Tato bakalářská práce se zaměřuje na numerickou simulaci vlastních frekvencí a vlastních tvarů kmitání lidských hlasivek. Jejím cílem je vytvoření numerického modelu, jehož prostřednictvím budou výpočty vlastních frekvencí a tvarů uskutečněny. Teoretická část seznamuje čtenáře s anatomií a fyziologií fonačního ústrojí a fyzikální podstatou vzniku lidského hlasu. Experimentální část se zabývá vývojem samotného modelu a jeho výsledky. Výstupem z práce je funkční numerický model hlasivky v softwaru COMSOL Multiphysics.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis is focused on numerical simulation of eigenfrequencies and eigenmodes of human vocal folds. The goal of the thesis is the creation of a numerical model based on which the calculations would be realized. In the theoretical part there is an introduction into the anatomy and physiology of human phonatory system and basic physical principles explaining the creation of human voice. The experimental part consists of development of the physical model and its results. The result of the thesis is a functional numerical model constructed in COMSOL Multiphysics.
Klíčová slova
numerický model, základní frekvence, hlasivky, normální mód
Klíčová slova v angličtině
computing model, eigenfrequency, vocal folds, normal mode
Rozsah průvodní práce
50
Jazyk
CZ
Anotace
Tato bakalářská práce se zaměřuje na numerickou simulaci vlastních frekvencí a vlastních tvarů kmitání lidských hlasivek. Jejím cílem je vytvoření numerického modelu, jehož prostřednictvím budou výpočty vlastních frekvencí a tvarů uskutečněny. Teoretická část seznamuje čtenáře s anatomií a fyziologií fonačního ústrojí a fyzikální podstatou vzniku lidského hlasu. Experimentální část se zabývá vývojem samotného modelu a jeho výsledky. Výstupem z práce je funkční numerický model hlasivky v softwaru COMSOL Multiphysics.
Anotace v angličtině
This bachelor thesis is focused on numerical simulation of eigenfrequencies and eigenmodes of human vocal folds. The goal of the thesis is the creation of a numerical model based on which the calculations would be realized. In the theoretical part there is an introduction into the anatomy and physiology of human phonatory system and basic physical principles explaining the creation of human voice. The experimental part consists of development of the physical model and its results. The result of the thesis is a functional numerical model constructed in COMSOL Multiphysics.
Klíčová slova
numerický model, základní frekvence, hlasivky, normální mód
Klíčová slova v angličtině
computing model, eigenfrequency, vocal folds, normal mode
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
Zjištění vlastních frekvencí silikonového modelu lidských hlasivek pro různé geometrie.
Sestavit a realizovat numerickou simulaci, s jejíž pomocí lze zjistit vliv tvaru a uspořádání vrstev modelu na jeho kmitání při modelování fonace.
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Lidský hlas vzniká v hlasivkové štěrbině. Vlivem interakce vydechovaného proudu vzduchu s viskoelastickými tkáněmi hlasivek dochází k rozkmitání hlasivek na základní frekvenci F0. Zdrojový akustický signál je dále formován (filtrován) vokálním traktem. Frekvence F0 je ovlivněna tvarem, rozměrem a hmotností hlasivek a aktivací hlasivkových svalů. Pro studium tohoto děje jsou často používány fyzikální syntetické in-vitro modely, obvykle na bázi silikonových nebo polyuretanových hmot. Jeden z takovýchto modelů je vyvíjen i v ČR na Ústavu termomechaniky AV ČR. Pro další vývoj tohoto modelu a výzkum mechanismů tvorby lidského hlasu by bylo velmi užitečné mít k dispozici numerický model, který by rychle a účinně predikoval jeho vlastní frekvence a tím pádem i základní frekvenci kmitání F0.
Výstupem z bakalářské práce bude článek připravený k publikaci.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
1) Jak ovlivní vlastní frekvenci změna tvaru modelu hlasivky?
2a) Jaký je vliv tloušťky vnější vrstvy silikonového modelu na vlastní frekvence kmitání?
2b) O kolik je posunutá základní frekvence F0 oproti nejnižší vlastní frekvenci modelu bez proudění?
Metoda:
Numerický experiment, experiment
Technika práce, vyhodnocení dat:
Technikou práce bude příprava numerického modelu v SW Comsol Multiphysics a následná realizace numerické simulace ve frekvenční oblasti - výpočet vlastních frekvencí a tvarů. Vyhodnocení dat bude probíhat ve zmíněném SW Comsol Multiphysics. Součástí práce dále bude účast při měření fyzikálních modelů hlasivek na Ústavu termomechaniky a vyhodnocení dat z experimentu.
Místo a čas realizace výzkumu:
Prosinec 2019 - březen 2020: Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i.
Vzorek:
Syntetický model hlasivek
Rozsah práce:
Rozsah bakalářské práce činí 50 až 70 stran (tzn. 1/3 teoretická část, 2/3 výzkumná část).
Forma zpracování kvalifikační práce:
Tištěná a elektronická.
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
Zjištění vlastních frekvencí silikonového modelu lidských hlasivek pro různé geometrie.
Sestavit a realizovat numerickou simulaci, s jejíž pomocí lze zjistit vliv tvaru a uspořádání vrstev modelu na jeho kmitání při modelování fonace.
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Lidský hlas vzniká v hlasivkové štěrbině. Vlivem interakce vydechovaného proudu vzduchu s viskoelastickými tkáněmi hlasivek dochází k rozkmitání hlasivek na základní frekvenci F0. Zdrojový akustický signál je dále formován (filtrován) vokálním traktem. Frekvence F0 je ovlivněna tvarem, rozměrem a hmotností hlasivek a aktivací hlasivkových svalů. Pro studium tohoto děje jsou často používány fyzikální syntetické in-vitro modely, obvykle na bázi silikonových nebo polyuretanových hmot. Jeden z takovýchto modelů je vyvíjen i v ČR na Ústavu termomechaniky AV ČR. Pro další vývoj tohoto modelu a výzkum mechanismů tvorby lidského hlasu by bylo velmi užitečné mít k dispozici numerický model, který by rychle a účinně predikoval jeho vlastní frekvence a tím pádem i základní frekvenci kmitání F0.
Výstupem z bakalářské práce bude článek připravený k publikaci.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
1) Jak ovlivní vlastní frekvenci změna tvaru modelu hlasivky?
2a) Jaký je vliv tloušťky vnější vrstvy silikonového modelu na vlastní frekvence kmitání?
2b) O kolik je posunutá základní frekvence F0 oproti nejnižší vlastní frekvenci modelu bez proudění?
Metoda:
Numerický experiment, experiment
Technika práce, vyhodnocení dat:
Technikou práce bude příprava numerického modelu v SW Comsol Multiphysics a následná realizace numerické simulace ve frekvenční oblasti - výpočet vlastních frekvencí a tvarů. Vyhodnocení dat bude probíhat ve zmíněném SW Comsol Multiphysics. Součástí práce dále bude účast při měření fyzikálních modelů hlasivek na Ústavu termomechaniky a vyhodnocení dat z experimentu.
Místo a čas realizace výzkumu:
Prosinec 2019 - březen 2020: Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i.
Vzorek:
Syntetický model hlasivek
Rozsah práce:
Rozsah bakalářské práce činí 50 až 70 stran (tzn. 1/3 teoretická část, 2/3 výzkumná část).
Forma zpracování kvalifikační práce:
Tištěná a elektronická.
Seznam doporučené literatury
Základní seznam odborné literatury:
BECKER, Stefan et al. 2009. Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model. Journal of the Acoustical Society of America. 125(3), 1351-1361.
DOI 10.1121/1.3068444.
HORÁČEK, Jaromír et al. 2016. Impact Stress in a Self-Oscillating Model of Human Vocal Folds. Journal of Vibration Engineering & Technologies. 4(3), 183-190.
ISSN 2321-3558.
KNIESBURGES, Stefan et al. 2013. Influence of Vortical Flow Structures on the Glottal Jet Location in the Supraglottal Region. Journal of Voice. 27(5), 531-544.
DOI 10.1016/j.jvoice.2013.04.005.
KNIESBURGES, Stefan et al. 2017. Effect of the ventricular folds in a synthetic larynx model. Journal of Biomechanics. 55(4), 128-133.
DOI 10.1016/j.jbiomech.2017.02.021.
LODERMEYER, Alexander et al. 2018. Aeroacoustic analysis of the human phonation process based on a hybrid acoustic PIV approach. Experiments in Fluids. 59(1). DOI 10.1007/s00348-017-2469-9.
NETTER, Frank H. 2016. Netterův anatomický atlas člověka. Brno: CPress. ISBN 978-80-264-1176-5.
PARK, Jong B. a Luc MONGEAU. 2008. Experimental investigation of the influence of a posterior gap on glottal flow and sound. The Journal of the Acoustical Society of America. 124(2), 1171. DOI 10.1121/1.2945116.
PICKUP, Brian A. a Scott L. THOMSON. 2009. Influence of asymmetric stiffness on the structural and aerodynamic response of synthetic vocal fold models. Journal of Biomechanics. 42(14), 2219-2225. DOI 10.1016/j.jbiomech.2009.06.039.
SYNDERGAARD, Kyle L. et al. 2016. Measuring contact area in synthetic vocal fold replicas using electrical resistance. The Journal of the Acoustical Society of America. 139(4), 2221-2221. DOI 10.1121/1.4950661.
THOMSON, S. L., L. MONGEAU a S. FRANKEL. 2005. Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America. 118(3 Pt 1), 1689-1700. DOI 10.1121/1.2000787.
TITZE, Ingo R. 2000. Principles of Voice Production. Englewood Cliffs: Prentice Hall. ISBN 0-13-717893-X.
Seznam doporučené literatury
Základní seznam odborné literatury:
BECKER, Stefan et al. 2009. Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model. Journal of the Acoustical Society of America. 125(3), 1351-1361.
DOI 10.1121/1.3068444.
HORÁČEK, Jaromír et al. 2016. Impact Stress in a Self-Oscillating Model of Human Vocal Folds. Journal of Vibration Engineering & Technologies. 4(3), 183-190.
ISSN 2321-3558.
KNIESBURGES, Stefan et al. 2013. Influence of Vortical Flow Structures on the Glottal Jet Location in the Supraglottal Region. Journal of Voice. 27(5), 531-544.
DOI 10.1016/j.jvoice.2013.04.005.
KNIESBURGES, Stefan et al. 2017. Effect of the ventricular folds in a synthetic larynx model. Journal of Biomechanics. 55(4), 128-133.
DOI 10.1016/j.jbiomech.2017.02.021.
LODERMEYER, Alexander et al. 2018. Aeroacoustic analysis of the human phonation process based on a hybrid acoustic PIV approach. Experiments in Fluids. 59(1). DOI 10.1007/s00348-017-2469-9.
NETTER, Frank H. 2016. Netterův anatomický atlas člověka. Brno: CPress. ISBN 978-80-264-1176-5.
PARK, Jong B. a Luc MONGEAU. 2008. Experimental investigation of the influence of a posterior gap on glottal flow and sound. The Journal of the Acoustical Society of America. 124(2), 1171. DOI 10.1121/1.2945116.
PICKUP, Brian A. a Scott L. THOMSON. 2009. Influence of asymmetric stiffness on the structural and aerodynamic response of synthetic vocal fold models. Journal of Biomechanics. 42(14), 2219-2225. DOI 10.1016/j.jbiomech.2009.06.039.
SYNDERGAARD, Kyle L. et al. 2016. Measuring contact area in synthetic vocal fold replicas using electrical resistance. The Journal of the Acoustical Society of America. 139(4), 2221-2221. DOI 10.1121/1.4950661.
THOMSON, S. L., L. MONGEAU a S. FRANKEL. 2005. Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America. 118(3 Pt 1), 1689-1700. DOI 10.1121/1.2000787.
TITZE, Ingo R. 2000. Principles of Voice Production. Englewood Cliffs: Prentice Hall. ISBN 0-13-717893-X.
Přílohy volně vložené
1 CD ROM
Přílohy vázané v práci
ilustrace, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.