Wytwarzanie syntetycznego, wielowarstwowego, samowzbudnego modelu fałdów głosowych

Ogólnym celem niniejszej procedury jest opisanie i zademonstrowanie wykonania wielowarstwowego syntetycznego modelu fałdu głosowego o właściwościach samowzbudnych. W pierwszej kolejności, na podstawie trójwymiarowych modeli komputerowych, tworzone są pozytywy przy użyciu szybkiego prototypowania. Następnie na podstawie szybkich prototypów wykonuje się negatywowe formy odlewnicze.

Na koniec odlewana jest każda warstwa modelu fałdu głosowego, w tym ciało, więzadło z włóknem w centrum, powierzchowna warstwa 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 trójwymiarowych modeli w programie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) o pożądanej geometrii, eksport tych modeli do plików stereolitograficznych (STL), a następnie przesłanie plików STL do specjalistycznego warsztatu szybkiego prototypowania.

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

Nanieś niewielką ilość smaru próżniowego na boczną stronę modelu stałego o pożądanej geometrii. Dociśnij model do dna otworu formy, stroną ze smarem próżniowym w dół, 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 formy pomocniczej.

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

Wymieszaj jedną część komponentu B i jedną część komponentu A supermiękkiego silikonu platynowego eFlex 0 0 30. Następnie dodaj jedną część rozcieńczalnika do silikonu, aby zmniejszyć końcową sztywność utwardzonego materiału. Mieszaj przez 30 sekund, a następnie umieść mieszaninę 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 wystudź.

Następnie przygotuj model wypełnienia korpusu, mieszając w proporcji 1:1 składniki A i B silikonu 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 korpusu, aż zostanie całkowicie wypełniona.

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

Aby odlać warstwę więzadła, za pomocą pędzla nanieść cienką warstwę środka rozdzielającego na powierzchnię wnęki formy więzadła. Umieścić w formie nitkę o długości 30 centymetrów, wsuwając ją dokładnie w nacięcie wykonane brzytwą. Wymieszać jedną część składnika B i jedną część składnika A preparatu eco Lex 0, 0 30 oraz cztery części rozcieńczalnika do silikonu.

Umieść mieszaninę w komorze próżniowej w celu usunięcia pęcherzyków powietrza, a następnie wlej ją do otworu formy więzadła. Wciśnij model podkładu ciała do otworu formy więzadła. Rozpocznij wkładanie od jednej strony i delikatnie przesuń się w stronę przeciwległą, aby model wypchnął nadmiar nieutwardzonego silikonu oraz pęcherzyki powietrza z otworu formy.

Po 30 minutach wypiekania schłodzić formę i wyjąć model. Przetrzeć model ręcznikami papierowymi, aby usunąć pozostałości środka rozdzielającego. W celu odlania warstwy powierzchownej blaszki właściwej (SLP), nanieść pędzlem cienką warstwę środka rozdzielającego na powierzchnię wnęki formy SLP.

Wymieszać według masy jedną część komponentu B, jedną część komponentu A elastomeru EcoFlex 00-30 oraz osiem części rozcieńczalnika do silikonu w komorze próżniowej, a następnie wlać mieszaninę do otworu formy. Umieścić model tylnej części więzadła w otworze formy SLP. Po wygrzewaniu w temperaturze 200°F przez jedną godzinę i schłodzeniu, powoli i z najwyższą ostrożnością wyjąć model, aby powierzchowna warstwa błony właściwej pozostała nienaruszona. Na koniec, w celu przygotowania warstwy nabłonka, położyć model fałdu głosowego na płaskiej powierzchni tylną stroną do dołu i usunąć materiał wspierający za pomocą brzytwy.

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

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

Za pomocą cienkopisu Sharpie zaznacz kropki na modelu. Po nałożeniu talku włóż długie śruby przez otwory w płycie montażowej, kierując gwintowane końce w stronę modelu, z którym zostanie sparowany istniejący model. Połóż gwinty na śrubach i przykryj śruby pianką o zamkniętych komórkach, aby zamknąć wszelkie szczeliny powietrzne.

Połącz ten przygotowany model z drugim modelem fałdy głosowej, 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 wibracyjnego. Upewnij się, że oba zestawy gwintów są nałożone na śruby i wystają z płytek akrylowych w kierunku przednio-tylnym, a następnie zamontuj parę fałd głosowych na rurce doprowadzającej powietrze.

Powiąż ze sobą nici przednie, tworząc pętlę, a następnie zrób to samo z nićmi tylnymi, zawieś na pętli pożądaną masę i przystąp do testowania oraz gromadzenia danych. Przy użyciu wykonanego modelu, z przyłożonym do włókien napięciem wynoszącym około 31 g, ciśnienie progowe wyniosło 400 Pa przy podgłośniowym ciśnieniu 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 wysokiej prędkości wibrującego modelu wykazały, że porusza się on w sposób bardziej realistyczny niż poprzednie modele dwuwarstwowe. Dla porównania.

Na tym nagraniu górnej powierzchni modelu dwuwarstwowego nie występuje fala śluzówkowa, a profil głośni wydaje się być w większości rozbieżny przez cały cykl. Ograniczenie to w przypadku modeli dwuwarstwowych jest lepiej widoczne w nagraniach wideo o wysokiej częstotliwości odświeżania modelu dwuwarstwowego w konfiguracji półkrtani. Przejdźmy do analizy nagrań o wysokiej częstotliwości odświeżania widoku górnego nowego modelu wielowarstwowego.

Można zaobserwować dowody na występowanie fali śluzówkowej, a profil głośni nie wydaje się już rozbieżny w całym cyklu. Wideogram z nagrania wysokiej rozdzielczości z widoku od góry nowego modelu wielowarstwowego wykazuje różnicę faz między krawędzią górną a dolną. 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 zostały oznaczone literami od A do F, zaczynając od punktu najniższego. Lewy wykres przedstawia głośnie zbieżne w fazie otwierania, a prawy wykres przedstawia głośnie rozbieżne 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 z wcześniejszymi projektami modeli jednowarstwowych i dwuwarstwowych pod kątem skrócenia czasu rozpoczęcia oraz poprawy ruchomości modelu. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby używać tylko niezbędnej ilości środków rozdzielających, tak aby warstwy odpowiednio do siebie przylegały.