Detail předmětu
Biomechanika IV - bioakustika
FSI-RBK Ak. rok: 2021/2022 Zimní semestr
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
Zajišťuje ústav
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.
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace BIO: Biomechanika, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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
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