Mathematical modelling of human vocal folds oscillations
Project goals
The study will be focused first on substantial expansion of application possibilities of the original aeroelastic model of vocal fold oscillations. The theoretical model based on fluid-structure interaction of a compliant body and the airflow was originally developed for modelling of the phonation pressure threshold by calculation of the aeroelastic stability boundaires of the system. The model will be improved by including the the nonlinerities enabling numerical simulations of post-critical behaviourof the system and the vocal folds oscillations during phonation. Non-linear effects are caused by structural nonlinearities (mainly by collisions of the vocal folds) as well as by nonlinearities of the aerodynamic orogin when the glottis is in a closingor opening phase. The improved model will provide simulations of a real function of the human vocal folds in voice production, the influence of various inborn defects and theoretical background for development of artificial replacements.
Keywords
leakage-flow induced vibrationsaeroelastic instabilityflutterdivergenceself-oscilationsnumerical simulationsnonlinear dynamicsfinite element methodbiomechanics of voice
Public support
Provider
Academy of Sciences of the Czech Republic
Programme
Grants of distinctly investigative character focused on the sphere of research pursued at present particularly in the Academy of Sciences of the Czech Republic
Call for proposals
Výzkumné granty 4 (SAV02004-A)
Main participants
—
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
IAA2076401
Alternative language
Project name in Czech
Matematické modelování kmitů lidských hlasivek
Annotation in Czech
Záměrem je nejprve podstatným způsobem rozšířit oblast použitelnosti originálního, nedávno vypracovaného aeroelestického modelu původně určeného pro modelování vzniku kmitání lidských hlasivek, tj. pro stanovení tzv. prahu fonace. Tento model je dosud založen na linearizované teorii vzájmené interakce kmitajícího tělesa a proudu vzduchu a práh fonace je v něm definován jako hranice aeroelestické stability systému. Nyní půjde o dopracování tohoto modelu rozšířením jeho platnosti i do pokritické, nelineární oblasti, což umožní numericky simulovat kmity hlasivek při vlastní fonaci. Nelineární efekty jsou způsobeny zejména rázy hlasivek a singularitami v aerodynamické části modelů při dovírání a otervírání mezihlasivkové štěrbiny během fonace. Zdokonalenýmodel umožní reálně simulovat funkci lidských hlasivek při tvorbě hlasu, včetně vlivu různých poruch a vrozených vad, a zároveň poskytne nezbytný teoretický základ pro vývoj hlasivkových protéz a umělých náhrad.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
BI - Acoustics and oscillation
CEP - secondary branch
BK - Liquid mechanics
CEP - another secondary branch
FF - ENT (ie. ear, nose, throat), ophthalmology, dentistry
10305 - Fluids and plasma physics (including surface physics)
10307 - Acoustics
30206 - Otorhinolaryngology
30207 - Ophthalmology
30208 - Dentistry, oral surgery and medicine
Completed project evaluation
Provider evaluation
V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)
Project results evaluation
Aeroelastic model of self-excited vibrations of human vocal folds was developed and validated by known clinical data that are on-line numerically simulated by the model. A complex 3D FE biomechanical model of complete human larynx was also developed.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2004
Realization period - end
Dec 1, 2007
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Feb 27, 2007
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP08-AV0-IA-U/02:2
Data delivery date
Jun 28, 2013
Finance
Total approved costs
3,800 thou. CZK
Public financial support
1,888 thou. CZK
Other public sources
1,346 thou. CZK
Non public and foreign sources
566 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
3 800 CZK thou.
Public support
1 888 CZK thou.
49%
Provider
Academy of Sciences of the Czech Republic
CEP
BI - Acoustics and oscillation
Solution period
01. 01. 2004 - 01. 12. 2007