FOR 894:  Fundamental Flow Analysis of the Human Voice

• Subject Area: Medicine ; Computer Science, Systems and Electrical Engineering ; Mathematics ; Thermal Engineering/Process Engineering
• Term: from 2007 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 35819142

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Die FOR894 bündelte das Wissen aus der medizinischen, physikalischen und technischen Grundlagenforschung in einem gemeinsamen Projekt und ermöglichte erstmalig die interdisziplinäre Bearbeitung des Komplexes „Physiologie der Stimmentstehung“ unter Einbeziehung aller notwendigen wissenschaftlichen Teilgebiete. Die Analysen erfolgten anhand sich ergänzender dreier numerischer (2D-FEM, 3D-FVM, 3D-Masse-Feder-Modell), zweier physikalischer (Luft und Wasser getrieben) und eines in vitro Modells. Durch die Federführung des klinischen Teilprojekts wurden die Arbeiten auf aktuelle medizinische und klinische Fragestellungen fokussiert. Allgemein gesprochen wurden während der Förderperiode Zusammenhänge nichtlinearer Wechselwirkung während der Stimmgebung analysiert. Es wurde die Rückwirkung des kurzen, supraglottal gelegenen Vokaltraktanteils bis zu den Taschenfalten in die Messungen und Modellvorstellungen mit einbezogen und beschrieben. Auf der Grundlage von Strömungsformen, Gewebeschwingung, Materialbeschaffenheit der Stimmlippen und Berücksichtigung des supraglottalen Gebiets wurde ein verbessertes physikalisches Verständnis erreicht: Die Entstehung periodischer und nichtperiodischer (rauschbehaftete) Anteile des primären Stimmsignals wurden identifiziert. Die Stimmlippenschwingungen und das daraus resultierende akustische Signal wurden in Zusammenhang gesetzt und für unterschiedliche Randbedingungen voraussagbar gemacht. Die erreichten Ergebnisse sind der erste Schritt einer zukünftigen modellgetriebenen Behandlungsplanung. Durch die innovativen Arbeiten der FOR894 wurde der Standort Deutschland und insbesondere die Universität Erlangen ein Vorreiter im Gebiet der internationalen Stimmforschung. Die Arbeiten der Gruppe erfuhr international höchste Anerkennung aus der sich intensive langfristige Kooperationen ergaben.

Publications

• A 2D Finite-Element Scheme for Fluid- Solid-Acoustic Interactions and its Application to Human Phonation. Comput Method Appl M, 198(41-44):3321-34; 2009
  G. Link, M. Kaltenbacher, M. Breuer, M. Döllinger
  
• Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model. J Acoust Soc Am, 125(3):1351- 61;2009
  S. Becker, S. Kniesburges, S. Müller, A. Delgado, G. Link, M. Kaltenbacher, M. Döllinger
  
• Optical reconstruction of high-speed surface dynamics in an uncontrollable environment. IEEE T Med Imaging, 29(12):1979-91;2010
  G. Luegmair, S. Kniesburges, M. Zimmermann, A. Sutor, U. Eysholdt, M. Döllinger
  
• Three-dimensional nature of the glottal jet. J Acoust Soc Am, 127(3):1537-47;2010
  M. Triep, Ch. Brücker
  
• Analysing and understanding the singing voice: Recent progress and open questions. Curr Bioinform, 6(3):362-374, 2011
  M. Kob, N. Henrich, H. Herzel, D. Howard, I. Tokuda, J. Wolfe
  
• Clinical analysis methods of voice disorder. Curr Bioinform, 6(3):270-285, 2011
  Ziethe, R. Patel, M. Kunduk, U. Eysholdt, S. Graf
  
• Devices and methods on analysis of biomechanical properties of laryngeal tissue and substitute materials. Curr Bioinform, 6(3):344-361, 2011
  E. Goodyear, J.J. Jiang, E.E. Devine, A. Sutor, S. Rupitsch, S. Zörner, M. Stingl, B. Schmidt
  
• Experiments on analysing voice production: Excised (human, animal) and in vivo (animal) approaches. Curr Bioinform 6(3):286-304, 2011
  M. Döllinger, J. Kobler, D. A. Berry, D. D. Mehta, G. Luegmair, C. Bohr
  
• In vitro experimental investigation of voice production. Curr Bioinform 6(3):305-322, 2011
  S. Kniesburges, S. L. Thomson, A. Barney, M. Triep, P. Sidlof, J. Horacek, Ch. Brücker, S. Becker
  
• Mathematical Models and Numerical Schemes for the Simulation of Human Phonation. Curr Bioinform 6(3):323-343, 2011
  F. Alipour, Ch. Brücker, D. D. Cook, A. Gömmel, M. Kaltenbacher, W. Mattheus
  
• Investigation of prescribed movement in fluidstructure interaction simulation for the human phonation process. Comput Fluids, 86(5):133-40;2013
  S. Zörner, M. Kaltenbacher, M. Döllinger
  
• Pipette aspiration applied to the characterization of nonhomogeneous, transversely isotropic materials used for vocal fold modeling. J Mech Behav Biomed, 17:137-51;2013
  S. Weiß, S.L. Thomson, R. Lerch, M. Döllinger, A. Sutor
  
• Preliminary results on the influence of engineered artificial mucus layer on phonation. J Speech Lang Hear R, 57(2):637- 47;2014
  M. Döllinger, F. Gröhn, D.A. Berry, U. Eysholdt, G. Luegmair