Что такое голосообразующий аппарат и как он работает

Голосообразующий аппарат — это совокупность анатомических структур, участвующих в формировании голоса человека. Основными элементами в этом процессе являются гортань, голосовые связки, резонирующие полости рта и носа, а также диафрагма, которая регулирует подачу воздуха при выдохе.

Процесс голосообразования начинается с вибрации голосовых связок, создавая звуковые волны. Эти волны затем модифицируются в полостях рта и носа, что позволяет формировать различные звуки и интонации, необходимые для речи и пения.

Голосообразующий аппарат АГ-2000

Новое поколение цифровых аппаратов для голосообразования АГ-2000, разработанных собственными силами. На протяжении многих лет пациенты, перенесшие ларингэктомию (удаление гортани), не имели возможности приобрести современное российское устройство для восстановления голоса. Устаревшие модели с неэффективными техническими характеристиками постепенно исчезли с рынка.

В то же время импортные устройства были доступны по высокой цене и оказывались вне финансовых возможностей многих пациентов с трахеостомой. Аппараты для голосообразования АГ-2000 предоставили возможность тысячам людей по всей стране восстановить голос после заболевания раком гортани. Мы продолжаем улучшать конструкцию, технологии и эксплуатационные характеристики наших голосовых аппаратов. На смену электронно-механической версии пришло новое поколение цифровых аппаратов АГ-2000 с усовершенствованными параметрами и настройками.

Современные технологии голосообразования предоставляют возможность восстановить ваш голос! Утрата речевых возможностей может произойти из-за тяжелых заболеваний гортани, голосовых связок и верхних дыхательных путей. В некоторых случаях для спасения пациента может потребоваться частичное или полное удаление гортани.

Помимо восстановления физиологических функций после ларингэктомии, важнейшим этапом реабилитации каждого пациента становится восстановление голоса. Это необходимо для быстрой социализации и возвращения к активной жизни. Самый доступный способ – голосообразующие аппараты (электрогортань).

Их использование не подразумевает длительных тренировок или хирургических процедур, как это бывает при голосовом протезировании. Возможность возвращения голоса остаётся даже после удаления голосовых связок! Не существует ограничений по физическому состоянию, возрасту или другим факторам.

Хронос, являясь единственным производителем устройств для голосообразования в России, предоставляет необходимую консультационную поддержку, способствуя изучению работы с аппаратом АГ-2000 и быстрому усвоению новых навыков. Принцип работы голосообразующих устройств основан на функции модулирования звуковых колебаний в ротовой полости, которая остаётся активной даже после удаления гортани и связок. Для воспроизведения голоса требуется преобразование механических колебаний мембраны в звуковые, для чего и созданы голосообразующие аппараты.

Это ручные переносные устройства, оснащенные вибрирующей мембраной. Для того чтобы воспроизвести голос, необходимо плотно прижать его к горлу или подбородку.

Аппараты для голосообразования передают звуковые колебания в резонаторные полости рта, благодаря чему беззвучно произнесенные слова обретает голос. Как использовать аппарат для голосообразования?► Перед началом работы убедитесь, что устройство полностью заряжено, что займет всего 2,5 часа. Новые модели АГ-2000 имеют возможность зарядки через USB-порт.

В комплекте идет зарядное устройство с кабелем, который можно подключать к любому устройству с USB-выходом: блоки для заряда телефонов, аккумуляторы (Power Bank), компьютеры и другие устройства. Никаких отдельных блоков и специальных зарядных станций не требуется.► Громкость и отчетливость звучания речи во многом зависят от правильного выбора точки, куда прикладывается наконечник голосообразующего аппарата с мембраной.

При первом использовании устройства необходимо несколько раз прикладывать его к горлу в разных местах. Нажав на кнопку, следует широко открыть рот и произнести звук (ААА). В том месте, где звук будет слышен наиболее четко и громко, туда и стоит далее прикладывать устройство. ► Освоение новых голосовых навыков требует времени, как и любое другое обучение.

Необходимо запастись терпением, чтобы научиться четкой речи с помощью электрогортани. Начинать рекомендуется с гласных звуков, тщательно их произнося и развивая свои навыки. После этого можно переходить к согласным, затем к односложным словам и простым фразам.

Для удобства пользователей в наборе голосообразующих систем АГ-2000 присутствует руководство по обучению. Особенности цифровых голосообразующих устройств Собственное производство голосообразующих устройств Хронос стартовало с разработки модели, использующей электронно-механическое формирование голоса. Регулировка тона и громкости осуществлялась через механическое управление, а качество голоса оставляло желать лучшего из-за заметного роботизированного звучания.

Новое поколение цифровых голосообразующих систем АГ-2000 сохранило все достоинства своих предшественников, при этом значительно расширив возможности настройки голоса. Более точная цифровая регулировка существенно повысила качество звучания речи.

Позволяет настраивать тональность и громкость в соответствии с окружающей средой – например, можно установить различные параметры как дома, так и в шумном публичном месте. Новая генерация голосовых аппаратов АГ-2000 ● Превосходное качество изготовления. Единственное в России производство устройств для голоса оснащено высокотехнологичными станками с компьютерным управлением.

Применяются импортные комплектующие от известных европейских компаний. Принцип функционирования и возможности модели АГ-2000 основаны на исследованиях компании Servox (Германия) – мирового лидера в разработке инструментов для восстановления голоса. ● Легкий пластиковый корпус. Цифровые устройства нового поколения изготовлены в ударопрочном пластиковом корпусе.

Применение ABS-пластика вместо металлических компонентов позволяет значительно снизить вес устройства, при этом сохраняя его прочность. Корпус соответствует классу пыле- и влагозащиты IP 54. Устройство отличается компактными размерами, удобной формой и весит всего 170 граммов. Его можно удобно носить на руке или на шее благодаря аксессуару в виде шнурка, который прилагается.● Неповторимый спектр настроек.

Современный цифровой голосообразующий аппарат АГ-2000 предлагает 4 варианта громкости звучания речи и целых 25 частот для настройки тона! Такие технические характеристики не доступны даже устройствам ведущих производителей из Европы и США. Вы можете выбрать именно тот тон, который наиболее близок и комфортен для звучания вашего голоса.

Это добавляет речи выразительность и эмоциональную насыщенность. ● Высокоемкий аккумулятор. Новое поколение голосовых устройств АГ-2000 оснащено аккумулятором мощностью 1800 мА. Срок службы – свыше 900 циклов. Время непрерывного общения на одном заряде впечатляет – до 24 часов! В комплект Входит зарядное устройство с кабелем, совместимым с USB.

Заряжать прибор можно от любого устройства, имеющего USB-выход. Время зарядки составляет всего 2.5 часа.● Низкая цена продажи и ремонта. Голосообразующие аппараты АГ-2000, не уступающие по качеству зарубежным аналогам, продаются по цене в 2-3 раза ниже. Можно купить аппарат по привлекательной цене с его техобслуживанием в России!

Заграничные модели подвергаются ремонту на заводах производителей за пределами страны, что приводит к увеличению времени и стоимости обслуживания. Российские устройства восстанавливаются быстрее и дешевле благодаря легкости в доступе к запчастям. ● Долгий гарантийный срок. Фирма-производитель предлагает двухлетнюю гарантию на приборы, предназначенные для восстановления голоса.

В процессе гарантийного обслуживания устраняются все технические неисправности, возникшие не по вине пользователя. Важно помнить, что нельзя бросать прибор на пол, пытаться разбирать его самостоятельно, погружать в жидкость или чистить химическими средствами.

Поломки, произошедшие в результате этого, не попадают под гарантию и исправляются за счет покупателя. Преимущества приобретения голосообразующего устройства: 1) АГ-2000 – единственные в России аппараты для формирования голоса, одобренные Росздравнадзором для государственных закупок (госторгов) и включенные в программы реабилитации инвалидов. При самостоятельном приобретении голосообразующего аппарата на официальном сайте Производителя вы получите кассовые и товарные чеки для представления в региональный Фонд социального страхования.

На их основании можно получить денежное возмещение! 2) Продукция предлагается без наценок, поэтому выгоднее приобретать устройства непосредственно у производителя. Аппараты всегда доступны на складе. Обратите внимание: в настоящее время цены снижены! При оптовой закупке можно заказать голосообразующие аппараты напрямую с завода.

Мы готовы к обсуждению регулярных поставок и долгосрочного сотрудничества.3) Все устройства в нашем интернет-магазине имеют актуальные регистрационные удостоверения от Росздравнадзора, декларацию соответствия и официальную гарантию. При заказе голосообразующего устройства на сайте производителя предоставляется бесплатное техническое обслуживание независимо от срока эксплуатации прибора!

Технические неисправности, вызванные дефектами компонентов или материалов, устраняются. Услуга не предоставляется при покупке устройства неофициально.4) Оплата осуществляется с помощью банковской карты во время оформления заказа. Заказанный через интернет-магазин голосообразующий аппарат доставляется бесплатно в любой уголок России!

5) В интернет-магазине голосообразующих устройств АГ-2000 представлены их описания и полные технические характеристики. При необходимости можно оставить запрос на обратный звонок для уточнения интересующих вопросов прямо у производителя. На сайте также размещены отзывы реальных пользователей о голосообразующих устройствах. Производитель активно взаимодействует с клиентами, чтобы оперативно реагировать на их нужды и пожелания.

Технические особенности

Правила эксплуатации устройства АГ-2000

Возможности аппарата АГ-2000

Преимущества цифрового устройства АГ-2000

Технические характеристики

Код ОКПД 2 — 32.50.50.190Цвет- ЧерныйДлина мм -115Гарантия — 24 месяцаСтрана производства — Россия,Максимальное среднеквадратичное значение скорости механических колебаний мембраны аппарата на частоте 75 Гц — не менее 25х10⁻³ мс,Габаритные размеры голосообразующего аппарата — Ø35 х 115 мм,Масса аппарата без зарядного устройства — не более 170 грамм,Диаметр голосообразующего аппарата -35 мм,Длина голосообразующего аппарата -115 мм,ЖКолличество и тип аккумуляторов -2шт. Тип АА,Емкость аккумуляторных батарей — 1800 мА,Ресурс аккумуляторных батарей — более 900 циклов заряд-разряда,Напряжение питания аппарата от аккумуляторных батарей -2,4 В,Сетевое зарядное устройство — с кабелем USB Type-C,Контроль заряда аккумуляторов — автоматический,Время зарядки аккумуляторов -2,5 часа,Управление — одна речевая кнопка и две кнопки для настройки.,Тип управления -цифровое,Возможность регулировки тона и громкости — есть.Время непрерывного разговора с аппаратом -24 часа.Диапазон изменения частоты основного тона -45 — 120 Гц.Ток потребления на частоте 75 Гц (не более) — 170 мА

Правила использования аппарата АГ-2000

1. Условия, подходящие для работы устройства, включают температурный диапазон от -10°C до +30°C. Нужно остерегаться падений прибора на землю или в воду. Также не рекомендуется оставлять его под воздействием прямых солнечных лучей.
2. Перед первым использованием потребуется зарядить аккумулятор, после чего можно приступать к тренировкам. Нельзя прикладывать мембранную головку устройства к ушам или трахеостоме! Устройство применяется только в области под подбородком.
3. На корпусе устройства располагаются три клавиши: речевая (Старт), Вверх и Вниз. Для начала разговора необходимо нажать на речевую кнопку, а после завершения – отпустить ее. После нажатия мембрана начинает вибрировать.
4. Для настройки уровня громкости и тональности голоса необходимо использовать две кнопки – Вверх и Вниз. Можно выбирать значения от минимальных до максимальных. Установленная настройка сохраняется с помощью кнопки Старт.
5. Рекомендуется использовать речевую кнопку с перерывами, нажимая и отпуская ее после произнесения каждого слога. Это поможет сделать речь более четкой. Избегайте нажатия на элементы управления с излишним усилием!
6. Для зарядки аккумулятора в комплекте представлен блок с кабелем съемного типа, оснащенным разъемом USB – USB Type-C. Батарею можно подзаряжать от любых мобильных устройств с USB-выходом.
7. Голосообразующий аппарат АГ-2000 можно носить на запястье или на шее, используя специальный шнурок, который входит в комплект. Благодаря компактным размерам, устройство удобно помещается в карманы одежды.
8. Прибор постоянно соприкасается с кожей, поэтому для поддержания чистоты и гигиеничности его следует регулярно протирать тряпкой, смоченной в спирте. Не допускается мыть его под струей воды или использовать бытовые чистящие средства!

Возможности АГ-2000

• Недостаток вербального общения негативно сказывается на психоэмоциональном состоянии индивида и снижает уровень его жизни. Реабилитационные процедуры направлены на быстрое восстановление голосообразования после рака гортани и других заболеваний.
• Российский голосообразующий аппарат позволяет восстановить утраченные функции без хирургического вмешательства и использования клапанов. Обучение новым навыкам возможно через 2-3 месяца после ларингэктомии.
• Помощь логопеда и длительные тренировки могут не понадобиться. Если освоен пищеводный голос, то устройство можно применять по мере необходимости, например, в общественных местах.
• Тем не менее для многих пациентов после рака гортани голосообразующий аппарат становится единственным способом общения.
• С его использованием человек избавляется от необходимости в постоянной поддержке. Он может свободно покидать дом, совершать покупки и заниматься повседневными делами.
• Количество людей, использующих голосовые аппараты, увеличивается. Современное общество проявляет к ним понимание, что способствует их интеграции в общество.

Преимущества цифрового аппарата АГ-2000

• Основой его функционирования является микроконтроллерная система, которая позволяет настраивать голосовые параметры. Это предоставляет возможность регулировать громкость и тональность речи в ходе разговора.
• Устройство полностью соответствует требованиям современных пользователей. Звучание речи можно адаптировать к различным ситуациям или личным предпочтениям. Аппарат АГ-2000 обладает уровнем громкости, который вдвое превышает громкость большинства импортных аналогов!
• Цифровые технологии способствуют улучшению качества звука, предотвращая искусственность речи и снижая шумы от вибрирующей мембраны. Механические колебания мембраны происходят на низкой частоте (75 Гц).
• К преимуществам голосообразующего устройства нового поколения также относятся продленный срок службы и возможность зарядки через USB-устройства, что значительно увеличивает его мобильность.
• Нет необходимости брать с собой зарядное устройство и другие громоздкие устройства. Эти плюсы значительно облегчили жизнь пациентам, у которых пропал голос.
• Устройство легко учится и используется людьми разных возрастов, включая пожилых.

Способ получения сигнала в искусственном голосовом аппарате Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мукановская И. В., Дацок О. М., Величко О. Н

В данной работе расширено применение модели искусственного голосового аппарата, основанной на использовании электромиографического сигнала с поверхностных мышц шеи. Разработан алгоритм, позволяющий анализировать электромиографические данные для выявления переходных сегментов речи. Рассматриваются математические модели, которые наиболее точно отражают электромиографические и речевые сигналы. Поданы результаты функционирования предложенного алгоритма. Ил.: 2. Библиогр.: 11 назв.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мукановская И. В., Дацок О. М., Величко О. Н

О практической применимости методов исследования электромиографических сигналов

Первый опыт терапии ларингеальной дистонии с помощью локальных инъекций ботулотоксина типа А в Республике Беларусь

Современные подходы к лечению и реабилитации пациентов с раком гортани

Интраоперационный нейромониторинг в ходе хирургических вмешательств на щитовидной и околощитовидных железах: показания к проведению и методика осуществления

Анализ фонокардиографического сигнала с использованием вэйвлет-технологий

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

The method of signal receiving in the artificial voice device

В статье рассматривается дальнейшее развитие модели аппарата искусственного голоса, основанной на анализе электромиографических сигналов с шейной области. Предложен алгоритм анализа электромиографических сигналов поверхностных мышц шеи для выявления переходных сегментов речи. Проанализированы математические модели, наиболее точно описывающие электромиографические и голосовые сигналы. Представлены результаты предложенного алгоритма. Рис.: 2. Литература: 11 наименований.

Текст научной работы на тему «Способ получения сигнала в искусственном голосовом аппарате»

УДК 616-71+004.93 Б01: 10.20998/2411-0558.2017.21.11

И.В. МУКАНОВСКАЯ, студ., Харьковский национальный университет радиоэлектроники,

О.М. ДАЦОК, кандидат технических наук, доцент, Харьковский национальный университет радиоэлектроники, О.Н. ВЕЛИЧКО, кандидат технических наук, доцент, Харьковский национальный университет радиоэлектроники

МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИГНАЛА В ИСКУССТВЕННОМ ГОЛОСОВОМ УСТРОЙСТВЕ

В данном исследовании была усовершенствована модель искусственного голосового устройства, основанная на использовании электромиографического сигнала с поверхности шейных мышц. Разработан алгоритм анализа данных электромиограммы поверхностных мышц шеи для выявления моментов изменения сегментов речи. В работе также проведен анализ математических моделей, которые наиболее точно отражают электромиографические и речевые сигналы. Приведены результаты работы предложенного алгоритма. Иллюстраций: 2. Библиография: 11 наименований.

Ключевые слова: синтетический голосовой аппарат; электромиографические сигналы; вокальный сигнал; переходные сегменты речи.

Обоснование проблемы и обзор недавних исследований. По сообщениям Всемирной организации здравоохранения, ежегодно рак гортани выявляется у 1,3 миллиона людей по всему миру. Чаще всего заболевание обнаруживается на поздних стадиях, когда необходимо проводить операцию по удалению гортани (ларингоэктомию).

Существует несколько методик реабилитации пациентов после операции, включая обучение пищеводному голосу, голосовое протезирование и использование синтетических голосовых аппаратов. На сегодняшний день основным способом восстановления речевой функции у больных после удаления гортани является применение синтетических голосовых аппаратов, поскольку этот метод не требует дополнительных хирургических вмешательств и отличается достаточно высокой эффективностью [1]. Тем не менее, современные синтетические голосовые аппараты обладают рядом недостатков, таких как низкое качество звукового воспроизведения из-за наличия вибраторных устройств, които затрудняют восприятие речи, а также недостаточная устойчивость к помехам, так как динамики улавливают посторонние звуки, что приводит к необходимости постоянного включения и выключения аппарата во время разговора. Исходя из этого, возникает необходимость в разработке новых методов восстановления голосовых функций, которые не будут включать элементы, способствующие возникновению помех и шумов.

В странах с высоким уровнем развития активно разрабатываются новые подходы к восстановлению речевой функции у данной группы

пациентов [2]. В данной работе была дополнительно усовершенствована модель искусственного голосового аппарата, основанная на применении электромиографического сигнала (ЭМГ), полученного с поверхностных мышц шеи пациента [3]. Нервная система активирует мышечные волокна, а размещенные на коже электроды фиксируют их сокращения. Далее полученный ЭМГ-сигнал поддается более глубокому анализу. Особый интерес представляет выделение переходных моментов (моментов активации) в процессе речи и их последующий анализ, что может значительно улучшить качество воспроизведения речи в искусственном голосовом аппарате.

Рассмотрим имеющиеся голосовые аппараты.

Голосообразующий аппарат — это прибор, восполняющий утраченные функции голоса вследствие операций по удалению гортани или другим причинам. На сегодняшний день существует большое разнообразие аппаратов, предлагаемых на рынке для таких пациентов.

Голосообразующий механизм находится в области шеи, а сигнал возбуждения передается через ее ткани, что формирует звуковую волну в ротовой полости. Изменения объема и формы ротовой полости влияют на формантную структуру сигнала возбуждения [4]. Таким образом, механизм создает колебания мембраны, которые в результате передачи через шейно-подбородочную область у пациента, перенесенного ларингоэктомии, преобразуются речевой артикуляцией в звуки речи [5].

У этих аппаратов есть два основных недостатка: монотонность и трудности с разборчивостью звучания, что объясняется постоянной основной частотой возбуждения сигнала [6]. Кроме того, пользователю необходимо постоянно держать устройство в руке, прижимая его к шее, а также регулярно включать и выключать аппарат.

Основной задачей данной статьи является обоснование возможности создания речевого сигнала в компактном искусственном голосовом устройстве, основанном на ЭМГ-сигнале, полученном с поверхностных мышц шеи пациента.

Для достижения поставленной задачи требуется провести анализ математических моделей ЭМГ и речевых сигналов, разработать функциональную схему портативного искусственного голосового устройства, определить ключевые медицинские и технические требования к такому устройству, а также предложить метод предварительной обработки сигнала.

Математическая модель сигнала. Как уже было отмечено, основным недостатком традиционных систем восстановления голоса является необходимость постоянного контроля пользователем. Чтобы устранить эту проблему, в некоторых из таких систем предусмотрен блок анализа ЭМГ для определения речевой активности.

Электромиография представляет собой один из самых распространенных неинвазивных методов, используемых в медицинской диагностике для оценки потенциалов действия и их наложения. Математическая модель, описывающая необработанный ЭМГ-сигнал, представлена в виде уравнения (1)

х(к) = 2 Ь(г’)е(к — г) + м>(к), (1)

где х(к) — электромиограмма в момент времени к; N — количество активных единиц; к(г) — импульсный отклик; е(к) — импульсы функций Дирака из отдельных подвижных единиц; г — временной сдвиг каждого импульса; w(к) — аддитивный гауссовский шум с нулевым средним.

Математическая модель (1) демонстрирует отклик системы и не описывает характеристики тканей [7].

Речевой сигнал представляет собой случайный нестационарный процесс, для которого в настоящее время отсутствует стохастическое описание. Для создания математической модели речевого сигнала в форме зависимости от времени был использован метод, основанный на разделении информационной и несущей составляющих (теория модуляции). При аппроксимации спектральной плотности речевого сигнала с помощью набора постоянных компонент можно получить соотношение (2).

гнес П1 . Нес П1

гнес П1 . нес . П1 1 /1 + Т

где Б (w) — спектральная плотность; — постоянные компоненты,

I = 0. Ь ; П1 — ширина частотного диапазона; /нес — несущие частоты, / — частота; / (I = 0,1, • , Ь) — это частоты.

Математическая модель речевого сигнала в форме детерминированной функции была получена посредством обратного преобразования Фурье от спектральной плотности.

U(t) = sin c(2pF¡t)cos(2p/Tct), (3)

где fiHec — это частоты, служащие для передачи; U¡ = S¡Пi = 2S¡F¡; sin c(x) = sin(x)/ x.

Из уравнения (3) видно, что математическая модель речевого сигнала представляет собой амплитудно-модулированное колебание U (t) = U мод (t) х U нес (t), из которого можно выделить

имод (t) = sin c (2%F¡t) — модулирующее колебание и

U^ (t) = ^Ul cos(2p/lHect) — колебание, несущее информацию.

Четкое определение дискретных событий в ЭМГ-сигнале представляет собой ключевой аспект при анализе двигательной системы. Для установления моментов начала и завершения активации мышц было предложено несколько методов [8]. Наиболее известным из них является метод выявления моторных событий через ЭМГ-сигналы с помощью визуальной оценки квалифицированных наблюдателей. Пороговый подход, при котором амплитуда ЭМГ сравнивается с установленным порогом, является наиболее интуитивно понятным и распространенным компьютерным методом для определения времени начала мышечного сокращения. Этот метод основывается на сопоставлении необработанных сигналов и пороговых значений, амплитудные показатели которых зависят от средней мощности фонового шума.

Таким образом, разработана математическая модель, позволяющая описывать неочищенный ЭМГ-сигнал с помощью функции Дирака. Также была представлена модель речевого сигнала, оформленная в виде детерминированной функции, использующей обратное преобразование Фурье от спектральной плотности. В процессе анализа было показано, что модель речевого сигнала представляет собой амплитудно-модулированное колебание.

Структурная схема портативного искусственного голосового устройства. Предложенное искусственное голосовое устройство основано на использовании ЭМГ-сигнала, поэтому в структурную схему аппарата необходимо интегрировать датчики, которые будут отслеживать мышечную активность пациента в области шеи. Зарегистрированный низкоамплитудный ЭМГ-сигнал направляется на вход инструментального усилителя [9].

В схему нужно добавить дополнительный блок, который будет усиливать коэффициент ослабления синфазного сигнала, что в свою очередь позволит снизить уровень помех на входе системы. Затем сигнал попадает в блок обработки, где он проходит усиление, фильтрацию и делится на

положительные и отрицательные полуволны. После этого осуществляется однополупериодное выпрямление, и сигнал передается на два аналоговых входа микроконтроллера. Использование данного подхода способствует достижению максимальной разрешающей способности оцифрованного сигнала.

По завершении аналогово-цифрового преобразования, отрицательная составляющая сигнала вычитается из положительной в цифровом формате. В результате аналогово-цифрового преобразования ЭМГ-сигнал достигает теоретической разрешающей способности 13 бит.

С учетом всех аспектов обработки сигналов в искусственном голосовом аппарате была разработана структурная модель данного устройства (см. рис. 1). В этой модели сигналы от электродов, установленных на шее пациента (1), поступают на вход аппаратного усилителя (4). Далее схема возвращает сигнал к телесной поверхности пациента на электрически неактивные зоны, что способствует увеличению коэффициента подавления синфазных помех. Этот подход используется для регистрации различных электрографических сигналов.

Рис. 1. Структурная модель искусственного голосового аппарата

метод, возможно добиться более высокой разрешающей способности (в битах) оцифрованного сигнала.

Для обработки аналогового сигнала предлагается использовать микросхему ADSP-2183 от компании Analog Devices. Эта однокристальная микросистема оптимизирована для цифровой обработки сигналов (DSP), отличается низким энергопотреблением и компактными размерами, а также работает при низком напряжении питания в 3,3 В, что делает её подходящей для интеграции в портативные искусственные голосовые устройства.

Амплитуда ЭМГ-сигнала, фиксируемого во время работы грудинно-ключично-сосцевидной мышцы (самой крупной в шейной области), колеблется в пределах от 0 до 90 мкВ. Это значение представляет собой верхнюю границу для ЭМГ-сигналов, регистрируемых в районе шеи. Уровень усиления, предоставляемый электронной схемой устройства, варьируется от 700 до 800 единиц, при этом максимальное выходное напряжение схемы достигает 10 мВ. Частота входного сигнала выбирается исходя из того, что она должна быть наиболее информативной для речевого контекста.

Таким образом, предложенная архитектура портативного искусственного голосового устройства обеспечивает высококачественную регистрацию ЭМГ-сигнала поверхностных шейных мышц пациента, что позволяет затем обрабатывать его и формировать речевой сигнал.

Характеристики разработки программного обеспечения устройства.

На рисунке 2 показано демонстрационное окно приложения, в котором реализованы функции для выделения конкретного фрагмента сигнала, его анализа, фильтрации шума, определения моментов активации и сохранения обработанного сигнала [10].

В данной программе предусмотрены три варианта вокала для воспроизведения: "Мужской", "Женский" и "Детский". Это учитывает гендерные особенности и облегчает использование синтетических голосовых решений в обществе. При выборе определенного варианта голоса программа автоматически подключает соответствующую библиотеку. Перед этим необходимо предварительно создать библиотеки, которые будут использованы в дальнейшем. Также имеется возможность разработки нескольких библиотек для каждого типа голоса, что позволит пациенту выбрать наиболее подходящий тембр.

Разработанное программное обеспечение предназначено для использования в стационарном режиме (тестовая версия).

Рис. 2. Основной интерфейс программы

При создании портативной версии необходимо изучить проблемы, связанные с устранением помех, возникающих из-за естественной мышечной активности при ходьбе, движениях головы и других факторов, что создает дополнительные требования к системе фильтрации EMG-сигнала [11].

Выводы. Проведен анализ принципов построения современных аппаратов для реконструкции голоса. Показана актуальность разработки голосовых аппаратов, базирующихся на современных методах снятия и обработки сигналов для эффективного воспроизведения речи пациента.

Предложен метод восстановления речевой функции у пациента, основанный на анализе ЭМГ-сигналов, полученных с поверхностных мышц шеи, с последующей обработкой и выяснением времени начала мышечных сокращений.

Разработаны медицинские и технические требования для портативного искусственного голосового устройства, а также определены ключевые технические параметры. Представлен принцип создания структурной схемы данного устройства.

Полученные результаты представляют собой значимый вклад в исследования по дальнейшему усовершенствованию алгоритмов обработки ЭМГ-сигналов голосовых мышц, а их использование приведет к улучшению существующих и созданию новых портативных искусственных голосовых аппаратов.

Библиография: 1. Бехин П. Анатомия человека. Системы и органы / П. Бехин. — М.: Харвест, 2007. — 38 с. 2. Andreassi J.L. Психофизиология: человеческое поведение и физиологическая реакция / J.L. Andreassi. — Нью-Йорк: Psychology Press, 2000. — 565 с. 3. Физиология человека / Под редакцией В.М. Покровского, Г.Ф.

Коротко. — 2-е издание. — М.: Медицина, 2003. — 565 с. 4. Конова Т.А. Онкология и паллиативная помощь / Т.А.

Конова, А.Д. Морозова. — М.: Феникс, 2006. — 320 с. 5. Патент № 2056811 РФ. Устройство для генерации голоса А.Г. Маточкин / Маточкин А.Г. — № 94045830/14, подан 22.12.94, опубликован 27.03.96 — 4 с. 6. Пузин С.Н. Обеспечение голосообразующими устройствами для инвалидов. [Электронный ресурс] // http://www.invalidnost.com/publ/sotrudnikam_sluzhby_mseh/obespechenie_invalidov_golosoobrazujushhimi_apparatami/3-1-0-45, 2007.

7. Basmajian J. V. Влияние пола на активность агонистов и антагонистов мышц во время максимальных сокращений в колене и голеностопе / J.V.

Basmajian, C.J. De Luca. // Журнал биомедицинской инженерии и технологий. — 2016. — № 1. — С. 1-6. 8. Кафедра оториноларингологии. Электроларингеальная речь / Восточная Вирджинская медицинская школа. Дата обращения 14 марта 2013 г. — 93 стр. 9. Yakity Yak.

Общение после ларингэктомии / Группы поддержки ларингэктомированных Юго-Восточного побережья (Великобритания). 9 марта 2011 г. Дата обращения 14 марта 2013 г. — С. 57-65.

10. Мукановская И.В. Моделирование человеческого речевого тракта. Материалы международной конференции "Тараповские чтения" / И.В. Мукановская,

0.М. Дацок. — Харьков: — 2016 — С. 57. 11. Дацок О.М. Характеристики обработки речевых сигналов в искусственных голосовых устройствах.

Тезисы XXIV международной научно-технической конференции MicroCAD / О.М. Дацок, И.В. Мукановская. — Харьков: НТУ "ХШ" — 2016 — Т. 3. — С. 29.

1. Behin, P. (2007), Human Anatomy. Systems and organs, Kharvest, Moskow, 38 p.

2. Андреасси, Дж.Л. (2000), Психофизиология: Человеческое поведение и физиологическая реакция, Психология Пресс, Нью-Йорк, 565 с.

3. Покровский, В.М., и Коротко, Г.Ф. (2003), Физиология человека, Медицина, Москва, 565 с.

4. Конова, Т.А., и Морозов, А.Д. (2006), Онкология и паллиативная помощь, Феникс, Москва, 320 с.

5. Маточкин, A.Г. (1994), Голосовой аппарат, Патент РФ, №2056811, 4 с.

6. Пузин, С.Н. (2007), Обеспечение голосовых услуг. [Электронный ресурс]//http://www.invalidnost.com/publ/sotrudnikam_sluzhby_mseh/obespechenie_invali dov_golosoobrazujushhimi_apparatami/3-1-0-45.

7. Басмаджян, Дж.В., и Де Лука, С.Дж. (2016), "Влияние пола на активность мышц-антагонистов и агентов во время максимальных сокращений колена и лодыжки", Журнал биомедицинской инженерии и технологий, № 1, с. 1-6.

8. Кафедра оториноларингологии (2013), Электроларингофонная речь, Восточная Вирджинская медицинская школа, Получено 14 марта 2013 года, 93 с.

9. Yakity Yak (2011), "Коммуникация после ларингэктомии", Группы поддержки ларингэктомии Южного Восточного побережья (Великобритания), 11 с.

10. Мукановская И.В. и Датсок О.М. (2016), "Моделирование голосового тракта человека",

Materials of the international conference "Tarapovskii read", Kharkov, 57 p.

11. Датсок О.М. и Мукановская И.В. (2016), "Особенности обработки речевых сигналов в искусственном голосовом аппарате". Аннотации XXIV международной научной конференции MicroCAD, НТУ "ХПИ", Харьков, с. 29.

Доклад представил доктор технических наук, профессор ХНУРЭ Аврунин О.Г.

BiCHUK Национального технического университета "ХПИ", 2017, № 21 (1243)

Величко Ольга, кандидат технических наук, доцент. Харьковский национальный университет радиоэлектроники, пр. Науки, 14, Харьков, Украина, 61166 Тел.: (057) 70-21-364, e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0001-9202-8411

Датсок Олесь, кандидат технических наук, доцент. Харьковский национальный университет радиоэлектроники, пр. Науки, 14, Харьков, Украина, 61166 Тел.: (057) 70-21-364, e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0003-4489-3819

Мукановская Ирина, студентка магистратуры.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Проспект Науки, 14, Харьков, Украина, 61166

ORCID ID: 0000-0002-2719-9414

Стаття присвячена дослідженню сигналу в штучному голосовому апараті / Мукановська І.В., Дацок О.М., Величко О.М. // Вісник НТУ "ХПІ". Тематика: Інформатика та моделювання.

Не можете знайти необхідну інформацію? Спробуйте сервіс підбору літератури.

— Харків: НТУ "ХПІ". — 2017. — № 21 (1243). — С. 125 — 134.

У цій статті був продовжений розвиток моделі штучного голосового апарату, що ґрунтується на використанні електроміографічного сигналу поверхневих м’язів. Запропоновано алгоритм для аналізу електроміографічного сигналу м’язів шиї, що дозволяє виявляти моменти переходу між сегментами мови. Проведено аналіз математичних моделей, які найбільш точно описують електроміографічні та мовленнєві сигнали. Наведені результати роботи пропонованого алгоритму. Літ.: 2. Бібліографія: 11 найменувань.

Ключевые слова: искусственный голосовой аппарат; электромиографический сигнал; моменты переходных сегментов.

Метод получения сигнала в искусственном голосовом аппарате / Мукановская И.В., Дацок О.М., Величко О.Н. // Вестник НТУ "ХПИ". Серия: Информатика и моделирование. — Харьков: НТУ "ХПИ". — 2017. — № 21 (1243). — С. 125

В данной работе была усовершенствована модель искусственного голосового аппарата, основанная на использовании электромиографического сигнала из поверхностных мышц шеи. Предложен алгоритм для анализа электромиографического сигнала мышц шеи с целью выявления моментов перехода между сегментами речи. Также рассмотрены математические модели, наиболее точно описывающие электромиографические и речевые сигналы. Приведены результаты работы предложенного алгоритма. Ил.: 2. Библиогр.: 11 наименований.

Основные термины: аппарат искусственного голоса; электромиографический сигнал; голосовой сигнал; переходные фрагменты речи.

Метод получения сигналов в устройстве искусственного голоса / I.V. Mukanovska, O.M. Datsok, O.N. Velychko // Вестник Национального технического университета "ХПИ". Тематический выпуск: Информационные науки и моделирование. — Харьков: НТУ "ХПИ". — 2017. — №. 21 (1243).

The further development of the model of artificial voice apparat, which based on analysis electromyographic signal from neck was made in the arcticle. The algorithm of analysis electromyographic signal of the superficial neck muscles for detections of transitional speech segment had been proposed. The mathematical models, which are the most accurately describe the electromyographic and voice signals were analyzed. Results of proposed algorithm were shown. Figs.: 2. Refs.: 11 titles.

Ключевые слова: искусственный голосовой аппарат; электромиографический сигнал; переходный сегмент речи.

Ларингофон и голосообразующий аппарат

Иногда голосовой аппарат ошибочно называют "ларингофоном". Важно помнить, что ларингофон и голосовой аппарат – это не одно и то же, хотя их действия основаны на схожих принципах.

Голосовой аппарат – это устройство, которое помогает людям, потерявшим голос после удаления гортани, восстанавливать речь. Он располагается на шее или подключается через мундштук к ротовой полости, преобразуя вибрации мышц рта в звуки.

Работа голосообразующего аппарата осуществляется за счет генерации звуковых колебаний в резонирующих полостях рта, которые заменяют колебания голосовых связок. Звуковое поле формируется путем передачи колебаний через область шеи и подбородка. Важно, что можно индивидуально настраивать тембр голоса, чтобы он стал более похожим на мужской или женский. Аппарат иногда называют "электрогортань".

В общем, голосообразующий аппарат представляет собой устройство для воспроизведения речи, которое помогает людям, потерявшим способность производить звуки, вновь говорить.