@phdthesis{Fischer2014,
  author    = {Fischer, Jost Leonhardt},
  title     = {Nichtlineare Kopplungsmechanismen akustischer Oszillatoren am Beispiel der Synchronisation von Orgelpfeifen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-71975},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2014},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden nichtlineare Kopplungsmechanismen von akustischen Oszillatoren untersucht, die zu Synchronisation f{\"u}hren k{\"o}nnen. Aufbauend auf die Fragestellungen vorangegangener Arbeiten werden mit Hilfe theoretischer und experimenteller Studien sowie mit Hilfe numerischer Simulationen die Elemente der Tonentstehung in der Orgelpfeife und die Mechanismen der gegenseitigen Wechselwirkung von Orgelpfeifen identifiziert. Daraus wird erstmalig ein vollst{\"a}ndig auf den aeroakustischen und fluiddynamischen Grundprinzipien basierendes nichtlinear gekoppeltes Modell selbst-erregter Oszillatoren f{\"u}r die Beschreibung des Verhaltens zweier wechselwirkender Orgelpfeifen entwickelt. Die durchgef{\"u}hrten Modellrechnungen werden mit den experimentellen Befunden verglichen. Es zeigt sich, dass die Tonentstehung und die Kopplungsmechanismen von Orgelpfeifen durch das entwickelte Oszillatormodell in weiten Teilen richtig beschrieben werden. Insbesondere kann damit die Ursache f{\"u}r den nichtlinearen Zusammenhang von Kopplungsst{\"a}rke und Synchronisation des gekoppelten Zwei-Pfeifen Systems, welcher sich in einem nichtlinearen Verlauf der Arnoldzunge darstellt, gekl{\"a}rt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird der Einfluss des Raumes auf die Tonentstehung bei Orgelpfeifen betrachtet. Daf{\"u}r werden numerische Simulationen der Wechselwirkung einer Orgelpfeife mit verschiedenen Raumgeometrien, wie z. B. ebene, konvexe, konkave, und gezahnte Geometrien, exemplarisch untersucht. Auch der Einfluss von Schwellk{\"a}sten auf die Tonentstehung und die Klangbildung der Orgelpfeife wird studiert. In weiteren, neuartigen Synchronisationsexperimenten mit identisch gestimmten Orgelpfeifen, sowie mit Mixturen wird die Synchronisation f{\"u}r verschiedene, horizontale und vertikale Pfeifenabst{\"a}nde in der Ebene der Schallabstrahlung, untersucht. Die dabei erstmalig beobachteten r{\"a}umlich isotropen Unstetigkeiten im Schwingungsverhalten der gekoppelten Pfeifensysteme, deuten auf abstandsabh{\"a}ngige Wechsel zwischen gegen- und gleichphasigen Sychronisationsregimen hin. Abschließend wird die M{\"o}glichkeit dokumentiert, das Ph{\"a}nomen der Synchronisation zweier Orgelpfeifen durch numerische Simulationen, also der Behandlung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen mit entsprechenden Rand- und Anfangsbedingungen, realit{\"a}tsnah abzubilden. Auch dies stellt ein Novum dar.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Yeldesbay2014,
  author    = {Yeldesbay, Azamat},
  title     = {Complex regimes of synchronization},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-73348},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ii, 60},
  year      = {2014},
  abstract  = {Synchronization is a fundamental phenomenon in nature. It can be considered as a general property of self-sustained oscillators to adjust their rhythm in the presence of an interaction. In this work we investigate complex regimes of synchronization phenomena by means of theoretical analysis, numerical modeling, as well as practical analysis of experimental data. As a subject of our investigation we consider chimera state, where due to spontaneous symmetry-breaking of an initially homogeneous oscillators lattice split the system into two parts with different dynamics. Chimera state as a new synchronization phenomenon was first found in non-locally coupled oscillators system, and has attracted a lot of attention in the last decade. However, the recent studies indicate that this state is also possible in globally coupled systems. In the first part of this work, we show under which conditions the chimera-like state appears in a system of globally coupled identical oscillators with intrinsic delayed feedback. The results of the research explain how initially monostable oscillators became effectivly bistable in the presence of the coupling and create a mean field that sustain the coexistence of synchronized and desynchronized states. Also we discuss other examples, where chimera-like state appears due to frequency dependence of the phase shift in the bistable system. In the second part, we make further investigation of this topic by modeling influence of an external periodic force to an oscillator with intrinsic delayed feedback. We made stability analysis of the synchronized state and constructed Arnold tongues. The results explain formation of the chimera-like state and hysteric behavior of the synchronization area. Also, we consider two sets of parameters of the oscillator with symmetric and asymmetric Arnold tongues, that correspond to mono- and bi-stable regimes of the oscillator. In the third part, we demonstrate the results of the work, which was done in collaboration with our colleagues from Psychology Department of University of Potsdam. The project aimed to study the effect of the cardiac rhythm on human perception of time using synchronization analysis. From our part, we made a statistical analysis of the data obtained from the conducted experiment on free time interval reproduction task. We examined how ones heartbeat influences the time perception and searched for possible phase synchronization between heartbeat cycles and time reproduction responses. The findings support the prediction that cardiac cycles can serve as input signals, and is used for reproduction of time intervals in the range of several seconds.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schaefer2014,
  author    = {Schaefer, Laura},
  title     = {Synchronisationsph{\"a}nomene myotendin{\"o}ser Oszillationen interagierender neuromuskul{\"a}rer Systeme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-72445},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2014},
  abstract  = {Muskeln oszillieren nachgewiesener Weise mit einer Frequenz um 10 Hz. Doch was geschieht mit myofaszialen Oszillationen, wenn zwei neuromuskul{\"a}re Systeme interagieren? Die Dissertation widmet sich dieser Fragestellung bei isometrischer Interaktion. W{\"a}hrend der Testmessungen ergaben sich Hinweise f{\"u}r das Vorhandensein von m{\"o}glicherweise zwei verschiedenen Formen der Isometrie. Arbeiten zwei Personen isometrisch gegeneinander, k{\"o}nnen subjektiv zwei Modi eingenommen werden: man kann entweder isometrisch halten - der Kraft des Partners widerstehen - oder isometrisch dr{\"u}cken - gegen den isometrischen Widerstand des Partners arbeiten. Daher wurde zus{\"a}tzlich zu den Messungen zur Interaktion zweier Personen an einzelnen Individuen gepr{\"u}ft, ob m{\"o}glicherweise zwei Formen der Isometrie existieren. Die Promotion besteht demnach aus zwei inhaltlich und methodisch getrennten Teilen: I „Single-Isometrie" und II „Paar-Isometrie". F{\"u}r Teil I wurden mithilfe eines pneumatisch betriebenen Systems die hypothetischen Messmodi Halten und Dr{\"u}cken w{\"a}hrend isometrischer Aktion untersucht. Bei n = 10 Probanden erfolgte parallel zur Aufzeichnung des Drucksignals w{\"a}hrend der Messungen die Erfassung der Kraft (DMS) und der Beschleunigung sowie die Aufnahme der mechanischen Muskeloszillationen folgender myotendin{\"o}ser Strukturen via Mechanomyo- (MMG) bzw. Mechanotendografie (MTG): M. triceps brachii (MMGtri), Trizepssehne (MTGtri), M. obliquus externus abdominis (MMGobl). Pro Proband wurden bei 80 \% der MVC sowohl sechs 15-Sekunden-Messungen (jeweils drei im haltenden bzw. dr{\"u}ckenden Modus; Pause: 1 Minute) als auch vier Erm{\"u}dungsmessungen (jeweils zwei im haltenden bzw. dr{\"u}ckenden Modus; Pause: 2 Minuten) durchgef{\"u}hrt. Zum Vergleich der Messmodi Halten und Dr{\"u}cken wurden die Amplituden der myofaszialen Oszillationen sowie die Kraftausdauer herangezogen. Signifikante Unterschiede zwischen dem haltenden und dem dr{\"u}ckenden Modus zeigten sich insbesondere im Bereich der Erm{\"u}dungscharakteristik. So lassen Probanden im haltenden Modus signifikant fr{\"u}her nach als im dr{\"u}ckenden Modus (t(9) = 3,716; p = .005). Im dr{\"u}ckenden Modus macht das l{\"a}ngste isometrische Plateau durchschnittlich 59,4 \% der Gesamtdauer aus, im haltenden sind es 31,6 \% (t(19) = 5,265, p = .000). Die Amplituden der Single-Isometrie-Messungen unterscheiden sich nicht signifikant. Allerdings variieren die Amplituden des MMGobl zwischen den Messungen im dr{\"u}ckenden Modus signifikant st{\"a}rker als im haltenden Modus. Aufgrund dieser teils signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Messmodi wurde dieses Setting auch im zweiten Teil „Paar-Isometrie" ber{\"u}cksichtigt. Dort wurden n = 20 Probanden - eingeteilt in zehn gleichgeschlechtliche Paare - w{\"a}hrend isometrischer Interaktion untersucht. Die Sensorplatzierung erfolgte analog zu Teil I. Die Oszillationen der erfassten MTG- sowie MMG-Signale wurden u.a. mit Algorithmen der Nichtlinearen Dynamik auf ihre Koh{\"a}renz hin untersucht. Durch die Paar-Isometrie-Messungen zeigte sich, dass die Muskeln und die Sehnen beider neuromuskul{\"a}rer Systeme bei Interaktion im bekannten Frequenzbereich von 10 Hz oszillieren. Außerdem waren sie in der Lage, sich bei Interaktion so aufeinander abzustimmen, dass sich eine signifikante Koh{\"a}renz entwickelte, die sich von Zufallspaarungen signifikant unterscheidet (Patchanzahl: t(29) = 3,477; p = .002; Summe der 4 l{\"a}ngsten Patches: t(29) = 7,505; p = .000). Es wird der Schluss gezogen, dass neuromuskul{\"a}re Komplement{\"a}rpartner in der Lage sind, sich im Sinne koh{\"a}renten Verhaltens zu synchronisieren. Bez{\"u}glich der Parameter zur Untersuchung der m{\"o}glicherweise vorhandenen zwei Formen der Isometrie zeigte sich bei den Paar-Isometrie-Messungen zwischen Halten und Dr{\"u}cken ein signifikanter Unterschied bei der Erm{\"u}dungscharakteristik sowie bez{\"u}glich der Amplitude der MMGobl. Die Ergebnisse beider Teilstudien best{\"a}rken die Hypothese, dass zwei Formen der Isometrie existieren. Fraglich ist, ob man {\"u}berhaupt von Isometrie sprechen kann, da jede isometrische Muskelaktion aus feinen Oszillationen besteht, die eine per Definition postulierte Isometrie ausschließen. Es wird der Vorschlag unterbreitet, die Isometrie durch den Begriff der Hom{\"o}ometrie auszutauschen. Die Ergebnisse der Paar-Isometrie-Messungen zeigen u.a., dass neuromuskul{\"a}re Systeme in der Lage sind, ihre myotendin{\"o}sen Oszillationen so aufeinander abzustimmen, dass koh{\"a}rentes Verhalten entsteht. Es wird angenommen, dass hierzu beide neuromuskul{\"a}ren Systeme funktionell intakt sein m{\"u}ssen. Das Verfahren k{\"o}nnte f{\"u}r die Diagnostik funktioneller St{\"o}rungen relevant werden.},
  language  = {de}
}