Wytwarzanie syntetycznego, wielowarstwowego, samowzbudnego modelu fałdów głosowych

Ogólnym celem niniejszej procedury jest opisanie i zademonstrowanie wykonania wielowarstwowego syntetycznego modelu fałdu głosowego o charakterystyce samowzbudnej. W pierwszej kolejności, na podstawie trójwymiarowych modeli komputerowych, tworzone są pozytywy metodą szybkiego prototypowania. Następnie, z wykonanych pozytywów tworzone są negatywowe formy odlewnicze.

Na koniec odlewa się każdą warstwę modelu fałdu głosowego, w tym ciało, więzadło z włóknem w centrum, powierzchowną warstwę błony właściwej oraz nabłonek. Ostatecznie, poprzez porównanie ciśnienia podgłośniowego, częstotliwości drgań, natężenia przepływu głośni oraz ruchu powierzchni przyśrodkowej, wyniki wykazują, że wielowarstwowe syntetyczne modele fałdów głosowych wykazują charakterystykę odpowiedzi indukowanej przepływem podobną do drgań ludzkich fałdów głosowych. Główną zaletą tych modeli w stosunku do istniejących modeli wielowarstwowych, takich jak model dwuwarstwowy, jest fakt, że struktura tych modeli wielowarstwowych jest bardziej zbliżona do struktury ludzkich fałdów VCA, co czyni je bardziej przydatnymi w badaniach nad produkcją głosu.

W pierwszej kolejności należy stworzyć modele bryłowe trzech warstw fałdów głosowych: powierzchownej warstwy błony właściwej, więzadła oraz warstwy ciała. Zazwyczaj odbywa się to poprzez opracowanie modeli w systemie wspomaganego projektowania komputerowego (CAD) o pożądanej geometrii, eksport tych modeli do plików stereolitografii (STL), a następnie przesłanie plików STL do specjalistycznej pracowni szybkiego prototypowania.

Wykonaj formę odlewniczą w kształcie pudełka, używając cienkich kawałków akrylu. Przytnij materiał do pożądanych wymiarów. Dno formy przygotuj poprzez przymocowanie jej do płaskiej płyty akrylowej za pomocą smaru próżniowego.

Nanieś niewielką ilość smaru próżniowego na boczną stronę modelu stałego o pożądanej geometrii. Wciśnij model w dno otworu formy, stroną ze smarem próżniowym do dołu, tak aby smar utrzymał element w miejscu. Obficie pokryj formę oraz model stały środkiem rozdzielającym za pomocą pędzla, upewniając się, że środek rozdzielający dotarł do wszystkich narożników otworu formy.

Wymieszać w pojemniku umożliwiającym zwiększenie objętości produktu podczas odpowietrzania 10 części składnika A i jedną część składnika B gładkiej gumy silikonowej platynowej Smooth-On 50. Aby usunąć pęcherzyki powietrza, umieścić pojemnik w komorze próżniowej i obniżyć ciśnienie do około 26 cali słupa rtęci poniżej ciśnienia atmosferycznego na około trzy minuty. Wyjąć silikon DGA z komory i wlać go do wnęki formy odlewniczej.

Umieść to ponownie w komorze próżniowej i w DGAs. Wyjmij formę z komory próżniowej i ustaw ją na płaskiej powierzchni. Pozostaw do utwardzenia na 24 godziny. Po utwardzeniu gumy wyjmij formę z formownika.

Powtórz ten proces, aby stworzyć formy dla każdej z pozostałych geometrii modeli stałych. Po przygotowaniu wszystkich form, nacinaj formę warstwy więzadła w centrum powierzchni przyśrodkowej w kierunku przednio-tylnym za pomocą brzytwy, aby umożliwić wprowadzenie włókien do odlewu warstwy ciała. Następnie za pomocą pędzla nałóż cienką warstwę środka rozdzielającego do wnęki formy ciała.

Wymieszać jedną część komponentu B z jedną częścią komponentu A supermiękkiego silikonu platynowego eFlex 0 0 30. Następnie dodać jedną część rozcieńczalnika do silikonu, aby zmniejszyć końcową sztywność utwardzonego materiału. Mieszać przez 30 sekund, a następnie umieścić w komorze próżniowej na jedną minutę.

Aby usunąć pęcherzyki powietrza, wyjmij mieszaninę z próżni i wlej ją do otworu formy korpusu, nie wypełniając jej jednak do pełna. Umieść formę w piekarniku rozgrzanym do 200 stopni Fahrenheita na 30 minut. Po wypieczeniu wyjmij formę z piekarnika i pozostaw do ostygnięcia.

Następnie przygotuj model wypełnienia ciała, mieszając w stosunku 1:1 komponent B i komponent A materiału dragon skin. Dodaj jedną część rozcieńczalnika do silikonu i energicznie mieszaj przez 30 sekund. Po usunięciu pęcherzyków powietrza za pomocą pompy próżniowej wlej mieszaninę do otworu formy ciała, aż zostanie ona całkowicie wypełniona.

Umieść formę w piekarniku w temperaturze 200 stopni Fahrenheita na 30 minut. Po ostygnięciu wyjmij model z formy. Następnie za pomocą ręcznika papierowego usuń pozostałości środka rozdzielającego z powierzchni warstwy korpusu.

Aby odlać warstwę więzadła, nanieś pędzlem cienką warstwę środka rozdzielającego na powierzchnię otworu formy więzadła. Umieść w formie 30 centymetrową nić, wpychając ją dokładnie w nacięcie wykonane brzytwą. Wymieszaj jedną część składnika B i jedną część składnika A produktu eco Lex 0, 0 30 oraz cztery części rozcieńczalnika do silikonu.

Umieść mieszaninę w komorze próżniowej, aby usunąć pęcherzyki powietrza, a następnie wlej ją do otworu formy więzadła. Wciśnij model podkładu ciała w otwór formy więzadła. Rozpocznij wkładanie od jednej strony i powoli przesuwaj model w stronę drugiej, tak aby wypchnął on nadmiar nieutwardzonego silikonu oraz pęcherzyki powietrza z otworu formy.

Po 30 minutach wypiekania ostudzić formę i wyjąć model. Resztki środka rozdzielającego należy usunąć za pomocą ręczników papierowych. Aby odlać warstwę powierzchownej blaszki właściwej (SLP), za pomocą pędzla nanieść cienką warstwę środka rozdzielającego na powierzchnię otworu formy SLP.

Wymieszaj w próżni jedną część komponentu B, jedną część komponentu A EcoFlex 00-30 oraz osiem części rozcieńczalnika do silikonu (według masy), a następnie wlej mieszaninę do otworu formy. Włóż model tylnej części więzadła do otworu formy SLP. Po wypalaniu w temperaturze 200 stopni Fahrenheita przez jedną godzinę i schłodzeniu, powoli i z najwyższą ostrożnością wyjmij model, aby powierzchowna warstwa blaszki właściwej pozostała nienaruszona. Na koniec, w celu przygotowania warstwy nabłonka, połóż model fałdu głosowego na płaskiej powierzchni tyłem do dołu i usuń materiał wspierający za pomocą brzytwy.

Zawieś nici w powietrzu, mocując je do obiektu wyższego niż model. Po wymieszaniu jednej części komponentu B i jednej części komponentu A silikonu Dragon Skin z jedną częścią rozcieńczalnika do silikonu oraz odpowietrzeniu w próżni, wlej mieszaninę na model i pozostaw do utwardzenia na jedną godzinę. Powtórz ten proces, aby utworzyć grubszą warstwę, a po całkowitym utwardzeniu modelu usuń nadmiar materiału za pomocą brzytwy. Zamocuj każdy ukończony model fałdu głosowego w akrylowej płytce montażowej, nakładając najpierw cienką warstwę kleju silikonowego na boczne oraz przednio-tylne powierzchnie modelu.

Włóż model w wgłębienie płyty montażowej i wyrównaj powierzchnię przyśrodkową modelu z górną krawędzią płyty akrylowej. Wytrzyj nadmiar kleju i pozostaw go do utwardzenia. Przez jedną godzinę nakładaj puder talkowy na powierzchnię modelu, aby zmniejszyć lepkość powierzchni dla śledzenia powierzchni przyśrodkowej.

Za pomocą cienkopisu Sharpie nanieś kropki na model. Po nałożeniu talku włóż długie śruby przez otwory w płycie montażowej, kierując gwintowane końce w stronę modelu, z którym zostanie sparowany istniejący model. Nałóż nici na śruby, a następnie przykryj śruby pianką zamkniętokomórkową, aby uszczelnić wszelkie szczeliny powietrzne.

Połącz przygotowany model z drugim modelem fałdu głosowego, który został w podobny sposób zamocowany do akrylowego uchwytu. Dokręć śruby, aby ścisnąć piankę i zbliżyć do siebie powierzchnie przyśrodkowe, aż do uzyskania pożądanego odstępu przed wibracją. Upewnij się, że oba zestawy gwintów są umieszczone na śrubach i wystają z płyt akrylowych w kierunku przednio-tylnym, a następnie zamocuj parę fałdów głosowych do rurki doprowadzającej powietrze.

Zwiąż ze sobą nici przednie, tworząc pętlę, a następnie zrób to samo z nićmi tylnymi, zawieś na pętli odpowiedni ciężar i przystąp do testowania oraz zbierania danych. Przy użyciu wykonanego modelu, z przyłożonym do włókien napięciem wynoszącym około 31 g, ciśnienie progowe wyniosło 400 Pa przy ciśnieniu podgłośniowym o 10% wyższym od ciśnienia progowego. Model wibrował z częstotliwością 115 Hz przy przepływie głośniowym wynoszącym 210 mL/s.

Wartości te są zgodne z wartościami raportowanymi dla ludzi. Nagrania wideo wykonane z dużą prędkością obrazują, że wibrujący model porusza się w sposób bardziej naturalny niż poprzednie modele dwuwarstwowe. Dla porównania.

Na tym nagraniu powierzchni górnej modelu dwuwarstwowego nie występuje fala śluzówkowa, a profil głośni wydaje się być w większości rozbieżny przez cały cykl. To ograniczenie modeli dwuwarstwowych jest lepiej widoczne w nagraniach wideo o wysokiej częstotliwości klatek obrazu modelu dwuwarstwowego w konfiguracji hemi-krtani. Przejdźmy do analizy nagrań o wysokiej częstotliwości klatek obrazu widoku górnego nowego modelu wielowarstwowego.

Można zaobserwować obecność fali śluzówkowej, a profil głośni nie wydaje się już rozbieżny w całym cyklu. Wideogram z nagrania wysokiej częstotliwości widoku górnego nowego modelu wielowarstwowego ujawnia dowody na różnicę faz między krawędziami górnymi a dolnymi. Krawędź górna przesłania krawędź dolną podczas fazy otwarcia okresu wibracji.

Wideo wysokiej prędkości nowego modelu wielowarstwowego w konfiguracji krtani Hemi dostarcza silniejszych dowodów na występowanie fali śluzówkowej oraz naprzemiennego ruchu zbieżnego i rozbieżnego, który jest charakterystyczny dla ludzkich fałdów głosowych. Trajektorie wibracji wyodrębnione z obrazów stereoskopowych punktów naniesionych na powierzchnie przyśrodkową i dolną modelu fałdu głosowego. Wykazano, że model wykazuje naprzemienny profil zbieżny i rozbieżny, typowy dla ludzkiej fonacji.

Punkty są oznaczone literami od A do F, zaczynając od punktu najniższego. Wykres po lewej stronie przedstawia zbieżną głośnię w fazie otwierania, a wykres po prawej stronie przedstawia rozbieżną głośnię w fazie zamykania. Ta metoda wytwarzania syntetycznych modeli fałdów głosowych pozwala na uzyskanie modeli wykazujących zachowanie wibracyjne podobne do zachowania ludzkich fałdów głosowych.

Koncepcja wielowarstwowa zapewnia znaczące zalety w porównaniu do poprzednich projektów modeli jednowarstwowych i dwuwarstwowych pod kątem zredukowanego czasu rozpoczęcia oraz poprawionego ruchu modelu. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby stosować tylko niezbędną ilość środków rozdzielających, aby warstwy odpowiednio do siebie przylegały.