时显示，具有便携性和实用性；另外，无侵入式的测量方法不仅避免了直接测量的有创，而且对发声系统最小程度的干扰，具有更好的操作性和可靠性；最后，利用声门下压法和波流指数法的双维度联合估计，提高了发声效率测量的精确性和病理检测的有效性。
[0037]本发明还提供了一种声带振动发声效率测量方法，通过获取被测者的特征信号，能够快速得到不同算法下的声带振动发声效率，并绘制出声带振动发声效率坐标图，能够直观的反映发声效率的状态，为后续诊断提供依据并且采用双维度联合估计，提高了发声效率测量的精确性和病理检测的有效性。
【附图说明】
[0038]图1是本发明的系统框图；
[0039]图2是本发明的发声效率评价二维图；
[0040]图3是本发明的外围电路系统框图；
[0041]图4是本发明的系统主程序软件流程图；
[0042]图5是本发明的系统功能I软件流程图；
[0043]图6是本发明的系统功能2软件流程图；
[0044]图7是本发明的系统功能3软件流程图。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对本发明做详细描述。
[0046]如图1所示，本发明提供了一种声带振动发声效率测量系统，包括:传感器模块、信号预处理模块、中央控制模块、单片机与PC机交互模块和处理模块；
[0047]传感器模块，用于按照预设频率采集发声者的特征信号，所述特征信号包括声门下压、声门气流和声级；所述传感器模块包括:口腔气压传感器、口腔气流传感器和麦克风。
[0048]如图3所示，信号预处理模块，用于对采集到的特征信号进行预处理；所述信号预处理模块包括前置放大电路，低通滤波电路和工频滤波电路；传感器模块的输出端与前置放大电路的输入端相连，前置放大电路的输出端与低通滤波电路的输入端相连，低通滤波电路的输出端与工频滤波电路的输入端相连，工频滤波电路的输出端与中央控制模块的输入端相连。
[0049]中央控制模块，用于设置特征信号的采集频率，以及显示特征信号的参数值；所述中央控制模块是由单片机系统构成的。键盘输入模块输出端与AD转换模块控制端通过单片机相连，键盘输入模块通过单片机进行AD转化模块通道选择和采样率的控制。同时，键盘输入模块还可以通过单片机实现功能的选择，分别进行肺活量测量，环境噪声检测和发声效率的测量。
[0050]单片机与PC机交互模块，用于将特征信号的参数值传输到处理模块；
[0051]处理模块，用于接收特征信号，通过声门下压法和波流指数法分别对特征信号进行计算，获得两种算法下的发声效率，并以声门下压法测量结果为横坐标，以波流指数法测量结果为纵坐标建立声带振动发声效率坐标图，如图2所示。
[0052]所述处理模块具体用于:
[0053]利用公式pi = p*v求取空气动力学能量，其中P为声门下压，V为声门气流；利用公式p2 = Α*10^1(ι*10_12求取语音发声能量，其中SPL为发声时测量到的声级，A为声能传播的面积；声门下压法的发声效率为Pl与Ρ2的比值；
[0054]波流指数法的计算发声效率为ε = g-ky，其中g为声级，表征的是声强，μ =201og(u/u0),表征声门气流强度，其中，u0为气流基准强度(10cm3/S)，u为测量到的平均声门气流，k为常量，取值为I。
[0055]以声门下压法测量结果为横坐标，以波流指数法测量结果为纵坐标建立声带振动发声效率坐标图。
[0056]所述处理模块可以通过单片机PC机交互模块接收口腔气压、口腔气流和麦克风的测量值并对这三种信号进行实时显示。通过特征点的分析和判断识别声门下压，平均声门气流和声级，最终完成发声效率的计算。
[0057]进一步的，还包括AD转换模块和键盘输入模块，键盘输入模块与AD转换模块的输出端与中央控制模块相连，键盘输入模块通过中央控制模块进行AD转化模块通道选择和采样率的控制具体包括:
[0058]当选择功能为肺活量测量时，AD转换模块完成对口腔气流信号的采样并利用液晶显不屏完成结果的显不;
[0059]当选择功能为环境噪声检测时，AD转换模块完成对声级信号的采样并利用液晶显不屏完成结果的显不;
[0060]当选择功能为发声效率测量时，AD转换模块依次完成对口腔气流、口腔气压和声级的顺序采样并通过单片机PC机交互模块将数据上传到PC机上。
[0061]本发明中，首先利用三路传感器分别采集声门下压、声门气流和声级信号，将采集到的信号通过前置放大、低通滤波器滤除噪声和高频干扰后通过AD转换输入到单片机中，单片机的定时器负责整个系统的采集控制和数据的处理和传输。整个系统包括三个功能，分别是肺活量的测量、环境噪声的检测和发声效率的测量，利用键盘和显示器可以对系统功能进行选择并通过液晶显示器加以显示。在功能3发声效率的测量中，由于单片机的数据存储和处理能力有限，其将数据实时传输到PC机上，PC机上的专用软件将会对上传的数据进行识别和处理，并将数字信号转化为具有生理意义的发声参数值。最终软件对声门下压，声门气流和声功率进行识别计算并最终得到发声效率。
[0062]第一、外围电路设计
[0063]整个系统包括外部电路和单片机电路两个部分，外部电路主要负责信号的采集和前端处理。而单片机电路主要负责的是功能的选择，液晶屏的显示，键盘的控制及信号采集传输。基于以上系统的需求，我们给出了外围电路的系统框图，如图3所示。
[0064]外围电路主要由传感器模块、前置放大电路、低通滤波电路、50Hz工频滤波电路和负电源产生电路构成，其中前置放大电路采用三运放差分放大器，50Hz工频滤波电路采用F42N50IWP，滤波模块采用二阶低通滤波电路。本设计中采用0P07芯片构成三运放差分放大电路，通过设置Rw值，使电路具有较大的增益范围，能够较好地满足设计中要求的放大功能。采用LM324M构成二阶低通滤波电路，对传感器中的高频干扰信号进行滤除，可以实现基本的滤波功能。
[0065]同时，本系统中用到的芯片通常工作在双电源模式下，采用±5V供电，正电源选用5V稳压电源，利用ICL7660获取-5V电源。这种方法可以将单电源转换成对称输出的双电源。这样在电路设计中，就可以方便的采用单电源输入即可满足电路设计中芯片的要求，降低了电路对外界电源供电的要求，使得电路可以更广泛的应用。
[0066]第二、单片机电路设计
[0067]在外围电路对信号进行前端处理后，就交由单片机系统进行AD转换，信号采集控制、有效传输及键盘输入和液晶屏显示。具体部分如下所示:
[0068]单片机硬件系统:
[0069]单片机硬件系统的核心是PIC单片机，在本系统中选取的型号为PIC16F877A。单片机最小系统是使单片机能够正常工作的最简电路，包括电源模块、外部晶振和复位模块。电源采用+5V稳压电源供电或电脑USB 口供电，外部晶振由单片机时钟周期决定，选用4M晶振，复位电路用于外部复位，低电平有效。键盘输