Efficient numerical simulation of the human voice: simVoice – a three-dimensional simulation model based on a hybrid aeroacoustic approach

Der komplexe Vorgang der menschlichen Stimmerzeugung beruht auf dem richtigen Zusammenspiel der Stimmlippen und des glottalen Luftstroms, welcher ein erstes akustisches Signal erzeugt, das dann vom Vokaltrakt moduliert wird. Durch die eingeschränkte Zugänglichkeit zur Glottis können nicht alle Aspekte dieses dreidimensionalen Vorganges mittels Messungen erfasst werden, ohne das Messobjekt zu beeinflussen. Daher kann durch den Einsatz eines Simulationsmodells, welches die Physik der Stimmerzeugung wiedergibt, die Datenlage erweitert werden und somit die Treffsicherheit und Effektivität von Stimmbehandlungen verbessert werden. Solche numerischen Modelle erfordern jedoch komplexe und rechenintensive Verfahren, um einerseits das Materialverhalten des Gewebes zu modellieren und andererseits die räumlich verändernden physikalischen Gebiete bis zum mechanischen Kontakt der Stimmlippen zu realisieren. In diesem Paper wird das Modell simVoice präsentiert, das diesen numerischen Aufwand umgeht, indem die Bewegung der Stimmlippen in der Simulation aufgeprägt wird. Außerdem bewirkt ein hybrider Ansatz in der Aeroakustiksimulation zusätzliche numerische Effizienz und liefert eine gute Übereinstimmung mit Akustikmessungen. Eine Analyse des Rechenaufwandes der einzelnen Arbeitsschritte zeigt, dass für eine weitere Effizienzsteigerung an der Strömungssimulation bzw. der Quelltermberechnung angesetzt werden muss.