Biomechanika IV - bioakustika (FSI-RBK)

Akademický rok 2023/2024
Garant: Ing. Pavel Švancara, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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).
Výstupy studia a kompetence:
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.
Obsah předmětu (anotace):
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).
Metody vyučování:
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.
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.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  • Metoda konečných prvků (MKP) a metoda hraničních prvků (MHP) v akustice

  • Akustické vlastnosti otevřených a uzavřených prostorů, spektra

  • Psychoakustická hluková kritéria

  • Biomechanika tvorby lidského hlasu

  • Vokální trakt - jeho spektrální a modální vlastnosti, formanty samohlásek

  • Hlasivky - jejich funkce a výpočtové modely, náhradní zdroje hlasu

  • Metody pro experimentální analýzu hlasu

  • Biomechanika lidského sluchu

  • Kochlea a její funkce, některé vady sluchového orgánu

  • Hlasové poruchy
    Cvičení s počítačovou podporou

  • Akustické veličiny a převody mezi nimi, pásmová spektra, decibelové stupnice

  • Spektrální a modální vlastnosti kavit

  • Šíření akustických vln ve volném prostoru, akustické zdroje

  • Přenos akustických vln pře různé typy stěn

  • Vokální trakt, jeho spektrální a modální vlastnosti

  • Hlasivky a jejich funkce

  • Výpočtové modely funkce hlasivek

  • Experimentální analýza hlasu, formanty samohlásek

  • Výpočtové modely lidského ucha

  • Modelování funkce kochley
Literatura - základní:
1. I. R. Titze: Principles of Voice Production, Prentice Hall, 1994
2. Nový, R.: Hluk a chvění, České vysoké učení technické, Praha, 2009
3. Damaske, P.: Acoustics and Hearing, Springer-Verlag, Berlin- Heidelberg, 2008
Literatura - doporučená:
1. Titze, I. R. , Alipour, F.: The Myoelastic Aerodynamic Theory of Phonation, National Center for Voice and Speech, Denver and Iowa City, 2006
2. Rossin, T. D., editor: Springer Handbook of Acoustics, Springer, Würzburg, 2007
3. Ohayon, R., Soize, C.: Structural Acoustic and Vibration, Academic Press, London, 1998
4. Beer, G., Smith, I., Duenser, Ch.: The Boundary Element Method with Proramming, Springer-Verlag, 2008
5. Lyon, R. H., DeJong, R.G: Theory and Application of Statistical Energy Analysis, Butterwortth-Heinemann, Boston, 1995
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-IMB-P prezenční studium BIO Biomechanika -- zá,zk 3 Povinný 2 2 Z