Master's Thesis

Acoustic Analysis of the Wood Block Instrument

Final Thesis 5.06 MB Appendix 62.45 kB

Author of thesis: Bc. Mirko Troup

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Hájek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Votava

Abstract:

This master’s thesis deals with the mechanism of sound generation of the percussion musical instrument known as the woodblock, classified as an idiophone. The aim of the thesis is to create a numerical model using the finite element method in Ansys® MAPDL™ software and subsequently analyze the vibroacoustic behavior of the instrument with a focus on the influence of the surrounding acoustic environment and structural-acoustic interaction. First, a structural model of the woodblock without considering the surrounding air is created, on which modal and transient analyses are performed. Subsequently, the model is extended to include the surrounding acoustic environment and a fluid-structure analysis involving the interaction between the instrument structure and the surrounding air is carried out. The thesis also includes a spectral analysis of the resulting sound using the Fast Fourier Transform. The obtained numerical results are compared with experimental data published in the scientific literature and with the analytical model of a Helmholtz resonator. The results show that the resulting sound of the woodblock is not generated just by vibrations of the instrument structure itself, but is also significantly influenced by the resonance of the air cavity and the interaction with the surrounding acoustic environment.

Keywords:

Woodblock, structural-acoustic interaction, FEM, acoustic analysis, Helmholtz resonator.

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student ve vymezeném čase prezentoval svou závěrečnou práci. Následně byly přečteny posudky vedoucího a oponenta spolu s přiloženými dotazy, na které student odpověděl. Následně student zodpověděl doplňující dotazy: Jakým způsobem byl implementován vzduch a s jakými vlastnostmi? Byl brán jako kontinuum? Jak bylo předepsáno médium ve výpočetním softwaru? Dala by se geometricky upravit štěrbina v nástroji a dosáhnout tak jiné frekvence? Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako: B – velmi dobře.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering Mechanics and Biomechanics (N-IMB-P)

Specialization

Engineering Mechanics (IME)

Composition of Committee

prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
Ing. Jaroslav Suchánek (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Hájek, Ph.D.

Diplomová práce navazuje na aktuální výzkum brazilského hudebníka Leonarda Fukse, který se snaží popsat mechanismus vzniku zvuku v nástroji wood block. Je v ní proto vytvořeno několik výpočtových analýz, na nichž se podařilo lépe objasnit, že zvuk vzniká v dutině nástroje interakcí kmitající části nástroje se vzduchem uvnitř dutiny. Pro tento účel byly vytvořeny výpočtové modely nástroje bez vzduchu a s interakcí se vzduchem a u každého byla provedena modální analýza a transientní, pomocí níž bylo simulováno klepnutí paličky na nástroj. Student pracoval celou dobu svědomitě a tvůrčím způsobem hledal nové možnosti, jak objasnit vznik zvuku, což se mu nakonec povedlo do takové míry, že jeho výsledky velmi dobře odpovídají měřením Leonarda Fukse a doplňují jeho výzkum. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Votava

Diplomová práce vypracovaná Bc. Mirkem Troupem se zabývá akustickou analýzou woodblocku. V teoretické části student velmi podrobně popisuje základy akustiky nutné pro pochopení dané problematiky. Tato část je zpracována velmi detailně a názorně a je až na zahrnutí vlnové rovnice do akustických veličin vhodně strukturována.

V další kapitole je prezentován strukturní výpočtový model včetně výsledků a v následující kapitole strukturně-akustický výpočtový model včetně výsledků. V obou případech je výpočtový model popsán se všemi náležitostmi, stejně jako výsledky, jejichž prezentace je komplexní a přehledná. Drobnou nedostatečnost spatřuji v uspořádání podkapitol, kde student nezařadil model materiálu, geometrie, vazeb a zatížení do podkapitoly „Výpočtový model“, ale do samostatných podkapitol, které této podkapitole předcházejí.

V poslední kapitole jsou výsledky srovnány s experimentálními výsledky z literatury, kde byla nalezena vynikající shoda pro strukturně-akustický výpočtový model. Ačkoliv byly porovnány i výsledky pro jednotlivé úrovně výpočtových modelů, očekával bych názornější prezentaci tohoto srovnání, například ve formě grafů nebo porovnání obrázků. Pomocí výpočtového modelování byl vytvořen i soubor obsahující zvukový záznam woodblocku, který s poměrně dobrou přesností odpovídá reálnému zvuku daného hudebního nástroje.

Práce je psána faktograficky korektně, bez vágních formulací. Výjimku tvoří pouze tvrzení, že materiál paliček mění ladění woodblocku. Dále text neobsahuje gramatické ani stylistické chyby. Proto práci doporučuji k obhajobě se známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Proč byla v tranzientní analýze zvolena velikost budicí síly F = 1 N?
  2. Jak by výsledky ovlivnila změna velikosti budicí síly?
  3. Reprezentují okrajové podmínky reálně uchycení woodblocku v rámci bicí soupravy?
  4. Proč byly woodblocku na spodní straně zamezeny posuvy ve všech směrech?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová