合成、マルチレイヤ、自己発振声帯モデルの作製

この手順の全体的な目的は、多層構造の合成自励振動声帯モデルの作製について記述し、実演することです。まず、3次元コンピュータモデルからラピッドプロトタイピングを用いて正型を作成します。次に、その正型から負型（モールド）を作製します。

最後に、本体、中心に繊維を含む靭帯、浅層固有層、および上皮を含む、声帯モデルの各層を鋳造します。最終的に、声門下圧、振動周波数、声門フロー率、および内側表面の動きを比較した結果、多層合成声帯モデルは、ヒトの声帯振動と同様の気流誘起応答特性を示すことが明らかになりました。2層モデルなどの既存の多層モデルに対するこれらのモデルの主な利点は、多層モデルの構造がヒトの声帯構造により近く、音声生成研究への適用性がより高いことです。

まず、声帯の3つの層、すなわち浅層、固有層、および筋層のソリッドモデルを作成します。通常、これは希望する形状の3Dコンピュータ支援設計（CAD）モデルを作成し、そのCADモデルをステレオリソグラフィ（STL）ファイルとして書き出して、ラピッドプロトタイピングを専門とするカスタム工作ショップに送信することで行われます。

薄いアクリル板を用いて、箱型の金型を製作します。目的の寸法に切断してください。真空グリースを用いて、金型の底を平らなアクリルプレートに密着させて固定します。

目的の形状のソリッドモデルの側面に、少量の真空グリースを塗布します。真空グリースを塗った面を下にしてモデルを金型キャビティの底部に押し込み、真空グリースでパーツを固定します。筆を使用して、金型とソリッドモデルに離型剤を十分に塗布し、離型剤が金型キャビティの隅々まで行き渡るようにしてください。

真空脱泡時に製品体積が膨張することを考慮した容器に、smooth cell 95 プラチナシリコーンゴムのA液10部とB液1部を入れ、混合します。気泡を除去するため、容器を真空チャンバーに入れ、気圧より約26 inches of mercury 低い圧力まで減圧し、約3分間保持します。DGAシリコーンをチャンバーから取り出し、型枠のキャビティに流し込みます。

これを真空チャンバーに入れ、再び脱気（DGA）を行います。真空チャンバーから型を取り出し、水平な面に置きます。24時間かけて硬化させます。ゴムが硬化した後、型枠から型を取り出します。

この工程を繰り返し、他のすべての固体モデル形状の型を作成します。すべての型が完成したら、ボディ層を鋳造するためのファイバー挿入を可能にするため、カミソリを用いて靭帯層の型の中央内側表面を前後の方向に切断します。まず、筆を使用してボディ型の空洞に離型剤を薄く塗布します。

eFlex 0 0 30スーパーソフトプラチナシリコンのB剤1部とA剤1部を混合します。次に、硬化後の材料の剛性を下げるため、シリコンシンナーを1部加えます。30秒間混合した後、真空チャンバー内に1分間入れます。

巻き込まれた気泡を取り除くため、混合物を真空状態から出し、ボディ型のキャビティに注ぎます。ただし、上端まで満たさないようにしてください。あらかじめ200 °Fに予熱しておいたオーブンに型を入れ、30分間加熱します。焼成後、型をオーブンから取り出して冷却します。

次に、Dragon SkinのパートAとパートBを1:1の割合で混合し、ボディのバッキングモデルを作成します。シリコンシンナーを1部加え、30秒間激しく混合します。真空脱気によって気泡を除去した後、混合液をボディの型腔に完全に満たされるまで注ぎます。

金型を200 °Fのオーブンで30分間加熱します。冷却後、金型からモデルを取り出します。次に、ペーパータオルを使用して、本体層の表面にある離型剤を除去します。

靭帯層をキャストするために、ペイントブラシを用いて離型剤を靭帯モールドのキャビティ表面に薄く塗布します。カミソリで切り込みを入れた部分から30 centimeterの長さの糸をしっかりと押し込み、モールド内に配置します。eco Lex 0, 0 30のB液1部、A液1部、およびシリコンシンナー4部を混合します。

混合物を真空チャンバーに入れ、気泡を除去した後、靱帯用モールドの空洞に混合物を注ぎます。ボディバッキングモデルを靱帯用モールドの空洞に押し込みます。片側から挿入し始め、ゆっくりともう一方側へ移動させることで、未硬化のシリコンと気泡をモールド空洞から押し出します。

30分間焼成した後、型を冷却してモデルを取り出します。離型剤が付着している場合は、ペーパータオルで拭き取ってください。表層固有層（SLP層）を鋳造するために、ペイントブラシを用いてSLP型のキャビティ表面に離型剤を薄く塗布します。

Eco Flex 00-30のB剤1部、A剤1部とシリコンシンナー8部を重量比で混合して真空脱泡し、混合液を金型に注ぎます。靭帯体後方モデルをSLP金型に挿入します。華氏200度で1時間加熱し、冷却後、表層固有層を損なわないよう細心の注意を払ってゆっくりとモデルを取り出します。最後に、上皮層を作成するため、声帯モデルを後方が下になるように平らな面に置き、カミソリで支持材を取り除きます。

モデルよりも高い位置にある物体に固定し、糸を空中に吊り下げます。Dragon SkinのパートBとパートAを1:1の割合で混ぜ、さらに同量のシリコンシンナーを加えて真空脱泡した後、モデルに注ぎ、1時間硬化させます。この工程を繰り返し、層を厚くします。モデルが完全に硬化した後、ストレートカミソリで余剰分を取り除き、モデルの側方および前後面にシリコン接着剤を薄く塗布して、完成した各声帯モデルをアクリル製固定プレートに取り付けます。

モデルをマウンティングプレートの凹み部分に挿入し、モデルの内側表面をアクリルプレートの上端に合わせて固定します。余分な接着剤を拭き取り、接着剤を硬化させます。内側表面のトラッキング時の表面のべたつきを軽減するため、1時間かけてモデル表面にタルク粉を塗布してください。

極細のシャーピーペンを使用して、モデルにドットをマークします。タルクを塗布した後、既存のモデルとペアリングさせるモデル側に向けてネジ山を向け、マウンティングプレートの穴に長いボルトを挿入します。ボルトの上にスレッドを重ね、ボルトの上に独立気泡フォームを置いて、空気の隙間を塞ぎます。

この準備したモデルを、同様にアクリルホルダーに取り付けた別の声帯モデルと対にします。ネジを締めてフォームを圧縮し、目的の振動前ギャップになるまで内側表面を近づけます。両方のネジ山がボルトにかかっており、アクリルプレートから前後方向に伸びていることを確認し、その後、この声帯ペアを空気供給チューブに取り付けます。

前方の糸をまとめてループを作り、続いて後方の糸でも同様に行います。ループに目的の重量を同時に掛け、試験およびデータ収集に進みます。作製したモデルを用い、繊維に約 31 grams の張力を加えたところ、声門下圧が開始圧を 10% 上回る状態での開始圧は 400 pascals でした。また、声門流量 210 milliliters per second のとき、モデルは 115 hertz で振動しました。

これらの値は、ヒトで報告されている値と良好に一致しています。振動モデルの高速度ビデオ録画により、従来の2層モデルよりも生命感のある動きをすることが示されました。比較のため。

2層モデルの上面を捉えたこのビデオでは、粘膜波は見られず、声門のプロファイルはサイクル全体を通してほぼ発散しているように見えます。このような2層モデルの限界は、ヘミラリンクス構成における2層モデルの高速ビデオ記録でより明確に確認できます。次に、新しい多層モデルを上面から撮影した高速記録を確認します。

粘膜波の証拠が確認でき、声門プロファイルはサイクル全体を通じて発散して見えなくなりました。新しい多層モデルを上方から高速撮影したビデオグラムからは、上縁と下縁の間に位相差があることが分かります。振動周期の開いた局面において、上縁が下縁を覆い隠しています。

Hemi喉頭構成の新しい多層モデルの高速度ビデオにより、ヒトの声帯に特徴的な粘膜波および交互の収束・発散運動のより強力な証拠が示されています。声帯モデルの内側および下側表面に塗布したドットのステレオ画像から抽出した振動軌跡。このモデルが、ヒトの発声に典型的な交互の収束・発散プロファイルを示すことが分かります。

各点は、最も低い点から順にAからFまでラベル付けされています。左のプロットは開口相における収束型の声門を、右のプロットは閉鎖相における発散型の声門を示しています。この合成声帯モデルの作製法により、ヒトの声帯と同様の振動挙動を示すモデルが得られます。

多層構造のコンセプトは、従来の1層および2層のモデル設計と比較して、オンセットの低減とモデル動作の向上という面で大きな利点をもたらします。この手順を行う際は、層同士が適切に密着するように、離型剤を必要最小限の量のみ使用することが重要です。