : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel (Abnormal) : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Normal-1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Normal-1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Abnormal-1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-2 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Abnormal-2 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 41 iii
7 5.7 Vocal Tract Shape of Abnormal (a:front tongue - d:back tongue) : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Abnormal-3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Abnormal-4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-3 and Abnormal-4 : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Abnormal-3 and Abnormal-4 : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-1 and Abnormal-3 : : : : : : : : : : : : F.E.Model of Abnormal-1 and Abnormal-3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of Abnormal-1 and Abnormal-3 : : : : : : : : : : : : : Proposed Model Data of Abnormal-4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel at Abnormal-4 : : : : : : : : : : : F.E.Model of ProposedModel at Abnormal-2 : : : : : : : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel at Abnormal-2 : : : : : : : : : : : Frequency Response of ProposedModel at Abnormal-2 : : : : : : : : : : : 58 iv
8 LPC 1
9 1.1.3 [1] [2] /i/ MRI 1 [3] F1,F2,F Finite Element Method, FEM FEM 2
10 /i/ /i/ F
11 2 element [4] 2.1 [5] 2.2 4
12 [6] 5
13 2.3 [7] r 2 = 0k 2 (k =! c = 2! ) p u p = j! u = 0r FEM Z V (0! i )(r 2 p + k 2 p)dv =0; i =10 n n p = X i N i p i W = X i N i p i nx Z e i =1 V ei p(r 2 p + k 2 p)dv =0 i 1 n element number p N i 1 2 nx Z 4X ( (rprp + k 2 pp)dv 0 V e i =1 ei S j =1 Z (n ) 6 S j prp 1 nds) =0
14 nx e i ([S] 0 k 2 [T ]+jk c z R [G])[p] = nx e i (0jkcu)[F ] [S] [T ] [G] matrix [p] [F ] 4 P n e i node matrix n [S] [T ] [G] n 2 n [p] [F ] n ([S all ] 0 k 2 [T all ]+jk c z R [G all ])[p all ]=0jkcu[F all ] 2.4 Gauss n 2 n k ij = k ji k11 k12 k k21 k22 k23 k k31 k32 k33 k34 k k42 k43 k44 k45 k k53 k54 k55 k k64 k65 k k11 k12 k13 k22 k23 k24 k33 k34 k35 k44 k45 k46 k55 k56 0 k
15 band matrix band width Gauss 2.5! U(x; y; z; t) =ue j!t rp = 0 du dt u = 0 rp jkc = 0 8
16 3 3.1 NIT Numerical Intergration Technologies SYSNOISE 3.2 [8] f n = c 2l (n ) (c [m=s] l [m]) 3.3 Altair HyperMesh 3.1 r =1:0[cm] l =17[cm] 3 9
17 3.1: F.E.Model of Straight tube 10
18 1. element size: 1:0[cm] (number of nodes : 125) 2. element size:0:50[cm] (numberofnodes:595) 3. element size:0:25[cm] (numberofnodes:2779) 3.4 y y =0 1:0 y = l 0:001 1 impedance = 1 c = 340[m=s] =1:225[kg=m 3 ] 3.5 U out U in 20[Hz] 8000[Hz] 20[Hz] ; 1500; 2500; 111[Hz] 0:50[cm] 0:25[cm] [Hz] [Hz] 2% 1 (F1) 3 (F3) 0:30[cm]
19 3.2: Frequency Response of Straight tube 12
20 4 4.1 /i/ F2 ( 4.1)[10]
21 4.1: Vocal Tract Shape of Normal and Abnormal 14
22 4.2 (Raw Data Model) MRI (Normal-0) (Abnormal-0) /i/,/a/ [9] /i/ F1 F2 F1 F2 F1 F2 F1 F2 (l =8 13[cm]) 2 (glottis) F1 F2 4.3 (Constant Length Model) 2 l =14:0[cm] glottis : Average Acoustic Mode of Vowel /i/ F1 F2 F3 Vowel /i/ Vowel /a/
23 4.6,4.7 F1 F1,F2 4.4 (Proposed Model) l =0[cm]z 6:0[cm] l =0[cm] 4:0[cm] r =1:3[cm] l =6:0[cm] r =0:8[cm] ,4.10 F4 F3 4.5 /i/ 4:0[cm] r =1:3[cm] 4.4 ProposedModel-1 ProposedModel- 2 ProposedModel-3 ProposedModel-1 : r =1:3[cm] ProposedModel-2 : r =1:5[cm]
24 ProposedModel-3 : r =1:1[cm] , ,4.14 (ProposedModel-2) (ProposedModel-1) F1,F2 (ProposedModel- 3) (ProposedModel-1) F1,F2 F1,F3 F1,F3 4.6 MRI 3 /i/ 17
25 4.2: RawData Vocal Tract 18
26 4.3: F.E.Model of RawData Vocal Tract 19
27 4.4: Frequency Response of RawDataModel 20
28 4.5: Constant Length Data (l = 14[cm]) 21
29 4.6: Frequency Response of Constan Length Data (Normal) 22
30 4.7: Frequency Response of Constant Length Data (Abnormal) 23
31 4.8: Proposed Model Data 24
32 4.9: Frequency Response of ProposedModel (Normal) 25
33 4.10: Frequency Response of ProposedModel (Abnormal) 26
34 4.11: Proposed Model Data (Normal), l =0 4[cm] : (1)r =1:3[cm], (2) r =1:5[cm], (3) r =1:1[cm] 27
35 4.12: Proposed Model Data (Abnormal), l = 0 4[cm] : (1) r = 1:3[cm], (2) r =1:5[cm], (3) r =1:1[cm] 28
36 4.13: Frequency Response of ProposedModel (Normal) 29
37 4.14: Frequency Response of ProposedModel (Abnormal) 30
38 5 5.1 (Normal) (Abnormal) PNS PNS:Posterior Nasal Spine( ) [11] 5.1: Speach Analysis F1 F2 F3 Normal Abnormal Abnormal Abnormal Abnormal
39 5.2 (Normal-1) F1 F2 F1 F2 F1 F Abnormal Abnormal-1 F2,F3 F2 F Abnormal Abnormal-2 F2,F3 (1) 32
40 (2) ( 5.7) Abnormal Abnormal-3 F1 F2 F3 F2 F3 Abnormal Abnormal F2 F3 F2 F3 Abnormal (Abnormal-3,Abnormal- 4) /i/ Abnormal-3,4 1 F2 F3 Abnormal-4 33
41 F2 F3 5.5 Abnormal-1 Abnormal , Abnormal-1 Abnormal-3 Abnormal-1 F2 F3 Abnormal-3 F2 F3 5.6 F1,F2,F3 Abnormal-1 Abnormal-3 Abnormal-4 Abnormal-3 Abnormal B D 34
42 35
43 5.1: Proposed Model Data of Normal-1 36
44 5.2: Frequency Response of Normal-1 37
45 5.3: Proposed Model Data of Abnormal-1 38
46 5.4: Frequency Response of Abnormal-1 39
47 5.5: Proposed Model Data of Abnormal-2 40
48 5.6: Frequency Response of Abnormal-2 5.7: Vocal Tract Shape of Abnormal (a:front tongue - d:back tongue) 41
49 5.8: Proposed Model Data of Abnormal-3 42
50 5.9: Frequency Response of Abnormal-3 43
51 5.10: Proposed Model Data of Abnormal-4 44
52 5.11: Frequency Response of Abnormal-4 45
53 5.12: Proposed Model Data of Abnormal-3 and Abnormal-4 46
54 5.13: Frequency Response of Abnormal-3 and Abnormal-4 47
55 5.14: Proposed Model Data of Abnormal-1 and Abnormal-3 48
56 5.15: F.E.Model of Abnormal-1 and Abnormal-3 49
57 5.16: Frequency Response of Abnormal-1 and Abnormal-3 50
58 (Abnormal-4) Abnormal-4 PNS ProposedModel-1 : r = 1:2[cm] ProposedModel-2 : r = 1:5[cm] ProposedModel-3 : r = 1:7[cm] , 51
59 Abnormal (Abnormal-2) Abnormal-2 F1,F2 F2 3 ( 5.7) Abnormal-2 ProposedModel-1 : ProposedModel-2 : 1[cm] ProposedModel-3 : ProposedModel-4 : 6.3 ProposedModel-1,2,4 6.4 ProposedModel-1,3,4 6.5 (ProposedModel- 2) F2 (ProposedModel-3)
60 (ProposedModel-4)
61 6.1: Proposed Model Data of Abnormal-4 54
62 6.2: Frequency Response of ProposedModel at Abnormal-4 55
63 6.3: F.E.Model of ProposedModel at Abnormal-2 56
64 6.4: Frequency Response of ProposedModel at Abnormal-2 57
65 6.5: Frequency Response of ProposedModel at Abnormal-2 58
66 7 7.1 /i/ /i/ /i/ 1 3 /i/ 59
67 7.2 60
68 MRI
69 [1],,,1996. [2],,,1997. [3],, JAIST Reserch Report,IS-RR P,1998. [4],, 18, Vol. 18,pp41{44,1996. [5],, 1,p.3,,1979. [6],, 5,pp.143{148,,1979. [7],,, 3,,vol.J80-A,No.9,pp.1351{1359,1997. [8], (Acoustic Engineering), 2,p.26,,1987. [9],, 3,p.48,,1983. [10], MRI 3,,2-Q-13,pp305{306,1999. [11], 1,p282,. 62
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