AbstractsLaw & Legal Studies

Numerical production of vowels and diphthongs using finite element methods

by Marc Arnela Coll




Institution: Universitat Ramon Llull
Department:
Year: 2015
Keywords: Voice production; Vocal tract acoustics; Acoustics; Finite element method; Vowels; Diphthongs; Enginyeria i Arquitectura
Record ID: 1127987
Full text PDF: http://hdl.handle.net/10803/286279


Abstract

Recentment, les simulacions tridimensionals per ordinador han esdevingut bastant populars per modelar l’acústica del tracte vocal. Aquestes són capaces de superar algunes de les limitacions clàssiques de les tècniques unidimensionals i permeten incloure tots els detalls de la geometria del tracte vocal, millorant d’aquesta manera la qualitat dels sons generats. El mètode dels elements finits (FEM) és probablement l’aproximació més indicada per resoldre les equacions subjacents de la veu. En la primera part de la tesi s’aborda el problema de generació de vocals. S’utilitza FEM per resoldre l’equació d’ones per a la pressió acústica, la qual es combina amb una capa perfectament adaptada (PML) per tal de considerar condicions de radiació en camp lliure. Això permet la simulació d’ones acústiques propagant-se a través del tracte vocal i emanant de l’obertura de la boca. L’aproximació FEM proposada es valida després mitjançant experiments realitzats en rèpliques simplificades del tracte vocal. A continuació s’adapta el mètode de la funció de transferència entre dos micròfons per tal de calcular impedàncies del tracte vocal. Aquest s’utilitza a posteriori per a analitzar els efectes de radiació en vocals que comporten simplificacions del cap humà. Finalment, es proposa realitzar simulacions en dues dimensions (2D) basades en un procés d’ajust que permet a tractes vocals 2D imitar en gran mesura l’acústica de tractes vocals 3D, aconseguint un molt bon balanç entre cost computacional i qualitat de la veu. En la segona part de la tesi es generen diftongs. Per a aquesta finalitat es desenvolupa un esquema estabilitzat d’elements finits que resol l’equació d’ones en forma mixta expressada en un marc Lagrangià-Eulerià Arbitrari (ALE). Es produeixen diftongs tant usant tractes vocals mòbils 3D com ara tractes vocals 2D. L’enfocament proposat per a vocals i diftongs permet no només visualitzar ones propagant-se a través del tracte vocal sinó també escoltar-ne els corresponents sons generats.; Recientemente, las simulaciones tridimensionales por ordenador han resultado bastante populares para modelar la acústica del tracto vocal. Éstas son capaces de superar algunas de las limitaciones clásicas de las técnicas unidimensionales y permiten incluir todos los detalles de la geometría del tracto vocal, mejorando de esta manera la calidad de los sonidos generados. El método de los elementos finitos (FEM) es probablemente la aproximación más indicada para resolver las ecuaciones subyacentes de la voz. En la primera parte de la tesis se aborda el problema de generación de vocales. Se utiliza FEM para resolver la ecuación de ondas para la presión acústica, la cual se combina con una capa perfectamente adaptada (PML) para considerar condiciones de radiación en campo libre. Esto permite la simulación de ondas acústicas propagándose a través del tracto vocal y emanando de la obertura de la boca. La aproximación FEM propuesta se valida después mediante experimentos realizados en réplicas simplificadas del tracto vocal. A continuación se adapta…