Summary
توضح هذه الدراسة تصنيع نماذج الطيات الصوتية غير اللاصقة وفائقة النعومة من خلال تقديم طريقة محددة لإنشاء طبقات الطيات الصوتية ، وتقديم وصف تفصيلي لإجراءات التصنيع ، وتوصيف خصائص النماذج.
Abstract
تهدف هذه الدراسة إلى تطوير نماذج طيات صوتية فائقة النعومة وغير لزجة للبحث الصوتي. تؤدي عملية التصنيع التقليدية لنماذج الطيات الصوتية القائمة على السيليكون إلى نماذج ذات خصائص غير مرغوب فيها ، مثل مشكلات الالتصاق والتكاثر. نماذج الطيات الصوتية هذه عرضة للشيخوخة السريعة ، مما يؤدي إلى ضعف قابلية المقارنة عبر القياسات المختلفة. في هذه الدراسة ، نقترح تعديلا على عملية التصنيع عن طريق تغيير ترتيب طبقات مادة السيليكون ، مما يؤدي إلى إنتاج نماذج طيات صوتية غير لزجة ومتسقة للغاية. نقارن أيضا نموذجا تم إنتاجه باستخدام هذه الطريقة مع نموذج الطي الصوتي المصنع تقليديا والذي يتأثر سلبا بسطحه اللزج. نقوم بتفصيل عملية التصنيع وتوصيف خصائص النماذج للتطبيقات المحتملة. تظهر نتائج الدراسة فعالية طريقة التصنيع المعدلة ، مما يسلط الضوء على الصفات الفائقة لنماذجنا ذات الطيات الصوتية غير اللزجة. تساهم النتائج في تطوير نماذج طيات صوتية واقعية وموثوقة للبحث والتطبيقات السريرية.
Introduction
تستخدم نماذج الطيات الصوتية لمحاكاة إنتاج الصوت البشري والتحقيق فيه في ظل الظروف العادية والمرضية 1,2. أحد أكبر التحديات في إنشاء نماذج الطيات الصوتية هو تحقيق نعومة ومرونة واقعية تقترب بشكل وثيق من تلك الخاصة بالبشر. لتحقيق هذه الخصائص ، غالبا ما يتم استخدام اللدائن المصنوعة من السيليكون ، والتي يتم تخفيفها بكميات عالية من زيت السيليكون لتحقيق وحدات المرونة المقابلة 3,4. عامل حاسم آخر في إنشاء نماذج طيات صوتية واقعية هو الطبقات ، حيث تتكون الطيات الصوتية من طبقات متعددة ذات نعومة متفاوتة ، والتي تحدد نمط الاهتزاز الناجم عن التدفق والتردد الذي يكون فيه الاهتزاز ممكنا.
في هذه الدراسة ، أنشأنا نموذجا نموذجيا للطية الصوتية. استخدمنا الهندسة الشائعة التي قدمها Scherer5 ، والتي تمثل أبعادا نموذجية للطيات الصوتية للذكور بطول 17 مم وفقا ل Zhang6 وتتكون من ثلاث طبقات: طبقة واحدة للعضلة الصوتية (طبقة الجسم) ، وواحدة للطبقة المخاطية بأكملها (طبقة الغطاء) ، وواحدة للظهارة. يمكن رؤية هذا الهيكل في عرض المقطع العرضي الإكليلي في الشكل 1.
الشكل 1: المقطع العرضي الإكليلي لوحدات الحنجرة. مقطع عرضي إكليلي لوحدات الحنجرة يوضح أوسع عرض للطيات الصوتية (8.5 مم). تتكون كل طية صوتية من طبقة جسم وطبقة غطاء وطبقة ظهارة. تم تعديل هذا الرقم من13. مستنسخة من Häsner، P.، Prescher، A.، Birkholz، P. تأثير جدران القصبة الهوائية المتموجة على ضغط بداية التذبذب للطيات الصوتية السيليكونية. J Acoust Soc Am.149 (1) ، 466-475 (2021) بإذن من الجمعية الصوتية الأمريكية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تستخدم المنشورات الأخرى جزئيا طبقة واحدة فقط7 ، طبقتين بدون طبقة ظهارة2 أو نموذج الغشاء المخاطي بطبقات متعددة3. عادة ، يتم صب الطبقات من الداخل إلى الخارج ، أي بدءا من أعمق طبقة. يتم صب الظهارة ، وهي رقيقة جدا بسمك 30 ميكرومتر ، في النهاية على كامل الجسم لتغليفها بجلد قوي8.
طبقة الغطاء في النموذج هي الجزء الأكثر نعومة ، مع معامل يونغ حوالي 1.1 كيلو باسكال9. بالنسبة لطبقة الجسم ، فإن معامل يونغ التقريبي في الاتجاه العرضي باستخدام القياسات في المختبر 10 هو 2 كيلو باسكال. في الجسم الحي ، قد يكون معامل يونغ للعضلة الدرقية أعلى بسبب وجود الألياف في الاتجاه الطولي وكذلك الشد المحتمل للعضلة. لتحقيق معامل Young المنخفض للغاية ، من الضروري إضافة كمية عالية من زيت السيليكون إلى خليط السيليكون (حوالي 72٪). ومع ذلك ، تنصح الشركة المصنعة بشدة بعدم استخدام نسبة زيت أكبر من 5٪. بشكل عام ، تهدف إضافة زيت السيليكون إلى المطاط الصناعي إلى زيادة التدفق ووقت التنقيط ، وكذلك تقليل انكماش بوليمر السيليكون المعالج. يساعد السيليكون على العلاج بشكل أكثر اتساقا ، وبالتالي تقليل الضغط في المادة. والغرض منه هو تحسين قابلية وخصائص المواد المعالجة ، بدلا من زيادة نعومتها ، على الرغم من أن هذا أيضا نتيجة. وذلك لأن زيت السيليكون خامل كيميائيا ، مما يعني أنه لا يمكنه بلمرة نفسه ولا يتم دمجه في شبكة بوليمر السيليكون11. بدلا من ذلك ، يبقى كطور سائل في مصفوفة البوليمر ، مما يضعف بنية البوليمر عند مستويات أعلى ويحتمل أن يتسبب في ذوبانه من المادة المعالجة والالتصاق بالسطح. نتيجة لذلك ، من الممكن حدوث خصائص سلبية أخرى مثل اضطرابات العلاج ، والفلكنة غير المتكافئة ، والانكماش الكيميائي ، والهشاشة. تم فحص نماذج الطيات الصوتية ذات المحتويات العالية من زيت السيليكون فيما يتعلق بالشيخوخة والتكاثر ، ووجد أن هناك تباينا كبيرا في خصائص النماذج المختلفة وتغييرا في خصائصها بمرور الوقت11.
عند إنتاج نماذج الطيات الصوتية بالطريقة التقليدية 7,12 ، يمكن أن يكون التصاق الطبقة الظهارية مشكلة لأنه يمكن أن يؤثر على تجانس الاهتزاز ويؤدي إلى تمزق الظهارة. على الرغم من أن السيليكون المستخدم في صنع الظهارة غير مخفف ، إلا أنه يمكن افتراض أن الزيت الذي يتسرب من طبقة الغشاء المخاطي المجاورة له تأثيرات مماثلة على السيليكون كما لو كان مخففا. تمت معالجة مشكلة الالتصاق بإضافة مساحيق مختلفة مثل التلك أو مسحوق الكربون كطبقة وسيطة بين الغشاء المخاطي والطبقة الظهارية12. قد يكون هذا النهج ناجحا لأن المسحوق تم امتصاص الزيت جزئيا ، ونتيجة لذلك ، يمكن تقليل التصاق السطح الظهاري.
في هذا المنشور ، نظهر أنه يمكن التحايل على مشكلة الالتصاق من خلال تعديل طفيف لعملية تصنيع الطيات الصوتية. من خلال تغيير ترتيب الطبقات والبدء بالسيليكون الظهاري غير المخفف (ما يسمى بالسيليكون المغلق) ، يمكن إنتاج نماذج طيات صوتية فائقة النعومة غير لاصقة. يتضمن هذا التغيير أنواعا غير عادية من القوالب والأساليب التي يتم تقديمها وشرحها بشكل أفضل في شكل فيديو. في هذه الورقة ، نصف عملية التصنيع لدينا بالتفصيل ونوضح كيف يمكن تمييز خصائص نماذج الطيات الصوتية في التطبيق.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تصميم نماذج الطيات الصوتية والطباعة 3D للأجزاء
- قم بإنشاء تمثيل متعدد الطبقات لهندسة M5 الشائعة للطيات الصوتية المصنوعة من السيليكون باستخدام مواد سيليكون ناعمة مختلفة. تصميم الأجزاء الفردية باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). تحقق من ملف الترميز التكميلي 1 ، ملف الترميز التكميلي 2 ، ملف الترميز التكميلي 3 ، ملف الترميز التكميلي 4 ، ملف الترميز التكميلي 5 ، ملف الترميز التكميلي 6 ، ملف الترميز التكميلي 7 ، ملف الترميز التكميلي 8 للحصول على التفاصيل. تتم تسمية الملفات وفقا لوظيفتها في النموذج وتعمل كأساس للخطوات اللاحقة.
- تجميع وتنظيم الملفات اللازمة لكل خطوة في الخطوة 2. راجع قائمة الأجزاء المطلوبة وكمياتها في الشكل التكميلي 1. انظر تصويرا تخطيطيا لتجميع القوالب في الشكل التكميلي 2.
- قم بتحميل ملفات STL في برنامج طباعة ثلاثي الأبعاد لإنشاء ملفات G-code التي يمكن قراءتها بواسطة الطابعة ثلاثية الأبعاد.
- قم بإعداد المواد (انظر جدول المواد) للطباعة ثلاثية الأبعاد.
- بالنسبة لملف الترميز التكميلي 2 وملف الترميز التكميلي 5 ، استخدم مادة تسبب خطوط طبقة أقل وضوحا ، مثل حمض اللبنيك (PLA +) أو الكمبيوتر الشخصي.
- بالنسبة لملف الترميز التكميلي 1 ، استخدم مادة أكثر صلابة مثل Tough PLA أو Polyethylene terephthalate glycol (PETG) نظرا لقابليتها لضغوط الانحناء. لا تنطبق أي قيود أخرى على اختيار مواد الطباعة على الأجزاء المتبقية.
- اضبط إعدادات برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد للطابعة ثلاثية الأبعاد المحددة المقابلة.
- بالنسبة لملف الترميز التكميلي 2 وملف الترميز التكميلي 5، اضبط أقصى ارتفاع للطبقة يبلغ 0.1 مم.
- بالنسبة لملف الترميز التكميلي 1 ، اضبط قيمة التعبئة على 100٪ ونمط الطباعة على ZigZag لتحقيق استقرار أفضل. أيضا ، اضبط فئة التصاق لوحة البناء على التنورة بدلا من الحافة ، لأن هندسة الأجزاء ستجعل إزالة الحافة أكثر صعوبة.
- بالنسبة للأجزاء الأخرى ، استخدم الإعدادات الافتراضية وارتفاعات الطبقة 0.2 مم.
- طباعة الأجزاء المذكورة على طابعة 3D. نظف الأجزاء وأزل أي مواد زائدة مثل الحافة أو أخطاء الطباعة. قم بتنعيم الأسطح الملامسة الداخلية بورق الصنفرة (مساو أو أدق من P1000 الموصى به).
2. تصنيع نماذج الطيات الصوتية
- اجمع الأجزاء والمواد التالية لإنشاء طبقة الجسم: الطي الصوتي الإيجابي (2x) ، والغطاء vocalis_mold ، والجزء الرئيسي vocalis_mold ، والهيكل vocalis_mold ، والسيليكون الأساسي ، وعامل التحرير ، والأرق (انظر جدول المواد للحصول على التفاصيل).
- ضع بعض عوامل التحرير على الأسطح الداخلية لجميع أجزاء القالب.
- قم بتجميع الجزء الرئيسي وغطاء القالب فوق الموجب وضع عبوة القالب في الوعاء المخصص. قم بتصحيح محاذاة جزأين من القالب إذا لزم الأمر. تأكد من وجود فتحة في الموجب لصب وجوه السيليكون لأعلى ، وأن القالب له قاعدة ثابتة على سطح مستو.
- قم بإنشاء مزيج من السيليكون الأساسي مع ثلاثة أجزاء من الأرق (1: 1: 3) ، وابدأ بدمج المكون A مع الأرق ، ثم أضف المكون B. امزج المكونات جيدا. كمية إجمالية قدرها 6 غرام من خليط السيليكون كافية لصب طبقة الجسم من نصفين من الطيات الصوتية.
- قم بتفريغ خليط السيليكون في غرفة مفرغة بضغط فرعي لا يقل عن -1 بار لمنع فقاعات الهواء من التكون في جسم السيليكون المعالج.
- صب بعناية خليط السيليكون المفرغ من الهواء في تجويف القالب حتى يبدو ممتلئا. املأ المناطق المحيطة بوعاء القالب لمنع خليط السيليكون الرقيق جدا من الغرق عبر مفاصل القالب. تحقق من مستوى السيليكون أثناء وقت التنقيط وأضف المزيد إذا لزم الأمر. وقت التنقيط لهذا الخليط ما بين 1-2 ساعة.
- بعد وقت المعالجة حوالي 1 يوم ، ولكن على الأقل 8 ساعات ، قم بإزالة القالب ، بما في ذلك الإيجابية ، من الوعاء. قم بإزالة السيليكون بين القالب والوعاء قبل فتح القالب.
- عند فتح القالب ، قم أولا بإزالة الغطاء بعناية بدءا من الجزء الخلفي من الموجب. ثم قم بإزالة الجسم الرئيسي للقالب. قم بإزالة أي سيليكون زائد بعناية باستخدام مشرط أو قاطع جانبي.
- قم بإعداد الأجزاء musosa_mold الخلفية والجزء الرئيسي musosa_mold و musosa_mold الهيكل ، بالإضافة إلى السيليكون الثانوي وعامل الإطلاق لإنتاج طبقة الظهارة. (انظر جدول المواد).
ملاحظة: يمكن إكمال الخطوتين 2.1 و 2.2 (طبقة الجسم والظهارة) في وقت واحد.- قم بتجميع جزأين من القالب ووضعهما في الهيكل. قم بإعداد الجزء الداخلي من القالب ببعض عوامل التحرير ، مع التأكد من أن الجدران الداخلية مطلية وفقا لتعليمات الاستخدام الخاصة بعامل التحرير المعني. اترك المكون يجف في الهواء لفترة وجيزة قبل المتابعة.
- امزج دفعة من السيليكون الثانوي دون استخدام أرق (1: 1: 0). إذا تم إدخال فقاعات هواء في خليط السيليكون أثناء الخلط ، فقم بإزالة الغازات من الخليط كما في الخطوة 2.1.4.
ملاحظة: كن على دراية بوقت التنقيط القصير لهذا الخليط ، وهو حوالي 15 دقيقة. - صب بعض الخليط في القالب وقم بتدويره (مع ترك القالب في الهيكل) حتى يتم طلاء جميع الأسطح الداخلية بالسيليكون.
- اقلب القالب واترك السيليكون الزائد يستنزف. قم بتأمين القالب في هذا الوضع فوق شبكة أو شبكة أو بزاوية تسمح بمزيد من تصريف السيليكون.
- منع تشكيل الأجزاء المتدلية في السيليكون أثناء عملية المعالجة عن طريق تنعيمها بانتظام ، خاصة في المنطقة التي توجد بها القناة الهوائية.
ملاحظة: يمكن أيضا إزالتها بعناية لاحقا باستخدام كماشة.
- التحضير لإنتاج الطبقة الوسيطة الغشاء المخاطي عن طريق تحضير الإيجابية مع طبقة السيليكون vocalis من الخطوة 2.1 ، والقالب المحضر بطبقة الظهارة من الخطوة 2.2 ، والسيليكون والأرق كما هو مدرج في جدول المواد.
- قم بإنشاء مزيج من السيليكون الأساسي مع خمسة أجزاء من الأرق (1: 1: 5) ، وابدأ بدمج المكون A مع الأرق ، ثم أضف المكون B. امزج المكونات جيدا. كمية إجمالية قدرها 4 غرام من خليط السيليكون كافية.
- قم بتفريغ خليط السيليكون في غرفة مفرغة كما في الخطوة 2.1.4.
- املأ جزءا من خليط السيليكون في قالب الغشاء المخاطي بالسيليكون الظهاري المحضر. قم بإمالة القالب حتى يتم تغطية جميع الأسطح الداخلية للسيليكون الظهاري بطبقة رقيقة من الزيت لتسهيل إدخال الموجب.
ملاحظة: اختياري: نظرا لارتفاع نسبة المادة المخففة ، فإن الخليط له وقت تنقيط طويل لعدة ساعات يمكن أن يتقلص خلالها الخليط من خلال التبخر. لذلك ، انتظر حوالي 2-3 ساعات قبل متابعة الخطوات التالية. - أدخل بعناية الإيجابية مع الجسم الصوتي في القالب. قم بتأمين الموجب في القالب ، على سبيل المثال باستخدام مشبك ، إذا كان الموجب يطفو على السيليكون. اعتمادا على كمية السيليكون المضافة مسبقا ، قد يهرب عند نقاط التعبئة.
- املأ القالب بنفس طريقة صب طبقة الصوت وقم بتعبئتها وفقا لذلك إذا غرقت المادة.
- انتظر 24 ساعة بعد انتهاء وقت التنقيط حتى يعالج السيليكون تماما.
- بعد 24 ساعة ، أخرج الجسم من القالب. أولا ، قم بإزالة القالب من القشرة. ثم ، بدءا من القسم الخلفي ، افتح القالب وقم بإزالة الجزء الرئيسي من القالب أيضا.
- قم بإزالة أي سيليكون زائد بعناية ، واغسل السطح واترك الجسم يجف.
- قم بتركيب نصفي الطيات الصوتية في المواقع المحددة في وحدة القياس والتجميع في ملف الترميز التكميلي 8. تم تصميم الاتصال لاثنين من مسامير M3 وصواميل مربعة M3 (DIN 562) ، لكنها ليست إلزامية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم دمج نموذج الطي الصوتي المصنع في إعداد القياس الموضح في الشكل التكميلي 3 في موضع الطيات الصوتية. يشتمل الإعداد ، المفصل على نطاق واسع في المنشور السابق13 ، على مصدر تدفق هواء متعدد المراحل يمكن التحكم فيه يحفز نماذج الطيات الصوتية على التذبذب ، إلى جانب مجموعة من أدوات القياس التي تسجل البيانات مثل ضغط الصوت والضغط الساكن في مواضع محددة وسرعة الحجم. بالنسبة للقياسات ، زاد تدفق الهواء تدريجيا حتى بدأ نموذج الطي الصوتي في التذبذب. بعد ذلك ، تم رفع ضغط الهواء بمقدار 200 باسكال فوق ضغط البداية لتحقيق تذبذب مستقر وقوي. تمت إضافة كاميرا إضافية عالية السرعة ووضعها فوق نموذج المسالك الصوتية ، حيث التقطت حركات تذبذب الطيات الصوتية بمعدل إطارات أقصى يبلغ 2304 إطارا في الثانية.
مصباح مدمج داخل الرئة ينبعث منه الضوء من خلال القناة تحت المزمار ، مما يتسبب في ظهور المزمار باللون الأبيض. يصور الشكل 2 سلسلتين من صور التذبذب ، تتكون كل منهما من ستة إطارات ، توضح دورة إغلاق وفتح وإغلاق نموذجية. يعرض الصف العلوي (الشكل 2 أ) تذبذب الطيات الصوتية المصنعة باستخدام الطريقة المقدمة ، بينما يوضح الصف السفلي (الشكل 2 ب) مثالا متطرفا لنموذج الطي الصوتي التقليدي ، الذي تم إنشاؤه أثناء العمل الأولي13 ، غير قادر على توليد تذبذب مستقر بسبب سطحه اللزج. بالنسبة للأخير ، يؤدي الالتصاق السطحي إلى فتح المزمار عند النهايات الأمامية والخلفية أولا ، ويفتح الجزء المركزي لاحقا. سطح النموذج تالف بالفعل بشكل طفيف عند نقطة محددة بسبب الالتصاق.
الشكل 2: تسلسل الإطارات الفردية التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا عالية السرعة. تسلسل الإطارات الفردية التي تم التقاطها بواسطة الكاميرا عالية السرعة ، والتي تعرض دورة قريبة ومفتوحة ومغلقة من اهتزاز الطيات الصوتية. (أ) الطيات الصوتية المصنعة بالطريقة المقدمة. (ب) اهتزاز نموذج الطي الصوتي التقليدي بسطح لزج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يوضح الشكل 3 والشكل 4 وظائف الوقت لمنطقة المزمار للنموذج المقترح والنموذج التقليدي (اللزج) ، على التوالي. تم حساب الشكل الموجي للمنطقة (الجزء الأيسر في كل شكل من الأشكال) باستخدام برنامج GlottalImageExplorer14 من تسلسلات الصور المتاحة. توضح الأجزاء اليمنى من الأشكال أطياف حجم الدوال الزمنية للإشارة إلى درجة دوريتها. تم استخراج التردد الأساسي من وظائف الوقت باستخدام برنامج Praat15. يتضح من الشكل 3 أن نموذج الطي الصوتي المقترح يظهر تذبذبا مستقرا خلال المدة المحددة ، مما يتيح الحساب الدقيق للتردد الأساسي. في المقابل ، يعرض الشكل 4 دالة منطقة مزمار غير نمطية وفوضوية مع الحد الأدنى والحد الأقصى غير المتسقين ، إلى جانب القطع الأثرية المختلفة. يصبح استخراج التردد الأساسي صعبا أو حتى غير ممكن في هذا السيناريو.
الشكل 3: الشكل الموجي للمنطقة لنموذج الطي الصوتي المصنع باستخدام الطريقة المقدمة. تمثيل الشكل الموجي للمنطقة التي تم الحصول عليها من بيانات صورة الكاميرا عالية السرعة باستخدام (A) GlottalImageExplorer ، وكذلك (B) طيف الحجم المشتق لنموذج الطي الصوتي المصنع باستخدام الطريقة المقدمة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: الشكل الموجي للمنطقة لنموذج الطي الصوتي ذو السطح اللزج. تمثيل الشكل الموجي للمنطقة الذي تم الحصول عليه من بيانات صورة الكاميرا عالية السرعة باستخدام (A) GlottalImageExplorer ، وكذلك (B) طيف الحجم باستخدام نموذج الطي الصوتي التقليدي مع سطح لزج. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل التكميلي 1: قائمة المكونات الأساسية لتصنيع نصف الطي الصوتي. قائمة المكونات الأساسية لتصنيع نصف طية صوتية. 1 - هياكل الدعم لنصف طية صوتية واحدة ، 2a-c - مكونات القالب لصياغة طبقة الجسم ، 3a-c - مكونات القالب لصياغة طبقة الغطاء ، 4 - هياكل الدعم للتثبيت. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 2: تصوير تخطيطي لتجميع القالب. تصوير تخطيطي لتجميع القالب. اليسار - قالب لإنشاء طبقة الجسم ، اليمين - قالب لإنشاء طبقة الغطاء. تتوافق الملصقات مع قائمة الأجزاء في الشكل التكميلي 1. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 3: الإعداد الكامل لنظام القياس. الإعداد الكامل لنظام القياس. تم تعديل هذا الرقم من13. مستنسخة من Häsner، P.، Prescher، A.، Birkholz، P. تأثير جدران القصبة الهوائية المتموجة على ضغط بداية التذبذب للطيات الصوتية السيليكونية. J Acoust Soc Am.149 (1) ، 466-475 (2021) بإذن من الجمعية الصوتية الأمريكية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 1: هياكل الدعم لنصف طية صوتية واحدة. هذا هو الملف لإنتاج الطيات الصوتية الإيجابية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 2: مكون القالب 1 لصياغة طبقة الجسم. هذا هو الملف لإنتاج vocalis_mold الجزء الرئيسي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 3: مكون القالب 2 لصياغة طبقة الجسم. هذا هو الملف لإنتاج vocalis_mold cap. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 4: هيكل القالب لصياغة طبقة الجسم لتجنب تسرب السيليكون. هذا هو الملف لإنتاج vocalis_mold الهيكل. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 5: مكون القالب 1 لصياغة طبقة الغطاء. هذا هو الملف لإنتاج الجزء الرئيسي mucosa_mold. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 6: مكون القالب 2 لصياغة طبقة الغطاء. هذا هو الملف لإنتاج mucosa_mold-back. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 7: هيكل القالب لصياغة طبقة الغطاء لتجنب تسرب السيليكون. هذا هو الملف لإنتاج mucosa_mold الهيكل. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
ملف الترميز التكميلي 8: هياكل الدعم لربط نصفي الطيات الصوتية. هذا هو الملف لإنتاج محول قياس الضغط الصنبور. هياكل الدعم لربط نصفي الطيات الصوتية بما في ذلك صنبور قياس الضغط. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تتضمن عملية التصنيع المعروضة هنا خطوات حاسمة تؤثر بشكل كبير على نجاحها. أولا ، تجدر الإشارة إلى أن عملية التصنيع المقدمة لا تحل مشكلة تشبع الزيت في مادة جسم الطي الصوتي ولكنها تتحايل على بعض الآثار الجانبية السلبية. ولا يزال انبعاث الغازات وما يرتبط به من انكماش وتموج سطحي قائما، وإن كان بدرجة أقل. قد يتضمن حل هذه المشكلات استخدام سيليكون فائق النعومة أو مادة بديلة تجمع بين معامل مرونة الطيات الصوتية الحقيقية مع بنية بوليمر مستقرة ومتينة. غير أن عدم وجود مثل هذه المواد يؤكد القيود المستمرة في التوصل إلى حل شامل لهذه المسائل.
تعد عملية التصنيع أكثر تعقيدا إلى حد ما من طرق التصنيع التقليدية لنماذج الطيات الصوتية التي تتكون من نصفين ، لأنها تتضمن المزيد من المكونات ، ولا ينطبق نهج التجميع المعتاد من الداخل إلى الخارج هنا. تشمل المزايا المتأصلة الحماية المتكاملة من الفائض ، والتي تسهل العمل مع السيليكون المخفف للغاية ، والقدرة على مراقبة مستوى التعبئة وتكوين الفقاعات المحتمل والتفاعل معه بشكل أفضل أثناء عملية المعالجة. هذا مفيد عندما تهدف إلى تقليل الاختلافات التي يسببها التصنيع في خصائص النماذج في سلسلة صغيرة يتم إنتاجها بنفس مخاليط السيليكون. علاوة على ذلك ، فإنه يقلل من معدل الرفض.
بالمقارنة مع نمذجة الطيات الصوتية التقليدية ، توفر التقنية المقدمة مزايا مميزة. مع تسجيلات الفيديو لمنطقة المزمار أثناء التذبذب ، ثبت أنه يمكن تقليل التصاق سطح الطي الصوتي. نتيجة لذلك ، يمكن إنشاء تذبذبات مستقرة ناتجة عن التدفق ، ويمكن الحصول على بيانات شكل موجي نظيفة وخالية من القطع الأثرية من الصور دون الحاجة إلى مساعدات مثل بودرة التلك أو الغسل قبل القياس. في حين أن النموذج التقليدي المقدم (كمرجع) هو مثال متطرف ، إلا أن الالتصاق يمثل مشكلة للقياسات وخطرا على طبقة الظهارة الرقيقة الهشة. يمكن للحل الهندسي المقدم التحايل على هذه المشكلة ويساهم في الحصول على نتائج أكثر موثوقية وقابلة للتكرار.
بالنظر إلى المستقبل ، فإن عملية التصنيع المعدلة تبشر بالخير لتطبيقات متنوعة. إن ملاءمة هذه التقنية لإنتاج روبوتات بشرية أو أجهزة كلام ذات مسارات صوتية شبيهة بالإنسان16 تفتح سبلا للتقدم في الذكاء الاصطناعي والروبوتات. علاوة على ذلك ، فإن تطبيقه في البحوث الأساسية حول توليد الكلام وإنتاج الصوت 6,17 يدل على مساهمته المحتملة في المجتمع العلمي الأوسع.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة معروفة أو علاقات شخصية يمكن أن يبدو أنها تؤثر على العمل المذكور في هذه الورقة.
Acknowledgments
تم دعم هذا المشروع من قبل مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) ، المنحة رقم. BI 1639 / 9-1.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Printer | ULTIMAKER | Type S5 | |
| 3D Printing software | ULTIMAKER CURA | Version 5.2.2 | |
| CAD Software | Autodesk Inventor | Version 2023 | |
| High Speed Camera | XIMEA GmbH | MQ013CG-ON | |
| PLA+ 3D Printer Material | eSun | none | white |
| Primary silicone | KauPo Plankenhorn | 09301-005-000041 | EcoFlex 00-30 |
| Release Agent | KauPo Plankenhorn | 09291-006-000001 | UTS Universal |
| Secondary silicone | KauPo Plankenhorn | 09301-005-000181 | DragonSkin NV10 |
| Silicone Thinner | KauPo Plankenhorn | 09301-010-000002 | |
| Tougth PLA 3D Printer Material | BASF | black |
References
- Drechsel, J. S., Thomson, S. L. Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model. J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).
- Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T. Validating Stereo-endoscopy with a synthetic vocal fold model. Acta Acustica United with Acustica. 102 (4), 745-751 (2016).
- Murray, P. R., Thomson, S. L. Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication. J Vis Exp. (58), e3498 (2011).
- Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. Determination of superior surface strains and stresses, and vocal fold contact pressure in a synthetic larynx model using digital image correlation. J Acoust Soc Am. 123 (2), 1089-1103 (2008).
- Scherer, R. C., et al. Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees. J Acoust Soc Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).
- Zhang, Z. Mechanics of human voice production and control. J Acoust Soc Am. 140 (4), 2614-2635 (2016).
- Birkholz, P., Wang, L. Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , TUD Press. Dresden, Germany. 58-66 (2017).
- Murray, P. R. Flow-induced responses of normal, bowed, and augmented synthetic vocal fold models. , Brigham Young University. (2011).
- Alipour, F., Vigmostad, S. Measurement of vocal folds elastic properties for continuum modeling. J Voice. 26 (6), e21-29 (2012).
- Chhetri, D. K., Zhang, Z., Neubauer, J. Measurement of young's modulus of vocal folds by indentation. J Voice. 25 (1), 1-7 (2011).
- Häsner, P., Birkholz, P. Reproducibility and aging of different silicone vocal folds models. J Voice. , (2023).
- Gabriel, F., Häsner, P., Dohmen, E., Borin, D., Birkholz, P. Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , TUD Press. Dresden, Germnay. 221-230 (2019).
- Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds. J Acoust Soc Am. 149 (1), 466-475 (2021).
- Birkholz, P. Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , TUD Press. Dresden, Germany. (2016).
- Boersma, P., Weenink, D. Praat, a system for doing phonetics by computer. Glot. Int. 5, 341-345 (2001).
- Fukui, K., Shintaku, E., Honda, M., Takanishi, A. Mechanical vocal cord model for anthropomorphic talking robot based on human biomechanical structure. Trans Japan Soc Mech Eng Ser C. 73 (734), 2750-2756 (2007).
- Syndergaard, K. L., Dushku, S., Thomson, S. L. Electrically conductive synthetic vocal fold replicas for voice production research. J Acoust Soc Am. 142 (1), 63 (2017).
