基于頸帶肌電信號(hào)的電子人工喉的控制研究.pdf

1、電子人工喉憑借其易學(xué)易掌握、無需發(fā)音重建手術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有的語音代償類工具中得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國約有137萬患者，由于喉癌、喉外傷等原因造成發(fā)聲功能喪失，并且喉癌患者的新增數(shù)量逐年提高，故對電子人工喉的需求量越來越大、性能要求也越來越高。目前電子人工喉存在以下幾項(xiàng)缺點(diǎn)：電子喉發(fā)出的聲音頻率單一；缺乏自然的音調(diào)變化，且需要手動(dòng)控制。近些年來，基于生物電信號(hào)的人機(jī)接口技術(shù)不斷改進(jìn)與快速發(fā)展，使得將與發(fā)聲有關(guān)的肌肉（頸帶?。┘‰娦盘?hào)應(yīng)

2、用于電子人工喉的參數(shù)調(diào)控成為可能。這樣做的目的，一方面在于使用者可因此減少采用手動(dòng)方式來調(diào)節(jié)聲音大小、音調(diào)高低，使電子人工喉發(fā)出的聲音更為自然，接近人聲；另一方面為具有便攜性的可穿戴電子喉設(shè)備提供了一種方法。因此，肌電信號(hào)對電子人工喉振動(dòng)控制機(jī)理的研究有著非常廣泛的實(shí)用價(jià)值。
　　本文首先對現(xiàn)有人工喉的控制方法進(jìn)行介紹，對現(xiàn)有人工喉優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比，闡述了國內(nèi)外電子人工喉的肌電控制方法發(fā)展近況。目前，電子人工喉的主要缺點(diǎn)是對電子喉發(fā)

3、聲時(shí)間、聲強(qiáng)、聲調(diào)三方面的調(diào)控不夠精確。而發(fā)聲時(shí)間、聲強(qiáng)、聲調(diào)三方面的控制分別對應(yīng)電子人工喉開關(guān)、PWM占空比和PWM頻率的實(shí)時(shí)控制。為實(shí)現(xiàn)對電子喉開關(guān)、PWM占空比和PWM頻率三者的準(zhǔn)確調(diào)控，主要進(jìn)行了以下的研究工作：
　　分析了表面肌電信號(hào)的產(chǎn)生原理，對電子喉語音信號(hào)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究，并對肌電信號(hào)檢測方法、時(shí)域分析和頻域分析方法進(jìn)行了深入研究，為肌電特征分析和肌電式-電子喉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中肌電信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備；通過語音信

4、號(hào)的基本特征分析，對基頻的估算進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
　　搭建了肌電式-電子喉的信號(hào)檢測系統(tǒng)，為分析建立sEMG調(diào)控模型以及應(yīng)用試驗(yàn)提供基礎(chǔ)。該系統(tǒng)硬件主要包括肌電信號(hào)放大與濾波電路、語音信號(hào)采集與放大電路、電子喉控制電路、信號(hào)采集卡。該系統(tǒng)上位機(jī)軟件是基于LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其主要功能是對整個(gè)采集系統(tǒng)進(jìn)行操作控制，實(shí)現(xiàn)多通道sEMG的接收、處理、保存以及實(shí)時(shí)顯示和語音信號(hào)的保存。
　　最后，通過進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，找出sEMG與