Page 223 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 张书文等： 呼吸声分类技术研究及检测系统设计 661

和PVDF 薄膜传感器虽然都具有体积小的优点，但 方式不同。人耳可以区分出来这些异常呼吸声，所
电容式驻极体传感器不具有柔性，且其在低频信号 以可以将呼吸声经过类似人耳听觉的Mel滤波器分
的采集效果并不理想。综上，PVDF 薄膜传感器是 析之后可以提取声音特征进行区分。根据这些特征
最适合采集人体呼吸声的传感器，它可以避免以上 可以分辨这些异常呼吸声。
传统声频采集装置的缺点，因此可以应用于医学呼 每种声音的不同可以根据其声音的频谱图来
吸声监护。本文所述的PVDF薄膜传感器检测装置 区分，频谱图中包含声音的特征 [9] 。图 3 中列出了
采用的是第一种传感器。该传感器采集人体的呼 正常呼吸声和几种异常气道声的频谱图。红线为正
吸声信号效果最好，分辨率最高，最适宜与人体皮 常呼吸声的频谱图，其表示健康人呼吸道以及肺部
肤组织接触 [6] 。该传感器采集信号的下限频率很 没有任何病变的呼吸声。绿线为支气管呼吸声的频
低，信号的频率范围为 8 Hz∼2.2 kHz，其灵敏度为 谱图，其形成原因主要有肺组织实变、肺内大空腔、
40 V/mm，电子噪声的典型值为1 mV。 压迫性肺不张等原因。蓝线为湿罗声的频谱图，其
形成原因是气流通过呼吸道分泌物 (如渗出液、痰
1.2 异常气道声
液、血液等) 形成的水泡致其破裂产生声音或气体
人的说话声可以通过声调以及发音方式来区 流经分泌物粘连而陷闭的肺泡和细支气管时致其
分，但呼吸声不能使用这些特点进行区分 [7] 。在人 重新充气张开产生声音。湿罗声的细分种类很多，
体呼吸过程中，气流经过呼吸道会与呼吸道的组织 包括粗湿罗声、中湿罗声和细湿罗声等，蓝线显示
以及气管相互作用产生声音。病人的呼吸道或者肺 的是其中一种。黄线为干罗声的频谱图，其形成原
部可能有病变 (例如分泌物、气泡等) 产生，这导致 因是气体通过狭窄的支气管或震动了黏液弦而产
气流在流经呼吸道时会产生异常声音 [8] 。这些异常 生的声音。其细分种类也有多种，其包含哮笛声、憨

声音并没有声调及发音方式的不同，只是其在产生 声等，黄线所示仅为其中的一种类型。

300
ࣨए 200
100
0
0 200 400 600 800 1000
ᮠဋ/Hz
(a) ൤࣢֐ծܦ
200
150
ࣨए 100
50
0
0 200 400 600 800 1000
ᮠဋ/Hz
(b) ஃඡኮܦ
200
ࣨए 150
100
50
0
0 200 400 600 800 1000
ᮠဋ/Hz
(c) ຳᎭܦ
500
ࣨए 400
300
200
100
0
0 200 400 600 800 1000
ᮠဋ/Hz
(d) ࣰᎭܦ
图 3 4 种不同典型声音的频谱图
Fig. 3 Spectrograms of four different typical sounds