Изготовление резцов: Изготовление резцов, производство токарных резцов по металлу, резцы для токарного станка

alexxlab | 18.10.1990 | 0 | Разное

Содержание

Изготовление резцов на заказ – по низкой цене в Москве

Уточнить наличие у менеджера

Описание: разновидность режущего инструмента

Виды	По направлению	По типу конструкции	По металлу
чистовые	левые	изогнутые	по металлу
черновые	правые	прямые	по камню
прорезные		отогнутые
упорные		оттянутые
твердосплавные

По типу

Резцы отрезные

Резцы подрезные

Проходные резцы

Резьбовые резцы

Расточные резцы

Канавочные резцы

Буровой резец

Алмазные резцы

Эльборовые резцы

По виду оборудования

Токарные резцы

Строгальные резцы

Долбежные резцы

Этапы производства

Получение или разработка ТЗ Мы получаем от Вас техническое задание или помогаем с его разработкой

Компьютерное моделирование Применение современных технологий для получения 3D модели требуемого изделия

Изготовление Непосредственно производство, обработка деталей на станках и вручную

Поставка Упаковка и доставка готовой партии или штучного изделия на Ваш объект

Способы производства

Гибка металла

Сварочные работы

Лазерная резка металла

Сверление металла

Слесарные работы

Зубодолбежные работы

Токарно-фрезерные работы

Собственное производство Мы изготавливаем детали на своем промышленном предприятии, не обращаясь к третьим лицам

Оптимальные цены Наша ценовая политика удивит даже самого придирчивого клиента

Сервис Мы отвечаем за качество наших изделий

Всегда на связи Наши менеджеры ответят Вам в самые короткие сроки

Для заказа и консультации

Отдел продаж (Москва)

+7(499)390-03-33

По России (бесплатно)

8(800)444-11-31

или оставьте заявку

Опишите изделие

Контакты для связи

*Обязательные поля

Фото работ

Изготовление резцов, державок для токарного станка, резцовых вставок, сборных фрез в Челябинске

Каталог продукции

Изготовление инструмента по чертежам заказчика
- Изготовление вспомогательного инструмента и оснастки
- Изготовление измерительного инструмента
- Изготовление инструмента по чертежам заказчика
- Изготовление специального режущего инструмента по чертежам заказчика
- Изготовление штампов, матриц, пуансонов
- Изготовление приспособлений и кондукторов
Измерительный инструмент
- Стойки для измерительного инструмента
- Глубиномеры
- Индикаторы измерительные
- Индикаторные головки
- Линейки
- Меры длины концевые КМД
- Меры твердости образцовые
- Меры угловые призматические
- Микрометры
- Нутромеры
- Образцы шероховатости
- Пластины стеклянные (ПИ, ПМ)
- Плиты поверочные, разметочные
- Призмы поверочные, разметочные
- Проволочки мерительные
- Рулетки
- Скобы
- Стенкомеры
- Толщиномеры
- Угломеры
- Угольники поверочные, разметочные
- Уровни
- Штангенинструмент
- Штативы для измерительного инструмента
- Щупы
Образцовый инструмент
- Бруски контрольные
- Кольца образцовые, установочные
- Меры длины штриховые
- Мера МУСЛ
- Призмы многогранные
Измерительные приборы
- Автоколлиматоры
- Биениемеры
- Гониометры
- Зубомеры
- Измерители шероховатости
- Квадранты
- Микроскопы
- Нормалемеры
- Оптиметры
- Приборы поверки индикаторов
- Приборы для проверки измерительных головок
- Твердомеры
- Шагомеры
- Экзаменаторы
Принадлежности к оптико-механическим приборам
- Головки ОГУ, ОГР
- Ножи измерительные
- Стекла предметные
- Столы для микроскопов
- Трубка оптиметра, окулярные винтовые микрометры МОВ1-15х, 1-16
- Трубки диоптрийные
Калибры
- Калибры нефтяного сортамента
- Калибры промышленные

Описание:

Резцы, державки, резцовые вставки, сборные фрезы с механическим креплением режущих пластинок изготавливаем индивидуально по чертежам заказчика. Имеем опыт в изготовлении этого инструмента по импортозамещению (ф. SANDVIK COROMANT), что позволяет заказчику экономить средства, т.к. наш инструмент существенно дешевле фирменного. Возможно изготовление инструмента как с нашей комплектацией, так и с комплектацией комплектующих (опорные пластины, прихваты и т.д.) самими заказчиками.

Развернуть Свернуть

Фото

Также изготавливаем борштанги, расточные оправки и блоки по чертежам заказчика. Обработка гнёзд проводится на специализированном оборудовании фирмы OSAKA CORPORATION (Япония).

Для получения информации по возможности, цене и срокам поставки интересующего Вас инструмента Вы можете обратиться, направив запрос и чертежи по имеющимся контактам и получите ответ в течение 2-х суток.

ДОСТАВКА:

Поставим инструмент в любой регион России. Доставка осуществляется транспортными компаниями: “Деловые линии”, “GTD”, “ПЭК”, “Желдорэкспедиция”, др.
Для сокращения сроков доставки готовы отгрузить инструмент курьерской службой СДЭК, DHL.

Способ изготовления токарного резца

Изобретение относится к области обработки материалов резанием, изготовлению режущего инструмента. Способ включает получение заготовок с полым корпусом, формирование гнезда под режущий элемент и заполнение полости виброгасящим материалом. Для уменьшения трудоемкости изготовления и металлоемкости заготовку с полым корпусом получают путем соединения двух металлических пластин, причем конец нижней пластины загибают кверху и вставляют в опорный паз, выполненный на конце нижней поверхности верхней пластины, а конец верхней пластины загибают книзу. Соединение верхней и нижней пластин может быть выполнено сваркой. Корпус может быть термообработан. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в качестве резца для чистовой обработки как способ изготовления резца.

Известен способ получения державки с режущей пластиной и вставкой из высоконаполненного композиционного материала, снабженного дополнительными накладками из того же материала. – Авторское свидетельство СССР № 1779466, МПК³, В 23 В 27/00, Бюл. № 45, 1992 г.

Поперечное сечение державки резца выполнено в виде равнобедренной трапеции, на боковых гранях которой выполнены в шахматном порядке сквозные отверстия. В державке вдоль ее продольной оси установлен распорный стержень с силовым болтом. Резец снабжен дополнительными полимерными накладками, которые размещены на боковых сторонах трапеции.

Готовят заготовку державки трапециевидной формы, просверливают отверстия на заготовке и нарезают резьбу в торцевой части державки, устанавливают распорный стержень внутри державки и силовым болтом делают предварительное натяжение металлического трапециевидного каркаса. Данная конструкция помещается в форму и заливается высоконаполненным композиционным материалом. После твердения композиционного материала болт выворачивается, а стержень вынимается, и державка таким образом остается в предварительно напряженном состоянии.

Данный способ изготовления державки резца имеет существенные недостатки:

– технически трудно реализуется с технологической точки зрения изготовление трапециевидного профиля державки резца, такой профиль можно получить в основном из трубных заготовок, для которых требуется дальнейшее упрочнение материала (закалка и отпуск), что увеличивает трудоемкость изготовления сборных резцов.

– сложность изготовления торцевой части державки, так как для предварительного натяжения трапециевидного профиля державки резца силовым болтом необходимо высокое усилие натяжения, высокая прочность резьбового соединения в торцевой части, а это достигается крайне сложно.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления резца – Пат. РФ № 1557815, МПК⁶ В 23 В 27/00, 1995 г.

Изготовление токарного резца заключается в получении полых корпусов головки и тела державки, совпадающей с геометрией, например труба круглого или прямоугольного сечения. На головки выполняют (деформируют) гнездо под режущую пластину, затем осуществляют соединение головки и тела державки, например сваркой. Полученный каркас резца подвергают термообработке, закалке, а после этого полости державки заливают виброгасящим элементом – расплавом чугуна, железобетоном и т.п. После этого резец подвергается дальнейшей термообработке и отпуску при температуре 150-200°С для обеспечения прочности профиля каркаса резца.

Данный способ для изготовления токарного резца имеет существенные недостатки:

– технологически сложный процесс изготовления гнезда под режущую пластину из трубы круглого или прямоугольного сечения, это выбор толщины стенок заготовки при штамповке гнезда, с одной стороны, и, с другой, обеспечение прочности крепления режущей пластины к головке державки;

– достаточно трудоемкий и длительный процесс всего изготовления, высокая себестоимость резца с комбинированными державками.

Задача изобретения – уменьшение себестоимости и металлоемкости при изготовлении с сохранением прочности державки и демпфирующих свойств резца.

Способ изготовления токарного резца, включающий получение заготовок с полым корпусом, формирование гнезда под режущий элемент, термообработку и заполнение полости виброгасящим материалом, причем получают полую заготовку путем сваривания двух металлических пластин, причем конец нижней пластины загибают к верху и вставляют в опорный паз, выполненный на конце нижней поверхности верхней пластины, а конец верхней пластины загибают к низу.

Предложенный способ для изготовления токарного резца поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид токарного резца, содержащего режущий элемент 1, закрепляемый на верхней металлической пластине державки 2, соединенной с нижней металлической пластиной 3 таким образом, чтобы она опиралась под опорный паз головки резца. Верхняя и нижняя пластины соединены свариванием между собой и виброгасящим элементом 4.

На фиг.2 изображен разрез А-А данного резца.

Применение стандартных пластин с высокой чистотой поверхности и совпадающей с шириной тела державки или листовой материал с различно расположенными отверстиями, которые являются, например, отходами штамповочного производства, позволяет снизить объем механической обработки на 50-70%. При этом из листа отрезаются две заготовки с различно расположенными отверстиями по сечению. Из одной пластины формируют, деформируют, например штамповкой, верхнюю часть державки резца и на конце гнездо под режущий элемент 1. С внутренней стороны верхней пластины 2 под гнездом выполняют опорный паз для упора нижней пластины. Из второй пластины изготовляют нижнюю часть державки резца, для чего изгибают нижнюю пластину 3 таким образом, чтобы она опиралась под опорный паз головки резца. Ширина верхней и нижней пластин совпадает с шириной державки резца. Затем эти две пластины соединяются между собой, например сваркой. Полученную заготовку помещают в форму державки и заливают виброгасящим элементом 4, например расплавом чугуна, железобетоном или композиционным материалом.

Соединение верхней 2 и нижней 3 пластин осуществляется свариванием или в форме при заполнении демпфирующим композиционным материалом. Если толщина верхней и нижней пластин относительно невелика (отходы листовой штамповки могут использоваться разные), то полученный каркас резца подвергают термообработке, закалке, а после этого или одновременно с термообработкой помещают в форму и заливают виброгасящим элементом.

Демпфирующий композиционный материал обеспечивает конструкционную прочность и жесткость резца, ее малую деформацию при работе и одновременно с высокой эффективностью может гасить колебания. Предложенный способ обеспечивает снижение затрат на изготовление сборных резцов.

При точении таким резцом режущий элемент подвергается воздействию сил резания. Вибрации, возникающие в системе СПИД, передаются на державку резца и эффективно гасятся за счет каркаса из пластин, соединенных в виде клина, что обеспечивает жесткую конструкцию, тем самым обеспечивается высокая прочность профиля каркаса резца.

Пример. При токарной обработки резцами в системе СПИД всегда возникают различные по природе колебания, которые передаются на державку. Применение при обработке виброгасящих державок повышает точность токарной обработки и стойкость самих резцов.

Применение предложенного способа обеспечивает получение демпферной сердцевины державки и жесткой наружной конструкции в виде клина, состоящей из металлической верхней и нижней пластин, прочно соединенных между собой сваркой. Жесткость и прочность каркаса державки обеспечивается клинообразным соединением верхней и опорной нижней пластиной в паз. Ось нижней пластины совпадает с направлением равнодействующей силы сопротивления резанию.

Для изготовления пластин берется стальная полоса по ширине размером, совпадающим с размером поперечного сечения резцов, обычно широко используемых в инструментальных цехах. Наиболее ходовые размеры ширины резцов: 12, 16, 20, 25 и 32 мм. Толщина пластин выбирается в зависимости от марки стали и твердости.

При работе берется стандартная полоса толщиной в пределе 4-10 мм из стали 40 Х или 45 с размерами длиной и шириной державки резца, желательно вырубка из цехов штамповки. Сначала из полосы отрезается верхняя часть державки и из нее штампуют, деформируют гнездо под режущую пластину, формируют геометрию резца, снизу под режущей пластиной выполняют опорный паз. Причем механические свойства материала пластины можно выбирать в зависимости от толщины заготовки и мощности штампа. Процесс штамповки из полосы высокопроизводителен, имеет малую трудоемкость (в 5-10 раз ниже, чем при штамповке, например, трубных заготовок).

Из второй пластины изготовляют нижнюю часть державки резца, для этого изгибают пластину по форме поперечного профиля державки таким образом, чтобы она вставлялась в опорный паз под головкой резца. Ширина верхней и нижней пластин совпадает с шириной державки резца.

После изготовления пластин они соединяются, например, сваркой или помещаются в форму, состыковываются между собой с помощью паза и заливается виброгасящим материалом в форме.

Закалку каркаса державки (если она необходима) производят в любое время сразу после сварки или после заполнения виброгасящего элемента, а наиболее оптимально совмещение закалки и заливки.

В качестве виброгасящего элемента используются чугун, железобетон, полимербетон.

Таким образом, виброгасящий резец выполнен из металлических верхнего и нижнего слоев, а виброгасящий элемент расположен между металлическим каркасом. Каркас из пластин и укосин обеспечивает жесткую конструкцию, тем самым обеспечивается высокая прочность профиля каркаса резца, а виброгасящий элемент позволяет эффективно гасить вибрации при точении.

1. Способ изготовления токарного резца, включающий получение заготовок с полым корпусом, формирование гнезда под режущий элемент и заполнение полости виброгасящим материалом, отличающийся тем, что заготовку с полым корпусом получают путем соединения двух металлических пластин, причем конец нижней пластины загибают кверху и вставляют в опорный паз, выполненный на конце нижней поверхности верхней пластины, а конец верхней пластины загибают книзу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение верхней и нижней пластин выполняют сваркой.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выполняют термообработку корпуса.

Дефекты развития эмали резцов овец, содержащихся в загонах, в результате индуцированного паразитизма

. 1983;28(5):393-9.

doi: 10.1016/0003-9969(83)

-6.

Г. Саклинг, округ Колумбия Эллиотт, округ Колумбия Терли

PMID: 6578757
DOI: 10. 1016/0003-9969(83)
-6

G Саклинг и др. Arch Oral Biol. 1983.

. 1983;28(5):393-9.

doi: 10.1016/0003-9969(83)

-6.

Авторы

Г. Саклинг, округ Колумбия Эллиотт, округ Колумбия Терли

PMID: 6578757
DOI: 10.1016/0003-9969(83)
-6

Абстрактный

Тридцать четыре овцы были инфицированы паразитами-нематодами (Trichostrongylus spp. и Ostertagiacircincta) во время формирования центрального резца. Зубную эмаль исследовали на дефекты минерализации при прорезывании и сравнивали с эмалью 14 контрольных овец. Тип и количество введенных паразитов, продолжительность заражения и возраст овец варьировали. Овцы, получившие высокие дозы паразитов, т.е. 200 000 T. vitrinus + 20 000 O.circincta продемонстрировали серьезные системные эффекты (истощение, понос и потерю веса), которые были кратковременными (7-10 дней), поскольку инфекции были купированы антигельминтной терапией. Гипопластическая эмаль (нарушение непрерывности) была вызвана у всех 5 овец, инфицированных в возрасте 8 1/4–9 лет.месячного возраста и разграниченные помутнения (изменение прозрачности) у 3 из 4 овец, инфицированных в возрасте 10 месяцев. Овцы, получившие 150 000 или 40 000 T. colubriformis, показали менее очевидные системные эффекты, хотя у некоторых овец потеря веса продолжалась до 54 дней. Хотя помутнения эмали в виде параллельных линий, иногда с локальным увеличением ширины или с наложением диффузного помутнения, были замечены при микроскопическом исследовании (X 10) зубов в этой группе, многие зубы контрольной овцы показали сходные результаты. поражения. Только гипопластические поражения можно с уверенностью отнести к экспериментальным манипуляциям.

Цитируется

Прорыв в понимании патогенеза молярной гипоминерализации: модель отравления минерализацией.
Хаббард М.Дж., Мангум Дж.Э., Перес В.А., Уильямс Р. Хаббард М.Дж. и др. Фронт Физиол. 2021 21 декабря; 12:802833. doi: 10.3389/fphys.2021.802833. Электронная коллекция 2021. Фронт Физиол. 2021. PMID: 34992550 Бесплатная статья ЧВК.
Молярная гипоминерализация: призыв к оружию для исследователей эмали.
Хаббард М.Дж. , Мангум Дж.Е., Перес В.А., Нерво Г.Дж., Холл Р.К. Хаббард М.Дж. и др. Фронт Физиол. 2017 3 августа; 8:546. doi: 10.3389/fphys.2017.00546. Электронная коллекция 2017. Фронт Физиол. 2017. PMID: 28824445 Бесплатная статья ЧВК.
Морфометрические, денситометрические и механические свойства молочных зубов нижней челюсти 5-месячных овец польского мериноса.
Татара М.Р., Сабельская А., Крупски В., Тымчина Б., Лущевская-Сераковская И., Бенясь Ю., Остапюк М. Татара М.Р. и соавт. BMC Vet Res. 2014 19 февраля;10:45. дои: 10.1186/1746-6148-10-45. BMC Vet Res. 2014. PMID: 24548814 Бесплатная статья ЧВК.
Реконструкция нарушений секреторной функции амелобластов в зубах свиней путем анализа морфологических изменений зубной эмали.
Витцель С., Кирдорф У., Добни К., Эрвинк А., Ванпоук С., Кирдорф Х. Витцель С. и соавт. Дж Анат. 2006 г., июль; 209 (1): 93–110. doi: 10.1111/j.1469-7580.2006.00581.x. Дж Анат. 2006. PMID: 16822273 Бесплатная статья ЧВК.
Недоедание и кариес зубов: обзор литературы.
Psoter WJ, Reid BC, Katz RV. Псотер В.Дж. и соавт. Кариес Рез. 2005 г., ноябрь-декабрь; 39(6):441-7. дои: 10.1159/000088178. Кариес рез. 2005. PMID: 16251787 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

Просмотреть все статьи “Цитируется по”

термины MeSH

Рот и зубы (для родителей)

Почему рот и зубы важны?

Каждый раз, когда мы улыбаемся, хмуримся, говорим или едим, мы используем рот и зубы. Наши рты и зубы позволяют нам делать разные выражения лица, составлять слова, есть, пить и начинать процесс пищеварения.

Рот необходим для речи. Вместе с губами и языком зубы помогают формировать слова, контролируя поток воздуха изо рта. Язык ударяет по зубам или нёбу при произнесении некоторых звуков.

Когда мы едим, наши зубы рвут, режут и измельчают пищу, готовясь к проглатыванию. Язык помогает проталкивать пищу к зубам и позволяет нам ощущать вкус пищи, которую мы едим.

Что делают части рта?

Рот выстлан влажными слизистыми (MYOO-kus) оболочками. Покрытая мембраной крыша рта называется небом (PAL-it):

Передняя часть состоит из костной части, называемой твердым небом. Твердое небо разделяет полость рта и носовую полость сверху.
Мясистая задняя часть называется мягким небом. Мягкое небо образует занавеску между ртом и горлом или глоткой сзади. Когда мы глотаем, мягкое небо закрывает носовые проходы от горла, чтобы пища не попала в нос.
Мягкое небо содержит язычок (YOO-vyoo-luh), свисающую мякоть в задней части рта. Миндалины находятся по обе стороны от язычка и выглядят как две колонны, поддерживающие вход в горло или глотку (чернила FAR).

Пучок мышц отходит от дна рта, образуя язык . Верх языка покрыт крошечными бугорками, называемыми сосочками (puh-PIL-ee). Они содержат крошечные поры, которые являются нашими вкусовыми рецепторами. На языке находятся четыре основных типа вкусовых рецепторов — они воспринимают сладкий, соленый, кислый и горький вкусы.

Во время жевания слюнные железы в стенках и дне рта выделяют слюну (слюну), которая увлажняет пищу и способствует ее еще большему расщеплению. Слюна облегчает жевание и глотание пищи (особенно сухой пищи) и содержит ферменты, которые помогают начать переваривание пищи.

Когда пища превращается в мягкую, влажную массу, ее проталкивают в заднюю часть рта и горло, чтобы проглотить.

Как зубы выполняют свою работу?

Каждый тип зубов играет роль в процессе жевания:

Резцы — это квадратные зубы с острыми краями в передней части рта, которые режут пищу, когда мы ее откусываем. Их четыре снизу и четыре сверху.
По обе стороны от резцов расположены острые клыки . Верхние клыки иногда называют глазными зубами или клыками.
За клыками находятся премоляры , или премоляры, которые измельчают и растирают пищу. В каждой челюсти два набора или четыре премоляра.
Моляры , расположенные за премолярами, имеют острие и бороздки и позволяют энергично жевать. В каждой челюсти 12 моляров — по три комплекта, которые называются первыми, вторыми и третьими молярами. Третьи моляры — это зубов мудрости . Поскольку они могут вытеснять другие зубы или вызывать такие проблемы, как боль или инфекция, стоматологу может потребоваться их удаление.

Люди являются дифиодонтами (dy-FY-uh-dant), что означает, что у них развивается два набора зубов. Первый набор — это 20 молочных зубов (duh-SID-you-wus), которые также называют молочными, первичными, временными или детскими зубами. Они начинают развиваться еще до рождения и начинают выпадать, когда ребенку около 6 лет. Их заменяет набор из 32 постоянных зубов, которые также называют вторичными или взрослыми зубами.

Какие части зубов?

Зубы человека состоят из четырех различных типов тканей: пульпы, дентина, эмали и цемента.

Пульпа представляет собой самую внутреннюю часть зуба и состоит из соединительная ткань, нервы и кровеносные сосуды, питающие зуб. Пульпа состоит из двух частей — пульповой камеры, залегающей в коронке, и корневого канала, залегающего в корне зуба. Кровеносные сосуды и нервы входят в корень через небольшое отверстие в его кончике и проходят через канал в пульповую камеру.
Дентин окружает пульпу. Твердое желтое вещество, оно составляет большую часть зуба и такое же твердое, как кость. Именно дентин придает зубам желтоватый оттенок.
Эмаль , самая твердая ткань в организме, покрывает дентин и образует внешний слой коронки. Это позволяет зубам выдерживать давление жевания и защищает их от вредных бактерии и изменения температуры от горячей и холодной пищи.
Слой цемента покрывает внешнюю часть корня под линией десны и удерживает зуб на месте в челюстной кости. Цемент также тверд, как кость.

Как я могу помочь сохранить рот и зубы моего ребенка здоровыми?

Чтобы сохранить рот и зубы вашего ребенка здоровыми:

Предлагайте питательную диету. Ограничьте употребление соков, сладких закусок и липких продуктов, таких как сухофрукты.
Ходите на регулярные стоматологические осмотры.
Помогите детям младшего возраста чистить зубы два раза в день по 2 минуты. Помогите ребенку начать использовать зубную нить один раз в день, когда зубы соприкасаются друг с другом.
Попросите вашего ребенка использовать каппу во время занятий спортом, когда существует риск травмы рта.
Научите ребенка никогда не ходить и не бегать с чем-либо во рту, например с зубной щеткой или карандашом.
Защитите свой дом и машину от табачного дыма. У детей, подвергающихся воздействию пассивного курения, больше шансов получить кариес. Если вы или кто-либо из членов вашей семьи курит, позвоните по номеру 1-800-QUIT-NOW, чтобы получить советы и рекомендации по отказу от курения.
Поговорите с врачом или стоматологом, если ваш ребенок все еще использует пустышку или сосет большой палец в возрасте до 4 лет. Они могут дать вам советы, которые помогут вам избавиться от привычки вашего ребенка, и посмотреть, влияет ли это на то, как выстраиваются зубы.

Численное исследование влияния угла наклона резца на производство свистящего звука /s/

Численное исследование влияния угла наклона резцов на производство шипящих /s/

Скачать PDF

Артикул
Открытый доступ
Опубликовано: 18 августа 2021 г.

HsuehJui Lu ^1,2 ,
Tsukasa Yoshinaga ³ ,
ChungGang Li ^1,2 ,
Kazunori Nozaki ⁴ ,
Akiyoshi Iida ³ &
…
Makoto Tsubokura ^1,2

Научные отчеты том 11 , Номер статьи: 16720 (2021) Процитировать эту статью

471 Доступ
2 Цитаты
Сведения о показателях

Предметы

Вычислительная биофизика
Гидродинамика

Abstract

Влияние угла наклона резца на речеобразование щелевого согласного /s/ было исследовано с использованием неявного решателя сжимаемого потока. Сетка иерархической структуры была применена для сокращения времени генерации сетки для геометрии голосового тракта. Воздушный поток и звук во время произношения /с/ моделировались с помощью адаптивно переключаемой схемы временного шага, а угол резца в голосовом тракте изменялся от нормального положения до 30°. Результаты показали, что увеличение угла резца влияло на конфигурацию потока и смещало положение области высокой интенсивности турбулентности, тем самым уменьшая амплитуды звука в диапазоне частот от 8 до 12 кГц. Выполняя преобразование Фурье по флуктуациям скорости, мы обнаружили, что положение больших величин скорости на частоте 10 кГц смещается в сторону выходного отверстия губы при увеличении резцового угла. Кроме того, отдельное акустическое моделирование показало, что смещение потенциального положения источника звука уменьшало амплитуды звука в дальней зоне выше 8 кГц. Эти результаты обеспечивают базовые знания, необходимые для разработки зубных протезов для производства свистящих фрикативов.

Введение

Фрикативные согласные — это звуки речи, которые образуются в результате турбулентного потока в голосовом тракте. Известно, что положение и угол наклона центрального резца влияют на речеобразование, особенно фрикативный согласный /s/ ^1,2,3,4,5 . Во время артикуляции /s/ между кончиком языка и верхними резцами образуется суженный проточный канал (шипящая борозда). Поскольку звук /с/ создается турбулентным струйным течением, выходящим из сужения ⁶ , неаккуратное формирование сужения приводит к трудностям речеобразования для /s/.

Рунте и др. ¹ изготовили протез верхней челюсти, а угол наклона центрального резца изменили в диапазоне от − 30° до + 30° для исследования влияния угла на выработку /s/. Между тем, движение челюсти во время фонации /s/ было измерено для наблюдения за ближайшим пространством ротового тракта с горизонтальным и вертикальным перекрытием резцов ⁷ . Гамлет и др. ⁸ измерили движение языка с помощью контактного датчика и показали влияние зубных протезов на время и продолжительность образования сужений шипящих фрикативов. Однако, поскольку звук /с/ генерируется струйным течением в ротовом тракте, детальные механизмы воздействия зубных протезов на наблюдаемые звуковые изменения неясны.

Механизмы воспроизведения при отсутствии артикуляционной дисфункции исследованы путем моделирования геометрии голосового тракта. Шадл ⁹ предложил упрощенную модель голосового тракта для фрикативных согласных и исследовал влияние зубоподобных препятствий на генерируемые звуки. Кроме того, к упрощенной модели было применено численное моделирование течения и исследовано влияние геометрических различий на турбулентное струйное течение и его источники звука ^10,11 .

Для дальнейшего исследования воздушного потока, связанного с производством звука /s/, и характеристик его источника в реальном ротовом тракте была создана копия голосового тракта на основе изображений компьютерной томографии (КТ), а поток и звук, генерируемые в реплике, были измерены с использованием микрофон и анемометр ¹² . Численное моделирование реалистичной геометрии голосового тракта показало, что источник аэроакустического звука расположен вблизи верхней и нижней поверхностей резцов ¹³ .

Недавно турбулентный поток для /s/ и звук, генерируемый геометрией голосового тракта, были предсказаны с помощью численного моделирования с использованием высокопроизводительных вычислительных ресурсов ^14,15,16,17 . Это моделирование показало, что источник звука расположен за верхними и нижними резцами и что акустические характеристики /s/ формируются геометрией ниже по течению от сужения. Тем не менее, влияние геометрических различий, возникающих в результате зубных протезов, например положения и угла резцов, на поток и генерацию звука, до сих пор неясно.

Поэтому в этом исследовании мы провели численное моделирование геометрии голосового тракта /s/ при различных углах резца, чтобы изучить происхождение звуковых изменений с использованием углов наклона резца, о которых сообщил Runte ¹ . Чтобы исследовать причину звуковых изменений, воздушный поток для /s/ и звук в геометрии голосового тракта были предсказаны с помощью численного моделирования, решая трехмерное сжимаемое уравнение Навье-Стокса ^18,19,20 . Одной из трудностей численного моделирования потока является поддержание высококачественных расчетных сеток для сложного канала потока в геометрии голосового тракта. Чтобы сократить время генерации сетки для геометрии голосового тракта, мы применили сетку 9 иерархической структуры.0256 21 в симуляторах. Благодаря дальнейшему развитию предложенной методологии эта технология моделирования позволит нам прогнозировать влияние зубных протезов на производство шипящих фрикативов у пациентов до протезирования.

Методы

Геометрия голосового тракта

Для моделирования явления, связанного с произношением /s/, геометрия реплики голосового тракта была построена на основе изображений КТ ¹² . Субъектом был 32-летний японец, который самостоятельно сообщил об отсутствии речевых нарушений с нормальным зубным рядом I класса угла, без межзубных промежутков. КТ-изображения были сделаны в то время, когда испытуемый сохранял произношение /s/ в течение 90,6 с без контекста гласных, а разрешение изображения составляло 0,1 × 0,1 × 0,1 мм ³ . Геометрические поверхности голосового тракта были извлечены на основе значений яркости с использованием программного обеспечения itk-SNAP ²². Поскольку разрешение компьютерной томографии составляет 0,1 мм, а кончики резцов были слегка сглажены из-за извлечения голосового тракта из компьютерной томографии, мы подтвердили, что извлеченная геометрия голосового тракта воспроизводит произношение субъекта /s/ до 14 кГц. путем создания оральной реплики ¹² . Комитет по этике аспирантуры Университета Осаки сертифицировал это исследование (h36-E39).

На рис. 1а показана геометрия голосового тракта, включая глотку, язык, твердое небо, резцы и губы. x ₁ определяется как передне-заднее направление; x ₂ определяется как направление снизу вверх; x ₃ определяется как поперечное направление. Исходный угол наклона резца к верхнечелюстной плоскости у этого субъекта составил 108°. Для наклонных случаев изменение от + 10° до + 30° привело к 118° до 138° на основе этого исходного угла резца, а область наклонного резца отмечена красным цветом (- 10 мм < x ₃ < 10 мм). Геометрия вида сверху и сбоку показана на рис. 1b, c соответственно. Мы подтвердили, что исключение геометрии восходящего голосового тракта при моделировании /s/ было незначительным для основных акустических характеристик /s/ ¹⁴ . Согласно Runte ¹, путем сравнения звука /s/, издаваемого человеком, с репликой голосового тракта субъекта, сделанной из гипса с помощью 3D-принтера, частотные характеристики /s/ были получены до 16 кГц с максимальным расхождение 8 дБ. Это указывает на то, что условие сплошной стенки подходит для исследования звуковых механизмов.

Рисунок 1

( a ) Геометрия голосового тракта для произношения /s/. ( b ) Верхний и ( c ) вид голосового тракта сбоку.

Изображение в натуральную величину

Для исследования влияния угла наклона верхнего резца положение резца (− 17,7 мм < x ₁ < − 12,2 мм) было поднято из исходного положения (рис. 0°) до 30° (рис. 2б). На рисунке 2c показана срединная сагиттальная плоскость в измененной геометрии ( x ₃ = 0) при увеличении угла резца с шагом 10° от 0° до 30° длина резца сохраняется такой же, как исходная геометрия. Как показано на рис. 2а, перекрытие (горизонтальное перекрытие) и прикус (вертикальное перекрытие) резцового угла в исходной модели составляют 2,3 мм и 0,3 мм соответственно. При увеличении угла наклона увеличивается расстояние x ₁ между верхними и нижними резцами; поэтому перекрытие увеличивается с 2,3 до 2,5 мм. И наоборот, x ₂ расстояние увеличивается; таким образом, прикус уменьшается с 0,3 до - 1,7 мм. Эти значения находятся в диапазоне клинических измерений ⁸ . Боковые стенки каждого зуба были изменены, чтобы сделать их гладкими, чтобы предотвратить образование небольших зазоров между зубьями, которые приводят к нестабильности моделирования потока.

Рисунок 2

Геометрия голосового тракта с увеличением угла резца от исходного положения (0°) до 30°: ( a ) исходная геометрия с 0°; ( b ) измененная геометрия с углом наклона 30°; и ( c ) модифицированная геометрия с углом резца в диапазоне от 0° до 30°.

Изображение в полный размер

Основные уравнения

Основные уравнения представляют собой уравнения Навье–Стокса для сжимаемой жидкости: } }}{{\partial x_{1}}} + \frac{{\partial F_{2}}}{{\partial x_{2}}} + \frac{{\partial F_{3}}}{ {\partial x_{3}}} = 0, $$

(1)

, где 9{T},$$

(2)

где векторы потоков F _i равны

$$ F_{i} = \left( {\begin{array}{*{20}c} {\rho u_{i}} \\ {\ rho u_{i} u_{1} + P\delta_{i1} – \mu A_{i1} } \\ {\rho u_{i} u_{2} + P\delta_{i2} – \mu A_{i2 } } \\ {\rho u_{i} u_{3} + P\delta_{i3} – \mu A_{i3}} \\ {\left ({\rho e + P} \right)u_{i} – \mu A_{ij} u_{j} – k\frac{\partial T}{{\partial x_{i} }}} \\ \end{array} } \right),\,\forall i = 1 ,2,3. $$

(3)

9{2} } \справа), $$

(4)

и мкА _ij – член стресса, где

$$ A_{ij} = \frac{{\partial u_{i}}}{{\partial x_{j} }} + \frac{ {\partial u_{j}}}{{\partial x_{i}}} – \frac{2}{3}\left( {\nabla \cdot u} \right)\delta_{ij} . $$

(5)

Давление P следует уравнению идеального газа:

$$ P = \rho RT. $$

(6)

Динамическая вязкость $\мк$ и теплопроводность 9{\ frac {3} {2}} \ frac {{T_ {0} + 110}} {T + 110}, $$

(7)

$$ k\left( T \right) = \frac {\mu \left( T \right)\gamma R}{{\left({\gamma – 1} \right)\Pr}}, $$

(8)

, где $\rho_{0} $ = 1,1842 кг/м ³ , $\mu_{0}$ = 1,85 10 ⁻⁵ Н∙с/м ² , T _{0 90,372 \) = 1,4, R = 287 Дж/кг, а число Прандтля (Pr) равно 0,71.}

Чтобы решить трехмерный сжимаемый поток, управляемый уравнением. (1), мы применили следующую числовую основу. Для интегрирования по времени используется неявная симметричная нижняя-верхняя схема Гаусса-Зейделя (LUSGS) второго порядка точности. Схема Роу с методом предварительной обработки и двойным временным шагом применяется, и дискретизированная форма уравнения. (1) с искусственным шагом по времени Δτ равно 9{{k + 1}} } \right) = 0, $$

(9)

где × — матрица предобусловливания, предложенная Вейссом и Смитом ²³ , U _{p Примитивная форма [ P , U ₁, U ₂, U ₃, T ], Artificial C и The Supper -Times}, Artificial K и The Suppripts и The Suppripts и The Suppripts и The Supprifts и The Supprifts и The Supprifts и The Supprifts и The Supprifts и The Supprifts и The Superscrip. n — номера итераций в искусственном временном шаге и продолжающемся шаге реального времени соответственно. Величины, связанные с искусственным временным членом итерации $(k + 1){\text{th}}$, приближенно переводятся в величины $(n + 1){\text{th}}$ временной шаг в реальном времени, когда член $\partial U_{p} /\partial \tau$ сходится к нулю. Затем уравнение (9{ – 9} } \right]} \\ {\alpha_{4} \times T} \\ \end{array} } \right), $$

(12)

где Δ P _sur — максимальная разница между давлением в окружающих точках и P _{глобальное} , V _{глобальное звука, а γ – отношение теплоемкостей. Уравнение (12) предоставляет критерий для определения того, является ли расчет стабильным или нет. Фактор [ α ₁ α ₂ α ₃ α ₄ ] – коэффициент максимально допустимого дробного изменения по Lian В методе SLTS можно достичь большего шага по физическому времени и более высокой скорости сходимости. Однако из-за ньютоновской ошибки линеаризации члена $\partial U_{p} /\partial \tau$ метод SLTS не подходит для аэроакустического моделирования, даже когда выполняются критерии сходимости. Следовательно, мы применили адаптивно переключаемую схему временного шага (ASTS) 9{k}\) в правой части уравнения. (10), члены, включающие F _i в уравнении. (3) можно разделить на невязкий член F _{невязкий} и вязкий член F _вязкий , как показано ниже:}

90{06 $in$ F_ {\ begin {array} {* {20} l} {\ rho u_ {i} {\ text {}}} \\ {\ rho u_ {i} u_ {1} + p \ delta _ {{i1}} } \\ {\rho u_{i} u_{2} + p\delta _{{i2}} } \\ {\rho u_{i} u_{3} + p\delta _{{i3}}} \ \ {(\rho e + p)u_{i} } \\ \end{array} } \right), $$
(13)
$$ F_{{вязкая}} = – \left( {\begin{array}{*{20}l} 0 \\ {\mu A_{{i1}} } \\ {\ mu A_{{i2}} } \\ {\mu A_{{i3}} } \\ {\mu A_{{ij}} u_{j} + \lambda \frac{{\partial T}}{{\ частичное x_{i} }}} \\ \end{array} } \right). $$
(14)
При использовании схемы Роу в уравнении. (14), F _{резцовый} член будет дискретизирован на
$$ F_{inviscid,i + 1/2} = \frac{1}{2}[F_{R} (U) + F_ {L} (U)] + F_{d} , $$
(15)
где F _d – коэффициент диссипации Роу, который складывается из скачков свойств рабочих жидкостей. Для реконструкции F _R и F _L монотонная схема пятого порядка с центром вверх по течению для законов сохранения (MUSCL) ²⁶ без ограничительной функции для предотвращения турбулентных колебаний . Помимо невязкого члена, производные члены в A _ij в вязком члене уравнения. (3) вычисляются с использованием центральной разности второго порядка. Детали текущей структуры можно найти в предыдущем исследовании ^18,19,20.
Расчетные условия
Для моделирования сложной геометрии, например, реалистичной полости рта человека, для шага сетки был применен метод погруженных границ с сеткой иерархической структуры ²¹. В качестве конфигурации сетки расчетная область делится в соответствии с системой иерархической структуры, предложенной Накахаши ²¹ . Использование сетки с иерархической структурой может сократить рабочее время, необходимое для построения вычислительных сеток, и одновременно обеспечить лучшую балансировку нагрузки и более высокую производительность для параллельных вычислений.
После тестирования пространственного разрешения минимальный размер сетки был установлен равным 0,05 мм вокруг верхних резцов, чтобы сохранить точность погруженной границы вокруг турбулентной области. Для имитации звуковых волн, распространяющихся через выходное отверстие губы, область дальнего поля была установлена за пределами модели голосового тракта. Суммарные номера сетки для случаев 0–30° составили 8,7 × 10 ⁷ , 7,2 × 10 ⁷ , 7,8 × 10 ⁷ и 6,7 × 10 ⁷ соответственно.
Трехуровневая схема общей вычислительной области с граничным условием и точкой отслеживания для текущей модели показана на рис. 3. Входное отверстие было настроено на условие равномерной скорости, чтобы имитировать произношение / с /. Равномерная скорость на входе была установлена на 1,5 м/с, что привело к физиологической скорости потока 330 см 90 256 3 90 257 /с 90 256 12 90 257 . Число Рейнольдса было 5632, исходя из максимальной скорости {s}\)) внутри полости рта в исходной геометрии. Для предотвращения загрязнения потока в расчетной области отраженными волнами давления в качестве выходного условия использовалось поглощающее граничное условие. Поглощающее граничное условие, используемое в текущем исследовании, основано на JB Freund ²⁷ и удлинить Li ²⁰, который настроен для имитации низкой скорости потока. Шаг по времени был установлен равным 10 ⁻⁶ с, так что число CFL было равно 7,8, что удовлетворяло условию для метода ASTS ²⁶ . Физическое время выполненных симуляций составляло 0,015 с и требовало параллельных вычислений с 1152 ядрами на 32 узлах в течение 30 часов. В таблице 1 приведены расчетные параметры для моделирования. Быстрое преобразование Фурье (БПФ) с использованием окна Ханна было применено к сигналам, взятым на расстоянии 100 мм от выходного отверстия губы ( x ₁ = 100 мм) для анализа звукового спектра в дальней зоне. Частота дискретизации БПФ составляла 50 кГц, а 256 точек усреднялись пять раз. Уровень звукового давления (SPL) был рассчитан на основе эталонного давления P _ref = 20 × 10 ⁻⁶ Па. В дополнение к звуковому спектру величины колебаний скорости на каждой частоте были рассчитаны с помощью БПФ. на каждой сетке, чтобы определить положение с наибольшим вкладом для потенциального источника звука ²³ .
Рисунок 3
Трехуровневая диаграмма общей расчетной области текущей модели.
Изображение в полный размер
Таблица 1 Расчетные параметры 0° модели.
Полноразмерная таблица
Результаты и обсуждение
Чтобы убедиться в точности моделирования в настоящей структуре, результат сравнили с экспериментальными измерениями. Акустическое давление измерялось на расстоянии 100 мм от выходного отверстия кромки ( x ₁ = 100 мм), а частотные спектры звука были рассчитаны с помощью БПФ, как показано на рис. 4а. Мы подтвердили, что величина скорости вокруг точки слежения достаточно мала, чтобы ею можно было пренебречь, и составляет менее 0,05 м/с. В ходе эксперимента реплика голосового тракта была построена с использованием 3D-принтера (Objet30Pro, Stratasys, США; точность: ± 0,1 мм), а постоянный поток был введен в модель с помощью компрессора (YC-4RS, Yaezaki, Токио, Япония). . Звук, издаваемый моделью, измерялся с помощью микрофона (тип 4939, Bruel & Kjaer, Нерум, Дания) на расстоянии x ₁ = 100 мм в безэховой камере (объемом 8,1 м ³ ). Произношение / s / было записано с реальным субъектом 18 раз произнесения. Субъект поддерживал / s / в течение 3 с без контекста гласных, и до того, как сигнал был рассчитан с помощью БПФ, некоторые части сигналов после начала и до смещения / s / удаляются. Поэтому включения эффекта начала и завершения избегали.
Рисунок 4
( a ) Спектр уровня звукового давления (SPL) базовой имитации (0°, сплошная черная линия) и измерения печатной копии (штриховая красная линия) и среднее значение реального субъекта для 18 записей (синие кружки). Столбики ошибок обозначают диапазон для 18 повторных записей. ( b ) Спрогнозированные спектры SPL с углами резцов от 0° до 30°.
Увеличенное изображение
Шипящий звук характеризуется как широкополосный шум выше 4 кГц. На частоте 3 кГц уровень звукового давления быстро увеличивался, и первый характерный пик достигал около 5 кГц. Этот результат показывает хорошее совпадение с измерениями для реального субъекта и оральной реплики, и те же характеристики шипящего звука /s/ были обнаружены Runte 9.0256 1 . Соответственно, этот результат предполагает, что существующая структура прямого аэроакустического расчета может обеспечить аэроакустические прогнозы с разумной точностью.
Для исследования влияния угла резца угол резца варьировался от 0° до 30°; спектры SPL в дальней зоне для этих углов показаны на рис. 4b. Согласно Runte ¹, изменение угла резцов протеза приводило к различному диапазону шумовых полос. В этом исследовании амплитуды от 8 до 12 кГц уменьшались за счет увеличения угла резца. Это означает, что верхняя граничная частота шума уменьшилась, а диапазон шумовых полос стал меньше при наклонных резцах. В то время как диапазон шумовой полосы 0° составлял примерно от 4 кГц до 12 кГц, диапазон шумовой полосы 30 ° составлял от 4 кГц до 8 кГц. Этот результат согласуется с результатом, полученным Runte 9.0256 1 . Кроме того, согласно Snow ²⁸, общий слышимый частотный диапазон мужской и женской речи составляет до 7 кГц и 9 кГц соответственно, а характерный пик шипящего звука около 4 кГц наблюдался для всех углов зубов. Следовательно, звуки, образуемые всеми падежами, можно охарактеризовать и распознать как свистящий фрикативный /с/. Однако уменьшение амплитуды в диапазоне частот от 8 кГц до 12 кГц может повлиять на распознавание звука.
На рис. 5 показаны нормализованная мгновенная величина скорости $\left|u\right|/{\stackrel{-}{\left|u\right|}}_{max}$ и среднеквадратичное значение (RMS) флуктуаций скорости ${\left|u\right|}_{rms}/{\stackrel{-}{\left|u\right|}}_{max}$ от моделей от 0° до 30° в срединно-сагиттальной плоскости ( x ₃ = 0). Как показано на рис. 5a,c,e,g, мгновенные скорости во всех случаях увеличиваются в узком канале между языком и твердым небом (шипящая канавка) (− 25 мм < x ₁ < − 16 мм). Ниже по течению от шипящей канавки поток стал турбулентным в области между зубами и нижней губой (− 15 мм < x ₁ < − 11 мм) в результате выхода струйного потока из шипящей канавки. Однако из-за того, что выход шипящей канавки стал шире в верхнем направлении с наклонными резцами, уменьшение окклюзии сделало основной поток более быстрым, и поток достиг более отдаленных положений. Следовательно, область с высоким среднеквадратичным значением, показанная на рис. 5b, d, f, h, перемещалась из полости между нижним резцом и губой к кончику нижней губы с увеличением угла резца. При этом на интенсивность турбулентности не влиял приподнятый резцовый угол. По аналогии Лайтхилла ²² , источник аэроакустического звука в основном создается временным изменением пространственных производных тензора напряжений Рейнольдса, что означает, что источник звука, вероятно, появился в области высоких значений RMS. Следовательно, различные конфигурации потока, вызванные приподнятым резцовым углом, можно рассматривать как причину различий в акустическом поле.
Рисунок 5
( a,c,e,g ) Нормированная мгновенная величина скорости и ( b,d,f,h ) среднеквадратичное значение (RMS) колебаний скорости при t = 0,015 с для ( a,b ) 0°, ( c,d ) 10°, ( e,f ) 20°, и ( г,ч ) Модели 30°.
Полноразмерное изображение
Чтобы определить причину различных значений SPL около 10 кГц между 0° и 30° на рис. 4b, были рассчитаны положения потенциальных источников звука для моделей 0° и 30°. Величины колебаний скорости на определенных частотах (5 кГц и 10 кГц) рассчитывались с помощью БПФ на каждой сетке. Величины колебаний скорости внутри голосового тракта для модели 0° вдоль x ₁ – x ₂ -Планина показана на рис. 6а при 5 кГц ( x ₃ = 1,1 мм) и гг. 6b в 10 KHZ ( x = 1,1 мм) и гг. − 7,7 мм) соответственно. На частоте 5 кГц максимальное значение находится за резцом, который является выходом шипящей канавки. Как видно из конфигураций потока (рис. 5), в этом месте возникло струйное течение. И наоборот, максимальное значение на частоте 10 кГц появилось в полости между зубами и нижней губой, то есть в положении (49.1, − 8,4, − 7,7). Это соответствует выходу струйного потока через зазор между зубьями. Величины флуктуаций скорости для 30-градусной модели на частотах 5 кГц (90 369 x 90 284 90 371 3 90 372 = 1,1 мм) и 10 кГц (90 369 x 90 284 90 371 3 90 372 = − 4,5 мм) показаны на рис. 6в, г, г. Максимальное значение для 5 кГц появилось на выходе шипящей канавки, что совпадает с положением для модели 0° на 5 кГц. Эти результаты показывают, что флуктуации скорости ниже сужения сформировали характерный пик на частоте 5 кГц как для моделей 0°, так и для моделей 30°. Наоборот, при частоте 10 кГц струйное течение 30-градусной модели проходило по поверхности резца, и максимальное значение пульсаций скорости возникало над нижней губой, которая находилась в положении (58,5, − 7,7, − 4,5). 9Рис. 6 ) Модели 30°.
Увеличенное изображение
Для определения соотношения между положениями пульсаций скорости, т. е. предполагаемых источников аэроакустического звука, и спектрами УЗД в дальней зоне, вместо базового моделирования с постоянной скоростью на входе из горловины, акустический моделирование с акустическими монопольными источниками проводилось для случаев 0° и 30°. В предыдущих акустических исследованиях для имитации звука, генерируемого турбулентным потоком, использовались монопольно-квадрупольные источники звука.0256 29,30 . Поэтому для простоты монопольные источники, состоящие из белого шума, применялись в настоящем исследовании в точке 1 (49,1, − 8,4, − 7,7) и точке 2 (58,5, − 7,7, − 4,5), что соответствовало положениям максимальные колебания скорости на частоте 10 кГц для обеих моделей.
Сравнение спектров звука в дальней зоне на рис. 7 показывает очевидную разницу амплитуд между двумя положениями источника звука в диапазоне частот 4–8 кГц. Когда источник звука находится в точке 1, SPL показывает характеристики шипящего звука для моделей 0° и 30°. И наоборот, уровень звукового давления, генерируемый источником звука в точке 2, состоял из широкого шума с амплитудами ниже, чем в точке 1. Это связано с тем, что источник звука в точке 1 располагался внутри смоделированной геометрии голосового тракта, а звуковая волна резонировала с переднюю полость рта. Расстояние от языко-небной перетяжки до передней поверхности губы 1,39.см, что близко к четверти длины волны около 6 кГц. Таким образом, SPL около 6 кГц был выше, а звук, генерируемый точкой 1, по-прежнему имел характеристики шипящего звука в дальнем поле. Напротив, поскольку акустический источник в точке 2 находился почти полностью за пределами речевого тракта, он не имел сильной связи с резонатором, и во всем частотном диапазоне в дальней зоне не могло быть уловлено никакого существенного звука. По этой причине уровень звукового давления в дальней зоне около 10 кГц был меньше в случае 30°. Следовательно, смещение положения аэроакустического источника повлияло на резонанс звуковых волн и повлияло на SPL в дальней зоне /s/.
Рисунок 7
Спектры SPL для моделей 0° и 30°, предсказанных для монопольных акустических источников в точке 1 (0,049, − 0,0084, − 0,0077) и точке 2 (0,0585, − 0,0077, − 0,0045).
Изображение в натуральную величину
Эти результаты и структура текущей имитационной модели могут прояснить влияние геометрических различий, возникающих в результате зубных протезов, например, положение и углы резцов, на поток, а также на генерацию звука. Кроме того, его можно использовать для проектирования зубных протезов и одновременного прогнозирования результатов хирургических процедур для производства свистящих фрикативов.
Выводы
Для исследования влияния угла наклона резца на речеобразование шипящего /с/ было проведено численное моделирование геометрии голосового тракта с различными углами резцов. На основании спектра SPL в дальней зоне увеличение угла резца с 0° до 30° не повлияло на характерный пик шипящего звука на частоте 4 кГц. Однако увеличение резцового угла уменьшало амплитуду звука в диапазоне частот от 8 до 12 кГц. В поле течения интенсивность турбулентности во всех случаях сохранялась на одном уровне, а максимальная скорость приходилась на шипящую канавку, а область высоких значений СКО перемещалась из полости между зубьями и нижней губой к вершине нижней губы при угол наклона увеличился.
Проведя акустическое моделирование с монопольным источником в положениях потенциального источника звука в случаях 0° и 30°, мы обнаружили, что положение акустического источника влияет на резонанс звуковой волны и влияет на спектр SPL в дальней зоне. В частности, если положение источника звука было расположено ближе к выходу из речевого тракта, т. е. к губам, источник не имел сильной связи с резонатором, и в дальнем поле нельзя было уловить значительную частоту. Поскольку канал потока после шипящей канавки становился шире, когда угол резца увеличивался от 0° до 30°, область больших колебаний скорости смещалась, а амплитуда звука в дальней зоне около 10 кГц уменьшалась. Следовательно, небольшое изменение геометрии в меньшей степени повлияло на интенсивность турбулентности, но изменило конфигурацию потока и сместило положение потенциального источника звука, тем самым влияя на характеристики акустического поля. Эти результаты обеспечивают базовые знания, необходимые для разработки зубных протезов для производства свистящих фрикативов.
Доступность данных
Наборы данных, созданные в ходе и/или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Ссылки
Runte, C. et al. Влияние положения центрального резца верхней челюсти в полных съемных протезах на звукопроизношение /s/. Дж. Простет. Вмятина. 85 (5), 485 (2001).
КАС Статья Google ученый
Ли А.С., Уайтхилл Т.Л., Чокка В. и Самман Н. Акустический и перцептивный анализ шипящего звука /s/ до и после ортогнатической хирургии. J. Оральная челюсть. Surg. 60 (4), 364 (2002).
Артикул Google ученый
Лю, Р. и др. Ассоциация резцовых перекрытий со звуком /s/ и речевыми характеристиками нижней челюсти. утра. Дж. Ортод. Дентофациальный ортоп. 155 (6), 851 (2019).
Артикул Google ученый
Фонтейн, Э. и др. Оценка речи во время лечения съемных протезов на мини-имплантатах верхней челюсти: проспективное исследование. J. Оральная реабилитация. 46 (12), 1151 (2019).
Артикул Google ученый
Ху, С., Ван, Дж., Дуан, Л. и Чен, Дж. Влияние дизайна моста на речь с передним несъемным зубным протезом: клиническое исследование и анализ методом конечных элементов. Дж. Простет. Вмятина. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2020.06.040 (2020).
Артикул пабмед Google ученый
Стивенс, К. Н. Воздушный поток и шум турбулентности для фрикативных и смычных согласных: статические соображения. Дж. Акуст. соц. Являюсь. 50 (4Б), 1180 (1971).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Бернетт, К.А. и Клиффорд, Т.Дж. Ближайшее пространство для речи во время производства шипящих звуков и его значение для установления вертикального размера окклюзии. Дж. Дент. Рез. 72 (6), 964 (1993).
КАС Статья Google ученый
Гамлет, С. Л., Каллисон, Б. Л. и Стоун, М. Л. Физиологический контроль продолжительности шипящих: понимание, обеспечиваемое речевой компенсацией зубных протезов. Дж. Акуст. соц. Являюсь. 65 (5), 1276 (1979).
ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый
Шадл, С. Х. Акустика фрикативных согласных, доктор философии. Диссертация, Массачусетский технологический институт (1985).
Ван Хиртум, А., Грандшам, X., Пелорсон, X., Нодзаки, К. и Шимоджо, С. Лес и экспериментальная проверка «in vitro» обтекания зубчатого препятствия. Междунар. Дж. Заявл. мех. 2 (02), 265 (2010).
Артикул Google ученый
Cisonni, J., Nozaki, K., Van Hirtum, A., Grandchamp, X. & Wada, S. Численное моделирование влияния отверстия отверстия на обтекание зубчатого препятствия. Динамик жидкости. Рез. 45 (2), 025505 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
“>
Нодзаки, К., Йошинага, Т. и Вада, С. Симулятор сибиланта /s/ на основе изображений компьютерной томографии и слепков зубов. Дж. Дент. Рез. 93 (2), 207 (2014).
КАС Статья Google ученый
Нодзаки, К. Численное моделирование шипящего звука [с] с использованием реальной геометрии голосового тракта человека. В Высокопроизводительные вычисления на векторных системах 2010 (ред. Реш, М. и др. ) 137–148 (Springer, 2010).
Глава Google ученый
Йошинага Т., Нодзаки К. и Вада С. Экспериментальное и численное исследование механизмов генерации звука шипящими фрикативами с использованием упрощенной модели голосового тракта. Физ. Жидкости 30 (3), 035104 (2018).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
“>
Понт, А., Гуаш, О., Байджес, Дж., Кодина, Р. и Ван Хиртум, А. Вычислительная аэроакустика для определения источников звука при генерации шипящих / с /. Междунар. Дж. Нумер. Метод биол. 35 (1), e3153 (2019).
Артикул Google ученый
Йошинага Т., Нодзаки К. и Вада С. Аэроакустический анализ индивидуальных характеристик свистящего фрикативного производства. Дж. Акуст. соц. Являюсь. 146 (2), 1239 (2019).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Ёсинага Т., Нодзаки К. и Иида А. Гистерезис аэроакустической генерации звука в артикуляции [s]. Физ. Жидкости 32 , 105114 (2020).
ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый
Li, C.G. & Tsubokura, M. Неявная модель турбулентности для маломаховой схемы Роу с использованием усеченных уравнений Навье-Стокса. Дж. Вычисл. физ. 345 , 462 (2017).
ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet КАС Статья Google ученый
Li, C.G. Сжимаемый решатель для ламинарно-турбулентного перехода в естественной конвекции с высокими перепадами температур с использованием неявного моделирования больших вихрей. Междунар. коммун. Тепломассообмен. 117 , 104721 (2020).
Артикул Google ученый
Ли, К.Г., Цубокура, М., Фу, В.С., Янссон, Н. и Ван, В.Х. Прямое численное моделирование сжимаемости с гибридным граничным условием переходных явлений в естественной конвекции. Междунар. J. Тепломассообмен. 90 , 654–664 (2015).
Артикул Google ученый
Накахаши, К. Метод построения куба для задач потока с широкополосной характеристической длиной. В Computational Fluid Dynamics 2002 (ред. Армфилд, SW и др. ) 77–81 (Springer, 2003).
Глава Google ученый
Лайтхилл, М. Дж. Об аэродинамическом генерировании звука I. Общая теория. Проц. Р. Соц. Лонд. сер. Математика. физ. науч. 211 (1107), 564 (1952).
ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый
Вайс, Дж. М. и Смит, В. А. Предварительное кондиционирование для потоков с переменной и постоянной плотностью. AIAA J. 33 , 2050–2057 (1995).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Лиан, К., Ся, Г. и Меркл, К. Л. Шаговое решение с ограниченным временем для повышения надежности в приложениях CFD. Дж. Вычисл. физ. 228 , 4836–4857 (2009).
ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet КАС Статья Google ученый
“>
Ли, К.Г., Лу, Х. и Цубокура, М. Схема адаптивного временного шага для аэроакустических расчетов. В International Conference on Flow Dynamics 2019/11 (Япония, Сендай, 2019).
Ким, К. Х. и Ким, К. Точные, эффективные и монотонные численные методы для многомерных сжимаемых течений. Часть II: Многомерный предельный процесс. Дж. Вычисл. физ. 208 , 570–615 (2005).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Фройнд, Дж. Б. Предлагаемое граничное условие притока/оттока для прямого расчета аэродинамического звука. AIAA J. 35 (4), 740–742 (1997).
ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Сноу, В. Б. Слышимые диапазоны частот музыки, речи и шума. Белл Сист. Тех. J. 10 (4), 616 (1931).
Артикул Google ученый
“>
Йошинага Т., Ван Хиртум А., Нодзаки К. и Вада С. Акустическое моделирование фрикативных звуков для ротового тракта с прямоугольным поперечным сечением. Дж. Саунд Виб. 476 , 115337 (2020).
Артикул Google ученый
Понт А., Гуаш О. и Арнела М. Генерация шипящих сигналов /s/ и /z/ методом конечных элементов с использованием случайных распределений вихрей Кирхгофа. Междунар. Дж. Нумер. Методы биомед. англ. 36 (2), e3302 (2020).
MathSciNet Статья Google ученый
Загрузить ссылки
Благодарности
Эта работа была поддержана RIKEN Junior Research Associate Program, JSPS KAKENHI (номера грантов: JP19H04124, JP19H03976 и JP20H01265) и JST CREST (номер гранта: JPMJCR20H7).
Информация об авторе
Авторы и организации
Лаборатория вычислительной гидродинамики, факультет вычислительных наук, Высшая школа системной информатики, Университет Кобе, 1-1 Роккодай, Нада-ку, Кобе, 657-8501, Япония
HsuehJui Lu, ChungGang Li & Makoto Tsubokura
Complex Phenomena Unified Simulation Research Team, RIKEN, Advanced Institute for Computational Science, Kobe, 650-0047, Japan
HsuehJui Lu, ChungGang Li & Makoto Tsubokura
Технологический университет Тойохаши, 1-1 Хибаригаока, Темпаку-чо, Тойохаси, Аити, 441-8580, Япония
Цукаса Ёсинага и Акиёси Иида
Стоматологическая больница Университета Осаки, 1-1 Ямадаока, Суита, Осака, 565- 0871, Япония
Казунори Нодзаки
Авторы
HsuehJui Lu
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Tsukasa Yoshinaga
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
ChungGang Li
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Казунори Нодзаки
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Akiyoshi Iida
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Makoto Tsubokura
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Взносы
Х. Л., Т.Ю., К.Г. Л., К.Н., А.И. и М.Ц. разработал проект. М.Т. и А.И. руководил проектом. Т.Ю. и К.Н. подготовил экспериментальные установки. Т.Ю. проводил опыты. К.Н. организовал предметные замеры. Х.Дж.Л. и К.Г.Л. провели численное моделирование и проанализировали данные. Статья была в основном написана H.J.L. с учетом всех комментариев авторов.
Автор, ответственный за переписку
Чанган Ли.
Заявление об этике
Конкурирующие интересы
Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Дополнительная информация
Примечание издателя
Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Права и разрешения
Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения.