Ajuste fino de un modelo de producción vocal para estimar el estrés de impacto utilizando un método metaheurístico

RESUMEN

Introducción: En modelos de producción vocal que emplean estructuras de resorte-masa-amortiguador, la precisión en la determinación de coeficientes de amortiguamiento que se asemejen a las características fisiológicas de las cuerdas vocales es crucial, teniendo en cuenta posibles variaciones en la representación de la viscoelasticidad. Objetivo: Este estudio tiene como objetivo realizar un ajuste paramétrico de un modelo de producción vocal basado en un sistema de resorte-masa-amortiguador que incorpora interacción con la presión subglótica, con el fin de modelar de manera precisa las fuerzas de colisión ejercidas por las cuerdas vocales durante la fonación. Método: Se utilizó un algoritmo de búsqueda metaheurística para la síntesis paramétrica. El algoritmo se aplicó a los coeficientes de elasticidad c1 y c2, así como a los coeficientes de amortiguamiento ε1 y ε2, que se correlacionan directamente con las matrices de masa del modelo. Esto facilita el ajuste de la composición de las cuerdas para lograr un comportamiento fisiológico deseado. Resultados: El comportamiento del sistema vocal para cada ciclo de simulación se comparó con un estándar predefinido en condiciones normales. El algoritmo determinó el punto final de la simulación evaluando las discrepancias entre características clave de las señales obtenidas y las deseadas. Conclusión: El ajuste paramétrico permitió la aproximación del comportamiento fisiológico de la producción vocal, proporcionando estimaciones de las fuerzas de impacto experimentadas por las cuerdas vocales durante la fonación.

ABSTRACT

Introduction: In vocal production models employing spring-mass-damper frameworks, precision in determining damping coefficients that align with physiological vocal fold characteristics is crucial, accounting for potential variations in the representation of viscosity-elasticity properties. Objective: This study aims to conduct a parametric fitting of a vocal production model based on a mass-spring-damper system incorporating subglottic pressure interaction, with the purpose of accurately modeling the collision forces exerted by vocal folds during phonation. Method: A metaheuristic search algorithm was employed for parametric synthesis. The algorithm was applied to elasticity coefficients c1 and c2, as well as damping coefficients ε1 and ε2, which directly correlate with the mass matrices of the model. This facilitates the adjustment of fold composition to achieve desired physiological behavior. Results: The vocal system's behavior for each simulation cycle was compared to a predefined standard under normal conditions. The algorithm determined the simulation endpoint by evaluating discrepancies between key features of the obtained signals and the desired ones. Conclusion: Parametric fitting enabled the approximation of physiological vocal production behavior, providing estimates of the impact forces experienced by vocal folds during phonation.