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000059935 1001_ $$0P:(DE-82)005026$$aKob, Malte$$b0$$eAuthor
000059935 245__ $$aPhysical modeling of the singing voice$$cvorgelegt von Malte Kob$$honline, print
000059935 260__ $$aAachen$$bPublikationsserver der RWTH Aachen University$$c2002
000059935 300__ $$aVII, 154 S. : Ill., graph. Darst.
000059935 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd
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000059935 502__ $$aAachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002$$gFak06$$o2002-06-18
000059935 5203_ $$aDiese Arbeit beschreibt die physikalische Modellierung der für die Erzeugung der Singstimme relevanten Stimmorgane sowie Messverfahren zur Bestimmung akustischer Eigenschaften der Stimme. Nach einer Einführung in die Charakteristika des Stimmsignals wird ein überblick über bestehende Modellierungsansätze zur Beschreibung der wichtigsten Stimmfunktionskomponenten gegeben sowie jeweils eine Anpassung und Erweiterung geeigneter Algorithmen für die Modellierung der Singstimme vorgenommen. Die Modellierung der Stimmlippenbewegung erfolgt mit einem dreidimensionalen, symmetrischen Mehrmassenmodell, das sowohl für die Nachbildung verschiedener Stimmregister als auch zur Simulation von sängertypischen Stimmerkrankungen geeignet ist. Für die Modellierung der Schallausbreitung im Raum zwischen Glottis und Mundöffnung, dem Ansatzrohr, werden zwei Algorithmen vorgestellt, die für jeweils unterschiedliche Anwendungszwecke optimiert wurden. Während beim ersten Modell bei fester Abtastrate eine räumlich hochaufgelöste Diskretisierung anhand von Zylindersegmenten erfolgt, erlaubt das zweite Modell eine freie Wahl der Abtastrate und Reduzierung der für die Ansatzrohrbeschreibung nötigen Parameter durch Verwendung konischer Segmente. Für einen natürlichen Stimmklang ist ein Rauschanteil erforderlich, für den ein Modell verwendet wird, das die Wirbelbildung und Schallerzeugung durch Turbulenzen nachbildet. Die Abhängigkeit des Rauschanteils von der Wahl des artikulierten Phonems wird durch Analyse des Stimmsignals im Zeit- und Frequenzbereich beschrieben. Zur messtechnischen Bestimmung der Resonanzeigenschaften des Ansatzrohres werden zwei Verfahren vorgestellt: eine direkte Methode zur Messung der übertragungsfunktion sowie ein mobiler, nicht invasiver Messaufbau zur Ermittlung der akustischen Impedanz am Mund. Für den Vergleich der charakteristischen Abstrahlung der menschlichen Singstimme mit der eines künstlichen Sängers wird ein Messverfahren beschrieben, das eine detaillierte Darstellung der Richtcharakteristik erlaubt. Im letzten Teil der Arbeit wird die Interaktion der Modellkomponenten untersucht und anhand einiger Beispiele die Anwendung des Singstimmenmodells für die Nachbildung verschiedener Singstile sowie von Stimmstörungen vorgestellt. Neben der Modellierung verschiedener Stimmregister wird insbesondere die Nachbildung von Obertongesang untersucht, wobei die beschriebene Impedanzmessmethode wichtige Hinweise für die Parametrisierung des Ansatzrohrmodells lieferte. Als Ausblick auf zukünftige Anwendungen des Modells für die Untersuchung von Stimmerkrankungen werden erste Ansätze zur Modellierung von Stimmlippenschwellungen und Sängerknötchen vorgestellt sowie die Verwendung des Modells als didaktisches Werkzeug für die Stimmtherapie diskutiert.$$lger
000059935 520__ $$aThis thesis deals with the physical modeling of the parts of the voice organ relevant for voice generation plus techniques for the measurement of acoustic voice properties. An introduction to characteristics of the voice signal is followed by a literature survey of existing approaches for the most important functional voice components. Algorithms that seem to be suitable for modeling of the singing voice are adopted and extended. The modeling of the vocal fold movement uses a three-dimensional, symmetric multiple mass model that is capable of simulating different voice registers and voice pathologies that are found in singers. For the wave propagation in the space between glottis and mouth opening, the vocal tract, two algorithms are presented, which have been optimized for different applications. The first model is based on cylinder segments and requires a fixed sampling rate that yields a high resolution in space. The second model allows an arbitrary choice of the sampling rate and makes it possible to reduce the number of parameters for the description of the vocal tract by using conical segments. Since the noise component is required for a natural sounding voice, a model is implemented that simulates vortex shedding and sound generation by turbulences. The dependence of the noise component on the choice of the articulated speech sound is described by analysis of the voice signal in the domains of time and frequency. The resonance characteristics of the vocal tract are evaluated with two measurement approaches: a direct method that determines the transfer function and a mobile, non-invasive set-up for the measurement of the acoustic impedance at the mouth. For comparison of the characteristic radiation of the human voice with an artificial singer, a measurement set-up is described that allows a detailed visualization of the directivity. The final part of this work investigates the interaction of the elements of the model. Some examples for the application of the singing voice model to the simulation of different singing styles and voice pathologies are presented. Different voice registers are modelled with special emphasis on the simulation of overtone singing. The impedance measurements were the basis for the parameter choice of the vocal tract model. As a future application of the model, the investigation of voice pathologies is planned. First attempts to model edema of the vocal folds and singer's nodules are presented and the use of the model as a therapeutic tool for voice therapy is discussed.$$leng
000059935 591__ $$aGermany
000059935 653_7 $$aIngenieurwissenschaften
000059935 7001_ $$0P:(DE-82)IDM00260$$aVorländer, Michael$$b1$$eThesis advisor
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