35、高强度聚焦超声与人类发声的模拟研究

高强度聚焦超声与人类发声的模拟研究

在声学与生物医学交叉的研究领域中，高强度聚焦超声以及人类发声的模拟研究具有重要意义。下面将详细介绍这两方面的相关内容。

1. 高强度聚焦超声

在高强度聚焦超声的研究中，涉及到电磁脉冲源焦点区域声压级的测量与模拟。首先需要对磁场进行拉格朗日公式化处理，同时考虑铝膜的几何非线性以及非线性电磁力项。之后进行非线性波传播计算，在第二次运行时，利用第一次模拟步骤中获得的换能器附近计算压力，完全求解库兹涅佐夫非线性波动方程。通过对比测量和模拟的焦点区域压力信号发现，模拟压力脉冲开始时的色散以及下降斜率与测量值存在差异，这表明为了获得更精确的计算机模拟结果，需要进一步减小网格尺寸和时间步长。

2. 人类发声

人类的声音是言语交流的基础，主要信号由喉部内相对振荡的声带产生。整个发声过程是流体力学、固体力学和声学的复杂相互作用。

2.1 发声过程

健康发声时，声带先紧张起来，封闭喉部。随着肺部压缩，空气压力升高，导致声门下和声门上区域之间产生压力梯度，气流通过气管流向声带，迫使声带打开。气流使声门下和声门上压力达到平衡，进而降低气流速度，使声带再次闭合，如此循环，形成脉动射流。这种脉动射流与声带振动和声门上的空气涡流共同构成了可感知的声学声源。成年女性的基频范围在165 - 255 Hz，成年男性则在85 - 155 Hz。

2.2 喉部结构

喉部是呼吸系统的一部分，位于颈部，长约5 cm。它不仅负责发声，还连接气管和咽，是空气进入肺部的通道，吞咽时会厌像盖子一样保护喉部免受食物颗粒的侵害。喉部结构类似于中间有狭窄部分（声门）的简单管子，声门的形状由相