Numerical production of vowels and diphthongs using finite element methods
Marc Arnela Coll · TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) · 2015
Recentment, les simulacions tridimensionals per ordinador han esdevingut bastant populars per modelar l’acustica del tracte vocal. Aquestes son capaces de superar algunes de les limitacions classiques de les tecniques unidimensionals i permeten incloure tots els detalls de la geometria del tracte vocal, millorant d’aquesta manera la qualitat dels sons generats. El metode dels elements finits (FEM) es probablement l’aproximacio mes indicada per resoldre les equacions subjacents de la veu. En la primera part de la tesi s’aborda el problema de generacio de vocals. S’utilitza FEM per resoldre l’equacio d’ones per a la pressio acustica, la qual es combina amb una capa perfectament adaptada (PML) per tal de considerar condicions de radiacio en camp lliure. Aixo permet la simulacio d’ones acustiques propagant-se a traves del tracte vocal i emanant de l’obertura de la boca. L’aproximacio FEM proposada es valida despres mitjancant experiments realitzats en repliques simplificades del tracte vocal. A continuacio s’adapta el metode de la funcio de transferencia entre dos microfons per tal de calcular impedancies del tracte vocal. Aquest s’utilitza a posteriori per a analitzar els efectes de radiacio en vocals que comporten simplificacions del cap huma. Finalment, es proposa realitzar simulacions en dues dimensions (2D) basades en un proces d’ajust que permet a tractes vocals 2D imitar en gran mesura l’acustica de tractes vocals 3D, aconseguint un molt bon balanc entre cost computacional i qualitat de la veu. En la segona part de la tesi es generen diftongs. Per a aquesta finalitat es desenvolupa un esquema estabilitzat d’elements finits que resol l’equacio d’ones en forma mixta expressada en un marc Lagrangia-Euleria Arbitrari (ALE). Es produeixen diftongs tant usant tractes vocals mobils 3D com ara tractes vocals 2D. L’enfocament proposat per a vocals i diftongs permet no nomes visualitzar ones propagant-se a traves del tracte vocal sino tambe escoltar-ne els corresponents sons generats.