Bachelor's Thesis

The influence of the material model in computational modeling of human vocal folds oscillations

Final Thesis 6.27 MB

Author of thesis: Daniel Pelíšek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Hájek, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on gathering data for material models commonly used in computational
modelling of vocal folds using the finite element method and finding values of material
parameters for each layer of the vocal fold. Then using simplified model of the vocal folds
and modal analysis to study the effects of different parameters on the first three mode shapes
and natural frequencies of the vocal fold.

Keywords:

vocal folds, finite element method, material model, modal analysis, natural frequency

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval svou závěrečnou práci a odpověděl na otázky vedoucího i oponenta. Dále odpovídal na dotazy členů zkušební komise a to následovně: 1) Materiálové parametry: zdroje? - odpověděl

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Machine and Equipment Construction (SSZ)

Composition of Committee

doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D. (předseda)
Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Nezbeda (člen)
Ing. Václav Mergl, Ph.D. (člen)
Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Předložená práce se zabývá problematikou numerického modelování lidských hlasivek se zaměřením na vliv materiálového modelu a geometrických parametrů na vlastní frekvence a tvary kmitů hlasivek. V úvodních kapitolách autor přehledně seznamuje čtenáře s anatomií hlasového ústrojí, strukturou hlasivek a základními teoriemi tvorby hlasu. Velmi přínosná je rozsáhlá rešerše materiálových modelů používaných při modelování hlasivek. Autor porovnává lineárně elastické, transverzálně izotropní, hyperelastické i viskoelastické přístupy a shromažďuje publikované rozsahy materiálových parametrů z odborné literatury. V praktické části autor vytvořil parametrický čtyřvrstvý model hlasivky vycházející z modelu M5 a provedl rozsáhlou modální analýzu několika variant materiálových modelů. Oceňuji zejména použití metodiky DOE (Design of Experiments) a Response Surface, která umožnila systematicky hodnotit citlivost vlastních frekvencí na změny vstupních parametrů. Po formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni. Student splnil všechny požadavky zadání, k řešení přistupoval samostatně a iniciativně. Výsledky práce mohou představovat důležitý podklad pro budoucí dynamické a fluidně-strukturní simulace lidské fonace.
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 B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
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. Petr Hájek, Ph.D.

V bakalářské práci je řešen vliv modelu materiálu, jeho parametrů a podélného protažení na vlastní frekvence lidské hlasivky. Za množstvím výsledků se dá tušit velký počet výpočtových analýz. Pozitivně hodnotím ověření vlivu počtu prvků na řešení a využití funkce Response surface a hyperelastického a jiného než izotropního modelu materiálu. Na druhou stranu, výsledky jsou hodnoceny spíše střídmě a vztahy mezi nimi nejsou dostatečně diskutovány. Některá důležitá nastavení modelů nejsou v práci uvedena. Rešeršní část je sice podrobná a obsahuje mnoho zdrojů, ale v označení jednotlivých parametrů materiálu a jejich indexech je značný zmatek, který místy znemožňuje zjištěné informace použít. V práci je také množství gramatických chyb, které ale naštěstí nesnižují kvalitu obsahu. Cíle práce byly splněny, práci doporučuji k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. Jaké okrajové podmínky jste použil u jednotlivých předepjatých modelů hlasivek v modální analýze?
  2. V tabulce 14 a 15 na straně 59 je vidět, že se zvyšujícím se protažením víceméně klesá 2. a 3. vlastní frekvence. Čím to podle Vás může být způsobeno?
  3. V kapitole 8.1 uvádíte, že fyziologická hodnota (zřejmě) základní oscilační frekvence hlasivek leží v rozmezí 60–250 Hz. Tento rozsah je velmi specifický a liší se mezi muži a ženami, zpěváky a nezpěváky apod. Pro jakou skupinu platí Vámi uvedený rozsah?
  4. V kapitole 8.3 píšete, že při modální analýze s modelem Neo Hooke jste uvolnil posuvy v ose Z. V ANSYSu se při modální analýze s předpětím dají nastavit nové okrajové podmínky tak, že jsou odlišné od strukturní analýzy, která jí předchází. Dokázal byste alespoň diskutovat, jaký vliv by v modální analýze měly takové okrajové podmínky, které by byly stejné jako u výpočtů s nepředepjatými hlasivkami?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová