Detail předmětu

Biomechanika IV - bioakustika

FSI-RBK Ak. rok: 2025/2026 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

3

Garant předmětu

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky

Vstupní znalosti

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

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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.
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.

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).
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.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-IMB-P: Inženýrská mechanika a biomechanika, magisterský navazující
specializace BIO: Biomechanika, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Osnova


  • 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

13 hod., povinná

Osnova


  • 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