Detail předmětu

Biomechanika IV - bioakustika

FSI-RBKAk. rok: 2022/2023

Bioakustika se zabývá lidskými orgány a orgány dalších živých tvorů, jejichž funkce je jistým způsobem vázána na využití zvukových vln, souhrnně na využití akustiky. Bioakustika se zabývá především generováním lidské řeči a percepcí sluchových vjemů. Zdrojový hlas je generován hlasivkami a je dále akusticky upravován průchodem vokálním traktem. Sluchový orgán zachycuje akustické vlnění z okolního prostředí a složitým elektricko-mechanickým systémem jej frekvenčně i amplitudově zpracovává na signály, které jsou dále dodávány do mozku.
V předmětu je také věnována pozornost výpočtovým modelům vibroakustických systémů - modely deterministické (metoda konečných prvků MKP, metoda hraničních prvků MHP), modely statistické (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA).

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Studenti během studia předmětu bioakustika získají cenné informace o dvou významných a pro život velmi důležitých lidských orgánů. Prvním je vokální trakt, druhým je sluchový orgán, jenž je řazen mezi základní smyslové orgány. Studenti se seznámí se správnou funkcí obou orgánů a také s některými jejich poruchami a vadami. Dále se studenti seznámí s výpočtovými modely vibroakustických systémů.

Prerekvizity

Student musí znát základy akustiky, maticový počet, lineární algebru, diferenciální rovnice, základy metody konečných prvků.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky k udělení zápočtu: Aktivní účast na cvičeních a vypracování požadovaného počtu dílčích úkolů a jejich prezentace. Účast na cvičení je povinná. V případě řádně omluvené absence řešení náhradního problému.
Zkouška: Zkouška je prováděna formou průřezového písemného testu. Vyhotovení správné odpovědi na méně než polovinu otázek je důvodem k neudělení zkoušky. Při výsledné kvalifikaci zkoušky je přihlíženo ke kvalitě vypracování dílčích úloh ze cvičení.
Konkrétní podobu zkoušky, typy, počet otázek či příkladů a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru.

Osnovy výuky

1. Akustické kmity, akustické módy trubic uzavřených a otevřených.
2. Dechové hudební nástroje
3.-4. Hlasové ústrojí. Vokální trakt, jeho spektrální a modální vlastnosti.
5. Analýza hlasu, formanty samohlásek.
6.-7. Funkce hlasivek
8. Náhradní zdroje hlasu, elektrolaryng, náhradní hlasivky.
9-10. Sluchový orgán, kochlea.
11.-12.Některé vady sluchového orgánu
13.Lebka, přenosové vlastnosti.

Učební cíle

Cílem předmětu je osvojení si znalostí o lidském vokálním traktu a sluchovém orgánu. Funkce obou ústrojí budou analyzovány teoreticky, počítačovým modelováním a dále budou analyzovány rovněž experimentálně. Součástí předmětu bude rovněž seznámení se s výpočtovými modely vibroakustických systémů - metoda konečných prvků MKP, metoda hraničních prvků MHP, statistická energetická analýza SEA, hybridní modely (MKP+SEA).

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Kontrola výuky je prováděna systematicky, na cvičeních je prováděn záznam účasti do seznamu studentů. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Kontrola připravenosti studentů na výuku prováděna průběžně u jednotlivých studentů, případně krátkým testem. Náhrada zameškané výuky v případě řádné omluvy je prováděna doplněním chybějící látky a případně zadáním náhradních příkladů. Chybějící experimentální cvičení je nutno nahradit v jiném termínu.

Základní literatura

Damaske, P.: Acoustics and Hearing, Springer-Verlag, Berlin- Heidelberg, 2008 (EN)
I. R. Titze: Principles of Voice Production, Prentice Hall, 1994 (EN)
Nový, R.: Hluk a chvění, České vysoké učení technické, Praha, 2009 (CS)

Doporučená literatura

Beer, G., Smith, I., Duenser, Ch.: The Boundary Element Method with Proramming, Springer-Verlag, 2008 (EN)
Lyon, R. H., DeJong, R.G: Theory and Application of Statistical Energy Analysis, Butterwortth-Heinemann, Boston, 1995 (EN)
Ohayon, R., Soize, C.: Structural Acoustic and Vibration, Academic Press, London, 1998
Rossin, T. D., editor: Springer Handbook of Acoustics, Springer, Würzburg, 2007 (EN)
Titze, I. R. , Alipour, F.: The Myoelastic Aerodynamic Theory of Phonation, National Center for Voice and Speech, Denver and Iowa City, 2006 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace BIO , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program CŽV celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    obor CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Osnova

1. Základní akustické veličiny a vztahy, vlnová rovnice a její řešení
2. Akustické vlastnosti otevřených a uzavřených prostorů, spektra
3. Psychoakustická hluková kritéria
4. Experimentální zjišťování akustických veličin
5. Metoda konečných prvků (MKP) a metoda hraničních prvků (MHP) v akustice
6. Statistická energetická analýza (SEA), hybridní modely (MKP+SEA)
7. Biomechanika tvorby lidského hlasu
8. Vokální trakt - jeho spektrální a modální vlastnosti, formanty samohlásek
9. Hlasivky - jejich funkce a výpočtové modely, náhradní zdroje hlasu
10. Metody pro experimentální analýzu hlasu
11. Hlasové poruchy
12. Biomechanika lidského sluchu
13. Kochlea a její funkce, některé vady sluchového orgánu

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Osnova

1. Akustické veličiny a převody mezi nimi, pásmová spektra, decibelové stupnice
2. Spektrální a modální vlastnosti kavit
3. Šíření akustických vln ve volném prostoru, akustické zdroje
4. Vyzařování akustických vln z vibrujícího tělesa do volného prostoru, vyzařovaný akustický výkon
5. Vyzařování akustických vln z vibrujícího tělesa do uzavřeného prostoru
6. Přenos akustických vln pře různé typy stěn
7. Vokální trakt, jeho spektrální a modální vlastnosti
8. Hlasivky a jejich funkce
9. Výpočtové modely funkce hlasivek
10. Experimentální analýza hlasu, formanty samohlásek
11. Výpočtové modely lidského ucha
12. Modelování funkce kochley
13. Lebka, přenosové vlastnosti

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz