but.committee	prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (předseda) prof. Dr. Ing. Tomáš Vampola (člen) Ing. Jaromír Horáček, DrSc. (člen) doc. RNDr. Miroslav Doložílek, CSc. (člen) doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)	cs
but.defence	Práce představuje významný rešeršní a teoretický přínos pro výpočtové modelování hlasivek jako kombinace stlačitelného fluidního média a poddajné tuhé fáze s výstupem do akustiky lidského hlasu. Oponenti upozornili na některé nedostatky ve specifikaci výpočtových modelů, které je třeba odstranit, aby kvalitní výsledky práce byly způsobilé k publikování ve špičkových časopisech.	cs
but.jazyk	čeština (Czech)
but.program	Aplikované vědy v inženýrství	cs
but.result	práce byla úspěšně obhájena	cs
dc.contributor.advisor	Švancara, Pavel	cs
dc.contributor.author	Matug, Michal	cs
dc.contributor.referee	Vampola, Tomáš	cs
dc.contributor.referee	Horáček, Jaromír	cs
dc.date.created	2015	cs
dc.description.abstract	Práce se zabývá výpočtovým modelováním funkce lidských hlasivek a vokálního traktu s využitím metody konečných prvků (MKP). Hlas hraje klíčovou roli v lidské komunikaci. Proto je jedním z důležitých cílů současné medicíny vytvořit umělé hlasivky, které by mohly být implantovány pacientům, kterým musely být odstraněny jejich hlasivky původní. Pro pochopení principů tvorby hlasu, určení parametrů, které musí umělé hlasivky splňovat a ověření jejich funkčnosti je možno využít výpočtového modelování. První část práce se zabývá výpočtovým modelováním pro tvorbu lidského hlasu šeptem. V této kapitole byl na MKP modelu vokálního traktu a průdušnice zkoumán vliv velikosti mezihlasivkové mezery na rozložení vlastních frekvencí pro jednotlivé samohlásky. Dále je v práci prezentován rovinný (2D) konečnoprvkový model samobuzeného kmitání lidských hlasivek v interakci s akustickými prostory vokálního traktu. Rovinný model vokálního traktu byl vytvořen na základě snímků z magnetické rezonance (MRI). Pro řešení interakce mezi strukturou a tekutinou je použito explicitní výpočtové schéma s oddělenými řešiči pro strukturu a pro proudění. Vytvořený výpočtový model zahrnuje: velké deformace tkáně hlasivek, kontakt mezi hlasivkami, interakci mezi strukturou a tekutinou, morfování sítě vzduchu podle pohybu hlasivek (metoda Arbitrary Lagrangian-Eulerian), neustálené viskózní a stlačitelné nebo nestlačitelné proudění popsané pomocí Navier-Stokesových rovnic a přerušování proudu vzduchu během uzavření hlasivek. Na tomto modelu jsou zkoumány projevy změn tuhosti a tlumení jednotlivých vrstev (zejména pak laminy proprii). Součástí této výpočtové analýzy je také porovnání chování hlasivek pro stlačitelný a nestlačitelný model proudění. Ze získaných výsledků výpočtu MKP modelu jsou následně vytvářeny videokymogramy (VKG), které umožňují porovnat pohyb mezi jednotlivými variantami modelu a se skutečnými lidskými hlasivkami. V další části práce je potom prezentován prostorový (3D) MKP model samobuzeného kmitání lidských hlasivek. Tento prostorový model vznikl z předchozího rovinného modelu vytažením do třetího rozměru. Na tomto modelu byl opět porovnáván vliv použití stlačitelného a nestlačitelného modelu proudění na pohyb hlasivek a vytvářený zvuk s využitím videokymogramů a zvukových spekter. Poslední část práce se zabývá jednou z možností náhrady přirozeného zdrojového hlasu v podobě plátkového elementu. Chování plátkového elementu bylo zkoumáno na výpočtovém a experimentálním modelu. Experimentální model umožňuje změny v nastavení vzájemné polohy plátku vůči dorazu a provádění akustických a optických měření.	cs
dc.description.abstract	This doctoral thesis focuses on computational modelling of human vocal folds and vocal tract functions using finite element method (FEM). Human voice is crucial in human communication. Therefore one of the main targets of current medicine is creation of artificial vocal folds, which would substitute the original vocal folds. The computational modelling can be used to understand principles of voice production, determination of parameters that the artificial vocal folds have to meet and verification of their functionality. First part of this thesis focuses on modelling of human voice creation by whisper. Influence of intraglottal gap on eigenvalues distribution for individual vowels was analysed using FEM vocal tract and trachea model. Further there is presented two-dimensional (2D) finite element model of the flow-induced self-oscillation of the human vocal folds in interaction with acoustic spaces of the vocal tract. The 2D vocal tract model was created on the basis of converting the data from magnetic resonance images (MRI). Explicit coupling scheme with separated solvers for structure and fluid domain was used for modelling of the fluid-structure interaction. Created computational model comprises: large deformations of the vocal folds tissue, contact between vocal folds, fluid-structure interaction, morphing the fluid mesh according to the vocal-fold motion (Arbitrary Lagrangian-Eulerian approach), unsteady viscous compressible or incompressible airflow described by the Navier-Stokes equations and airflow separation during glottis closure. This model is used to analyse the influence of stiffness and damping changes in individual vocal fold tissue layers (in particular in superficial lamina propria). Part of this computational analysis is also comparison of vocal folds behaviour for compressible and incompressible flow model. Videokymograms (VKG) are subsequently created from obtained results of FEM calculations which enable to compare individual variants between themselves and with motion of real human vocal folds. In next part of this thesis is presented three-dimensional (3D) finite element model of the flow-induced self-oscillation of the human vocal folds. This 3D model was created from a previous 2D model by extrude to the third direction. Using this model was again compared influence of compressible and incompressible flow model on vocal folds motion and generated sound by using videokymograms and acoustic spectra. The last part of this thesis focuses on the possibility to replace missing natural source voice in form reed-based element. Behaviour of reed-based element was analysed using computational modelling and using measurements on experimental physical model. The physical model enables changes in setting gap between reed and reed stop and performing acoustical and optical measurements.	en
dc.description.mark	P	cs
dc.identifier.citation	MATUG, M. Náhradní hlasivky pro generování zdrojového hlasu: Počítačové modelování funkce hlasivek [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2015.	cs
dc.identifier.other	80646	cs
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11012/38217
dc.language.iso	cs	cs
dc.publisher	Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství	cs
dc.rights	Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení	cs
dc.subject	biomechanika lidského hlasu	cs
dc.subject	metoda konečných prvků	cs
dc.subject	simulace fonace	cs
dc.subject	interakce struktura-tekutina-akustika	cs
dc.subject	videokymografie	cs
dc.subject	plátkový element	cs
dc.subject	biomechanics of human voice	en
dc.subject	finite element method	en
dc.subject	simulation of phonation	en
dc.subject	fluid-structure-acoustic interaction	en
dc.subject	videokymography	en
dc.subject	reed-based element	en
dc.title	Náhradní hlasivky pro generování zdrojového hlasu: Počítačové modelování funkce hlasivek	cs
dc.title.alternative	Compensatory Vocal Folds for Source Voice Generation: Computational Modeling of Vocal Folds Function	en
dc.type	Text	cs
dc.type.driver	doctoralThesis	en
dc.type.evskp	dizertační práce	cs
dcterms.dateAccepted	2015-07-02	cs
dcterms.modified	2015-07-10-10:13:11	cs
eprints.affiliatedInstitution.faculty	Fakulta strojního inženýrství	cs
sync.item.dbid	80646	en
sync.item.dbtype	ZP	en
sync.item.insts	2025.03.27 14:41:16	en
sync.item.modts	2025.01.15 21:12:59	en
thesis.discipline	Inženýrská mechanika	cs
thesis.grantor	Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky	cs
thesis.level	Doktorský	cs
thesis.name	Ph.D.	cs

Náhradní hlasivky pro generování zdrojového hlasu: Počítačové modelování funkce hlasivek

Files

Original bundle

Collections