[發明專利]基頻可變式發聲方法及自適應可變基頻式電子人工喉

在審

• 申請號: 202011491449.4
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112641535A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王立;馬英楠;高星
• 申請（專利權）人: 北京城市系統工程研究中心
• 主分類號: A61F2/20
• 分類號: A61F2/20;A61B5/389
• 代理公司: 杭州新源專利事務所(普通合伙) 33234
• 代理人: 鄭雙根

本發明公開了一種基頻可變式發聲方法及自適應可變基頻式電子人工喉,包括以下步驟：先收集使用者的生理信號并進行分析，獲得該生理信號中的語速信息；再根據語音的語速信息生成基礎正弦信號和語速相關正弦信號；然后將基礎正弦信號和語速相關正弦信號進行頻率調制，得到驅動信號；最后將驅動信號經放大后驅動微型電?力轉換系統工作，生成基頻變化的語音。本發明能夠采集患者的生理信號并分析得到患者的發音語速，然后根據發音語速調節電子人工喉的發聲基頻，從而使語音的基頻產生變化并形成具有聲調信息的電子人工喉語音，有效降低對基頻的調控難度和患者的學習難度。

技術領域

本發明涉及一種電子人工喉，特別是基頻可變式發聲方法及自適應可變基頻式電子人工喉。

背景技術

由于疾病、外傷等原因，許多人不得不接受喉頭切除術，從而導致術后患者的喉部被移除，聲帶受損或缺失，失去了發聲功能。目前對喉頭切除術患者的言語康復手段分為食管語音、食管-氣管語音及電子人工喉語音三種。其中食管語音學習困難，發音短暫不連續，響度較低；食管-氣管語音則需要二次手術，價格昂貴，維護困難，兩者均難以被患者接受。而電子人工喉語音相比前兩者具有發音連貫，聲音洪亮，學習簡單等優點，是目前最流行的言語發聲類康復輔具。

但目前的電子人工喉語音仍存在基頻單一，語音機械，輻射噪聲大等缺點，特別是對于以漢語作為母語的患者而言，由于電子人工喉無法發出具有漢語聲調的語音，使患者通過電子人工喉語音正確表達思想受到了巨大的阻礙，限制了電子人工喉的應用。雖然隨著對電子人工喉的研究，有大量研究提出使用手指壓力、表面肌電、氣流氣壓等生理信號調節電子人工喉的發聲基頻，使語音具有聲調變化，該這種發聲方法都存在基頻調控復雜、學習困難等缺陷，限制了其實際應用。因此，現有的電子人工喉存在語音基頻單一、基頻調控復雜的問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基頻可變式發聲方法及自適應可變基頻式電子人工喉。它能夠根據患者的發音語速調節電子人工喉的發聲基頻，從而使語音基頻產生變化并降低對基頻的調控難度。

本發明的技術方案：基頻可變式發聲方法，包括以下步驟：

①收集使用者的生理信號并進行分析，獲得該生理信號中的語速信息；

②根據語音的語速信息生成基礎正弦信號和語速相關正弦信號；

③將基礎正弦信號和語速相關正弦信號進行頻率調制，得到驅動信號；

④將驅動信號經放大后驅動微型電-力轉換系統工作，生成基頻變化的語音。

前述的基頻可變式發聲方法中，所述步驟①中的生理信號包括使用者的語音信號，通過語音分割算法計算語音信號中前后兩個音的間隔形成語速信息。

前述的基頻可變式發聲方法中，所述步驟①中的生理信號包括使用者兩頰肌肉的表面肌電信號，通過提取表面肌電信號的平均峰值間隔形成語速信息。

前述的基頻可變式發聲方法中，所述步驟②中語速相關正弦信號的頻率為語速的0.5倍，所述基礎正弦信號的頻率為60～80Hz。

前述的基頻可變式發聲方法中，所述步驟③中頻率調制方法具體是將基礎正弦信號的頻率和語速相關正弦信號相乘，生成驅動信號。

實現前述的基頻可變式發聲方法所用的自適應可變基頻式電子人工喉，

包括語音分析系統，用于采集使用者的生理信號，并提取生理信號中的語速信息；

驅動系統，用于分析語速信息中的語速變化，生成驅動信號，并將驅動信號放大后驅動微型電-力轉換系統；

微型電-力轉換系統，用于將驅動信號轉化為機械振動，發出電子人工喉語音。

前述的自適應可變基頻式電子人工喉中，還包括電源模塊和控制開關。