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S. Zörner:
"Numerisches Simulationsverfahren für die präzise Berechnung der menschlichen Phonation unter realen Bedingungen";
Supervisor, Reviewer: M. Kaltenbacher, M. Döllinger; Mechanik und Mechatronik, 2014.

Die menschliche Stimme ist das alltägliche Instrument zur verbalen Kommunikation. Eine Erkrankung der Stimme, die so genannte Dysphonie, wie Heiserkeit, kann somit beträchtliche Auswirkung auf die Lebensqualität haben. Einschränkungen auf privater sowie beruflicher Ebene sind die Folge. Um die Mechanismen und dessen Ursachen nachzuvollziehen, die eine gesunde Stimme von der einer erkrankten unterscheidet, muss zunächst der Stimmbildungsprozess grundlegend verstanden werden. Die computergestützte Simulation ist im Falle der menschlichen Phonation ein hilfreiches Werkzeug, da sie nicht invasiv ist. Allerdings stößt eine exakte Nachbildung der komplexen Vorgänge der Phonation an die Grenzen der heutigen Rechenkapazitäten. Um diesem entgegenzuwirken, ist es notwendig, das Modell zu vereinfachen. Diese Dissertation analysiert verschiedene Modellvereinfachungen und die dadurch verursachten modellbasierten Fehler. Für die Untersuchungen wurde das Computerprogramm CFS++ verwendet und erweitert, um die Interaktion von Strömung (Luft) und Strukturvibrationen (Stimmlippenschwingung) simulieren zu können. Ebenfalls können mit dem Programm die daraus entstehenden Schallquellen und die Schallausbreitung berechnet werden. Zuerst wird die Auswirkung der geometrischen Modellierung der Stimmlippen untersucht. Dazu werden in einer voll gekoppelten Strömungs- Struktur-Simulation die Schwingungen zweier unterschiedlicher geometrischer Stimmlippenmodelle genauestens miteinander verglichen. Ferner wird untersucht, ob die Kopplung von Strömung und Struktur zu einer reinen Strömungssimulation reduziert werden kann. Die Schwingung der Stimmlippen wird dabei mit speziellen Randbedingungen imitiert. Zusätzlich werden unterschiedliche aeroakustische Analogien untersucht und verglichen. Die akustischen Verfahren ermöglichen dabei eine genaue Ortung der akustischen Quellen bei der Stimmerzeugung. Das entwickelte Simulationsverfahren ist ebenfalls dazu fähig, den Vokaltrakt zu berücksichtigen, um beispielsweise das erzeugte Schallfeld eines Vokals zu berechnen.

Mechanik