Využití metody konečných prvků pro modelování akustického tlaku okolo hlavy člověka při fonaci

Finite element modelling of sound pressure around the human head during phonation

conference paper

en

The study presents finite element (FE) model of sound propagation through the vocal tract and around the human head during speech production. Similar experimental studies are not easily realisable. The FE model of the acoustic spaces corresponding to the human vocal tract for Czech vowel [a:] and acoustic space around the human head was created from computer tomography (CT) images. Modal and transient analyses (excitation by a short pulse) are used for analysis of resonant characteristics of the FE model. The production of vowel is then simulated using transient analysis of the FE models excited by Liljencrants-Fants (LF) glottal signal model. Formant frequencies detected from computed spectra are in good agreement with results of modal analysis and with literature. The results of numerical simulation enable evaluating of the transfer functions between a reference point near the lips and any point in the space around the head.

V práci je prezentován konečněprvkový (MKP) model šíření lidského hlasu vokálním traktem a v prostoru okolo hlavy. Zkoumání tohoto jevu pomocí experimentu není jednoduché zrealizovat. MKP model akustických prostor odpovídajících lidskému vokálnímu traktu nastavenému pro českou samohlásku [a:] a prostoru okolo hlavy byl vytvořen na základě dat z počítačové tomografie (CT). Rezonanční charakteristiky MKP modelu byly analyzovány pomocí modální a přechodové analýzy (buzení krátkým pulsem). Vyslovování samohlásky je potom simulováno pomocí přechodové analýzy při buzení MKP modelu pomocí Liljencrant-Fants (LF) modelu hlasivkového signálu. Poloha formantů ve vypočtených spektrech odpovídá dobře výsledkům modální analýzy a datům publikovaným v literatuře. Z výsledků numerické simulace je možno vyhodnotit přenosové funkce mezi referenčním bodem blízko rtů a libovolným dalším bodem v prostoru okolo hlavy.

The study presents finite element (FE) model of sound propagation through the vocal tract and around the human head during speech production. Similar experimental studies are not easily realisable. The FE model of the acoustic spaces corresponding to the human vocal tract for Czech vowel [a:] and acoustic space around the human head was created from computer tomography (CT) images. Modal and transient analyses (excitation by a short pulse) are used for analysis of resonant characteristics of the FE model. The production of vowel is then simulated using transient analysis of the FE models excited by Liljencrants-Fants (LF) glottal signal model. Formant frequencies detected from computed spectra are in good agreement with results of modal analysis and with literature. The results of numerical simulation enable evaluating of the transfer functions between a reference point near the lips and any point in the space around the head.

biomechanika hlasu, metoda konečných prvků, hladina akustického tlaku, model lidské hlavy

biomechanics of voice, finite element method, sound pressure level, human head model

2013

13.05.2013

Ústav termomechaniky, AV ČR v.v.i.

Svratka

978-80-87012-46-8

Engineering mechanics 2013

157–158

2