Diplomová práce je zaměřena na vývoj umělých hlasivek a jejich podpůrné struktury pro použití ve studiu tvorby hlasu. Podpůrná struktura hlasivek byla navrhnuta tak, aby ji bylo možné použít s částmi experimentálního zařízení pro studium tvorby hlasu, které již byly dříve vyrobeny pro studium fonací preparátu hrtanu. Dalším cílem bylo, aby byla podpůrná struktura hlasivek modulární, tedy aby její části mohli být jednoduše a levně vyměněny za jiné části. Byl vytvořen návod na výrobu modelů hlasivek a také nástroje, které tuto výrobu usnadňují. Několik těchto modelů bylo testováno pro jejich schopnost samobuzené oscilace. Finální verze modelů silikonových hlasivek vykázala schopnost samobuzených oscilací na frekvencích 59-90 Hz, které jsou na dolní hranici frekvencí kmitů pozorovaných u mužských hlasivek in vivo.
Anotace v angličtině
The diploma thesis focuses on development of silicone models of vocal folds and their supporting framework to be used in studying of voice production. The supporting framework was designed to be used with parts of an experimental setup that were previously developed and manufactured for studies of phonation in excised larynges. The supporting framework was made to be modular, with parts being replaceable easily and without high financial costs. A step-by-step manual of vocal fold model fabrication was created, along with several devices used to help during the fabrication. Selected models were tested for their ability of self-oscillation. The final versions of the silicone vocal folds exhibited the ability to self-oscillate at the frequencies of 59-90 Hz. These frequencies are at the lower boundary of the oscillatory frequencies observed in male human vocal folds in vivo.
Klíčová slova
umělý hrtan, model hlasivek, samobuzený model hlasivek, fonace
Diplomová práce je zaměřena na vývoj umělých hlasivek a jejich podpůrné struktury pro použití ve studiu tvorby hlasu. Podpůrná struktura hlasivek byla navrhnuta tak, aby ji bylo možné použít s částmi experimentálního zařízení pro studium tvorby hlasu, které již byly dříve vyrobeny pro studium fonací preparátu hrtanu. Dalším cílem bylo, aby byla podpůrná struktura hlasivek modulární, tedy aby její části mohli být jednoduše a levně vyměněny za jiné části. Byl vytvořen návod na výrobu modelů hlasivek a také nástroje, které tuto výrobu usnadňují. Několik těchto modelů bylo testováno pro jejich schopnost samobuzené oscilace. Finální verze modelů silikonových hlasivek vykázala schopnost samobuzených oscilací na frekvencích 59-90 Hz, které jsou na dolní hranici frekvencí kmitů pozorovaných u mužských hlasivek in vivo.
Anotace v angličtině
The diploma thesis focuses on development of silicone models of vocal folds and their supporting framework to be used in studying of voice production. The supporting framework was designed to be used with parts of an experimental setup that were previously developed and manufactured for studies of phonation in excised larynges. The supporting framework was made to be modular, with parts being replaceable easily and without high financial costs. A step-by-step manual of vocal fold model fabrication was created, along with several devices used to help during the fabrication. Selected models were tested for their ability of self-oscillation. The final versions of the silicone vocal folds exhibited the ability to self-oscillate at the frequencies of 59-90 Hz. These frequencies are at the lower boundary of the oscillatory frequencies observed in male human vocal folds in vivo.
Klíčová slova
umělý hrtan, model hlasivek, samobuzený model hlasivek, fonace
Vypracujte práci v rozsahu cca 30-40 stran se základním členěním:
1) Úvod, cíle práce
2) Přehled problematiky (cca 10 stran) – struktura, tvar a funkce hlasivek, použití modelů hlasivek pro výzkum hlasu – jejich výhody a nevýhody.
3) Materiál a metody - popis metodiky a vybavení pro výrobu silikonových hlasivek (cca 10 stran)
4) Výsledky – dokumentace výsledků měření vlastností a kmitání vyrobených hlasivek (cca 10 stran)
5) Diskuse a závěr - rozbor výsledků, vztah výsledků k předchozím studiím (potvrzení, nepotvrzení či rozvinutí předchozích výsledků), ponaučení, které z toho plyne (cca 3-5 stran)
6) Literatura – citace cca. 30 prací
7) Shrnutí
V rešerši se zaměřte na:
· Důležitost hlasivek pro fonaci
· Funkční anatomii hlasivek, se zřetelem na tvar, strukturu a elastické vlastnosti
· Procesy výroby samobuzených silikonových modelů hlasivek
Zásady pro vypracování
Zásady pro vypracování:
Vypracujte práci v rozsahu cca 30-40 stran se základním členěním:
1) Úvod, cíle práce
2) Přehled problematiky (cca 10 stran) – struktura, tvar a funkce hlasivek, použití modelů hlasivek pro výzkum hlasu – jejich výhody a nevýhody.
3) Materiál a metody - popis metodiky a vybavení pro výrobu silikonových hlasivek (cca 10 stran)
4) Výsledky – dokumentace výsledků měření vlastností a kmitání vyrobených hlasivek (cca 10 stran)
5) Diskuse a závěr - rozbor výsledků, vztah výsledků k předchozím studiím (potvrzení, nepotvrzení či rozvinutí předchozích výsledků), ponaučení, které z toho plyne (cca 3-5 stran)
6) Literatura – citace cca. 30 prací
7) Shrnutí
V rešerši se zaměřte na:
· Důležitost hlasivek pro fonaci
· Funkční anatomii hlasivek, se zřetelem na tvar, strukturu a elastické vlastnosti
· Procesy výroby samobuzených silikonových modelů hlasivek
Seznam doporučené literatury
[1] R. C. Scherer, D. Shinwari, K. J. De Witt, C. Zhang, B. R. Kucinschi, and A. A. Afjeh, "Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees," J. Acoust. Soc. Am, vol. 109, no. 4, pp. 1616-1630, 2001.
[2] B. R. Kucinschi, R. C. Scherer, K. J. DeWitt, and T. T. M. Ng, "An experimental analysis of the pressures and flows within a driven mechanical model of phonation," J. Acoust. Soc. Am., vol. 119, no. 5, pp. 3011-3021, 2006.
[3] M. Krane, M. Barry, and T. Wei, "Unsteady behavior of flow in a scaled-up vocal folds model," J. Acoust. Soc. Am., vol. 122, no. 6, pp. 3659-3670, 2007.
[4] M. Triep, C. Brücker, M. Stingl, and M. Döllinger, "Optimized transformation of the glottal motion into a mechanical model," Med. Eng. Phys., vol. 33, no. 2, pp. 210-217, 2011.
[5] P. Sidlof, Fluid-structure interaction in human vocal folds. (Doctoral dissertation). Prague, the Czech Republic: Charles University in Prague, Department of Mathematics and Physics, 2007.
[6] J. Gilbert and J. F. Petiot, "Brass instruments, some theoretical and experimental results," Proceedings of the Institute of Acoustics, vol. 19, Part 5, pp. 391-400, 1997.
[7] N. Ruty, X. Pelorson, A. Van Hirtum, I. Lopez-Arteaga, and A. Hirschberg, "An in vitro setup to test the relevance and the accuracy of low-order vocal folds models," J. Acoust. Soc. Am, vol. 121, no. 1, pp. 479-490, 2007.
[8] A. Van Hirtum, J. Cisonni, N. Ruty, X. Pelorson, I. Lopez, and F. van Uittert, "Experimental validation of some issues in lip and vocal fold physical models," Acta Acustica United With Acustica, vol. 93, no. 2, pp. 314-323, 2007.
[9] S. L. Thomson, L. Mongeau, and S. H. Frankel, "Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds," J. Acoust. Soc. Am, vol. 118, no. 3, pt.1, pp. 1689-1700, 2005, doi: 10.1121/1.2000787.
[10] S. Weiss, A. Sutor, J. Ilg, S. J. Rupitsch, and R. Lerch, "Measurement and analysis of the material properties and oscillation characteristics of synthetic vocal folds," Acta Acustica United With Acustica, vol. 102, no. 2, pp. 214-229, 2016.
[11] P. R. Murray and S. L. Thomson, "Vibratory responses of synthetic, self-oscillating vocal fold models," J. Acoust. Soc. Am, vol. 132, no. 5, pp. 3428-3438, 2012.
[12] T. Vampola, J. Horacek, M. Dušková Smrčková, J. Köhler, and I. Klepáček, A vocal cord substitution and a method of tuning the vocal cord substitution, European Patent Application EP 3 072477 A1, date of publication: 28.09.2016, Bulletin 2016/39. 2016.
[13] S. Kniesburges et al., "In Vitro experimental investigation of voice production," Curr. Bioinform., vol. 6, no. 3, pp. 305-322, 2011.
[14] X. Pelorson and S. Becker, "Studying the physics of voice production using mechanical replicas," in Proceedings MAVEBA 2015: Models and Analysis of Vocal Emissions for Biomedical Applications, 9th International Workshop, September 2-4, 2015, Firenze, Italy, C. Manfredi Ed., 2015, pp. 81-84.
[15] P. R. Murray and S. L. Thomson, "Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication," J. Vis. Exp, vol. 58, no. e3498, pp. 1-5, 2011.
Seznam doporučené literatury
[1] R. C. Scherer, D. Shinwari, K. J. De Witt, C. Zhang, B. R. Kucinschi, and A. A. Afjeh, "Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees," J. Acoust. Soc. Am, vol. 109, no. 4, pp. 1616-1630, 2001.
[2] B. R. Kucinschi, R. C. Scherer, K. J. DeWitt, and T. T. M. Ng, "An experimental analysis of the pressures and flows within a driven mechanical model of phonation," J. Acoust. Soc. Am., vol. 119, no. 5, pp. 3011-3021, 2006.
[3] M. Krane, M. Barry, and T. Wei, "Unsteady behavior of flow in a scaled-up vocal folds model," J. Acoust. Soc. Am., vol. 122, no. 6, pp. 3659-3670, 2007.
[4] M. Triep, C. Brücker, M. Stingl, and M. Döllinger, "Optimized transformation of the glottal motion into a mechanical model," Med. Eng. Phys., vol. 33, no. 2, pp. 210-217, 2011.
[5] P. Sidlof, Fluid-structure interaction in human vocal folds. (Doctoral dissertation). Prague, the Czech Republic: Charles University in Prague, Department of Mathematics and Physics, 2007.
[6] J. Gilbert and J. F. Petiot, "Brass instruments, some theoretical and experimental results," Proceedings of the Institute of Acoustics, vol. 19, Part 5, pp. 391-400, 1997.
[7] N. Ruty, X. Pelorson, A. Van Hirtum, I. Lopez-Arteaga, and A. Hirschberg, "An in vitro setup to test the relevance and the accuracy of low-order vocal folds models," J. Acoust. Soc. Am, vol. 121, no. 1, pp. 479-490, 2007.
[8] A. Van Hirtum, J. Cisonni, N. Ruty, X. Pelorson, I. Lopez, and F. van Uittert, "Experimental validation of some issues in lip and vocal fold physical models," Acta Acustica United With Acustica, vol. 93, no. 2, pp. 314-323, 2007.
[9] S. L. Thomson, L. Mongeau, and S. H. Frankel, "Aerodynamic transfer of energy to the vocal folds," J. Acoust. Soc. Am, vol. 118, no. 3, pt.1, pp. 1689-1700, 2005, doi: 10.1121/1.2000787.
[10] S. Weiss, A. Sutor, J. Ilg, S. J. Rupitsch, and R. Lerch, "Measurement and analysis of the material properties and oscillation characteristics of synthetic vocal folds," Acta Acustica United With Acustica, vol. 102, no. 2, pp. 214-229, 2016.
[11] P. R. Murray and S. L. Thomson, "Vibratory responses of synthetic, self-oscillating vocal fold models," J. Acoust. Soc. Am, vol. 132, no. 5, pp. 3428-3438, 2012.
[12] T. Vampola, J. Horacek, M. Dušková Smrčková, J. Köhler, and I. Klepáček, A vocal cord substitution and a method of tuning the vocal cord substitution, European Patent Application EP 3 072477 A1, date of publication: 28.09.2016, Bulletin 2016/39. 2016.
[13] S. Kniesburges et al., "In Vitro experimental investigation of voice production," Curr. Bioinform., vol. 6, no. 3, pp. 305-322, 2011.
[14] X. Pelorson and S. Becker, "Studying the physics of voice production using mechanical replicas," in Proceedings MAVEBA 2015: Models and Analysis of Vocal Emissions for Biomedical Applications, 9th International Workshop, September 2-4, 2015, Firenze, Italy, C. Manfredi Ed., 2015, pp. 81-84.
[15] P. R. Murray and S. L. Thomson, "Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication," J. Vis. Exp, vol. 58, no. e3498, pp. 1-5, 2011.