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Die menschliche StimmeDie menschliche Stimme

Eine Präsentation

von

Johann Langreiter

Fachdidaktik der Physik 2006-05-11

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ÜbersichtÜbersichtEinleitung:Entstehung der StimmeGeschichte

Hauptteil:

Vergleich: Orgel und menschliche Stimme

Organe die an der Stimmbildung beteiligt sind

Die Artikulation

Die Singstimme

Schluss:Die „schöne“ Stimme

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Entstehung der StimmeEntstehung der StimmeSimultan mit dem Übergang zum Homo sapiens

Nahe liegend:

bis heute ungeklärt:

Stimme(intensivere,

verfeinerte Kommunikation)

Weiterentwicklung

des Gehirns

oder

größeres Gehirn Steuerung des

Sprechapparates

Wechselseitige Beeinflussung!

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Stimmforscher der AntikeStimmforscher der AntikeEmpedokles (490 - 430 v. Chr.):

Schreien, Rufen, freies Sprechen, Vorlesen zur Gesundheitspflege

Cicero (106 -43 v. Chr.):

Übung von Ausdruck undStimmgebung(nicht vorwiegend Inhalt)

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Stimmforscher in Mittelalter und Stimmforscher in Mittelalter und NeuzeitNeuzeit

Leonardo da Vinci (1452 -1519):

Fertigte bereits um 1500 äußerst naturgetreue Zeichnungen des Kehlkopfs an.

Emanuel di García(1805 – 1906):

Vater war berühmter Sänger Stimme mit zwanzig zerstört.

Emanuel begann StimmforschungEntwicklung des Kehlkopfspiegels (Laryngoskop)

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Kompliziertestes motorisches Kompliziertestes motorisches System im gesamten KörperSystem im gesamten Körper

Die Stimm- und Sprechbewegungen stellen die komplexesten Bewegungsmuster dar, zu denen der Mensch fähig ist.

Voraussetzungen:

• äußerste Präzision

• extreme Schnelligkeit 150.000 Einzelentscheidungen pro Sekunde

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Die OrgelDie Orgel

Mit keinem anderen Instrument kann man vielfältigere Klänge erzeugen:

- Holzpfeifen ergeben Flötentöne

- Metallpfeifen ergeben helle Trompetentöne

- mehrere Meter große Pfeifen können die tiefsten Töne des Basses erzeugen.

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Orgel vs. menschliche StimmeOrgel vs. menschliche Stimme

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Luftstrom in Bewegung setzenLuftstrom in Bewegung setzenOrgel:

Mensch: Lunge und Brustmuskulatur:

Verengung des Brustkorbs führt zur Ausströmung von Luft aus der Lunge

Luftzufuhr durch Blasebalg

Nur ein in der Stärke und Strömung exakt abgestimmter und möglichst konstanter Luftstrom bewirkt eine gleichmäßige und damit stabile Tonbildung!

Achtung:

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Schwingungsfähiges SystemSchwingungsfähiges SystemOrgel:

Mensch: Im Kehlkopf gelegene Stimmlippen werden durch die in der Luftröhre nach oben strömende Luft zum Schwingen gebracht.

Metallplättchen schwingen

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ResonanzkörperResonanzkörperOrgel:

Mensch: Rachen- und Mundraum zum Teil auch der Nasenraum.

größter Bestandteil

Aufgabe: Bestimmte Frequenzen werden verstärkt, andere abgeschwächt.

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SteuerungSteuerung

GehirnKlaviertasten

Brocas Bereich = motorisches Sprachzentrum

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Warum kann der Mensch Warum kann der Mensch sprechen?sprechen?

Instrument:Mensch:

Resonanzraum i. a. fixiert

Resonanzraum stark und rasch verformbar:

Mund-, Zungen, und Lippenbewegungen

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Trachea

Organe, die an der Stimmbildung beteiligt sind

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Die LungeDie LungeAufbau:Lungenbläschen (0,2 mm)schwammähnlich Mio. Bläschen 70 m² für Gasaustausch

Trachea

ca. 6 l Kapazität

Luftröhre (Trachea):Ø = 1,5 – 2 cm

L = 10 – 12 cm

15 – 20 hufeisenförmige Knorpelspangen

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BauchatmungBauchatmungZwerchfell:(Diaphragma)

Querliegender, flächenförmig ausgeformter Muskel, der sich wie eine Kuppel in den Brustraum wölbt.

Trachea

Einatmung:

Kontraktion Abflachung der Wölbung und Vergrößerung des Brustraumes.Teile unter dem Zwerchfell können nur nach vorne ausweichen

Bauchatmung

Ausatmung:erfolgt passiv:

Zwerchfell erschlafft und wird durch die Bauchmuskel wieder in die Ausgangslage gebracht.

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BrustatmungBrustatmungDie Hebung des Brustkorbes kann auch aktiv durch die Zwischenrippenmuskulatur erfolgen.

TracheaDie Vergrößerung bewirkt eine Dehnung der Lungen und lässt die Luft durch die Luftröhre in die Bronchien einströmen.

Die Ausatmung erfolgt wiederum passiv, indem die Zwischenrippenmuskulatur erschlafft.

Die physiologisch richtige Atmung ist eine kombinierte Brust- und Bauchatmung, da dabei der Brustraum gleichmäßig nach allen Seiten erweitert und mit geringstem Muskelaufwand das größte Luftvolumen gefördert wird.

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Schema Kehlkopf (Larynx)Schema Kehlkopf (Larynx)Legende:

TracheaH = Hyoid (Zungenbein)

S = Schildknorpel

K = Krikoid (Ringknorpel)

T = Trachea (Luftröhre)

Weitere Bestandteile:Kehldeckel

StellknorpelDer Kehlkopf baut sich aus einer Reihe von Knorpeln auf, die von Bändern zusammengehalten werden und von Muskeln bewegt werden können.

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SchildknorpelSchildknorpelDer Schildkn. bildet den Hauptbestandteil des Kehlkopfs!

TracheaZwei Platten, die sich vorne V-förmig vereinen.

≮ 120° Frauen, Kinder

Eine Einsenkung am oberen Rand des Schildknorpels kann man leicht ertasten.

≮ 90° Männer („Adamsapfel“)

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Ring- und StellknorpelRing- und StellknorpelDer Ringknorpel liegt unterhalb des Schildknorpels.

Trachea

Auf der Platte des Ringknorpels sitzen gelenkig verbunden die beiden Stellknorpeln.

Er besitzt in etwa die Form eines Siegelrings und hat sich aus dem obersten Knorpelring der Luftröhre entwickelt.

Stimmlippen setzen an ihnen an!WICHTIG:

Die Bewegung der Stellknorpel steuert die Öffnung und Schließung sowie die Spannung der Stimmlippen.

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StimmlippenStimmlippenDie Stimmlippen sind an der Innenseite des Schildknorpels fest verankert, nach hinten werden sie immer breiter und enden an den beweglichen Stellknorpeln.

Trachea

Bestandteile: Zopfartig verflochtenes Muskelgewebedehnbare Membranen (Stimmbänder)

Stimmritze (Glottis)

Atmung: Ausatmung stärker geöffnetEinatmung etwas verengt

L-Strom: 3 – 5 m/s (normal)bis zu 120 m/s (Hustenstoß)

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Trachea

Die Artikulation

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Stimmlippen beim SprechenStimmlippen beim SprechenAusatmung simultane Verschließung der Stimmlippen

Öffnung: Druckunterschied => Stimmlippen öffnen

Überdruck (= 10 cm Wassersäule auf Untergrund)^

1 % von 10 m Wassersäule (äußerer Luftdruck)

Schließung: aerodynamisches ParadoxonMuskelkraft (eigentlich in Schließstellung)

aerodynamischesParadoxon

Gas strömt zwischen zwei beweglichen Platten

=> Unterdruck zwischen den Platten

=> Platten ziehen sich zusammen

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TonerzeugungTonerzeugungDurch das Öffnen und Schließen der Stimmlippen können in periodischer Regelmäßigkeit Luftmengen größerer bzw. kleinerer Dichte aus dem Kehlkopf und über den Mundraum entweichen.

Eine solche sich räumlich ausbreitende Abfolge von Verdichtungen und Verdünnungen der Luft ist nichts anderes als eine Schallwelle (Dichtewelle).

Ein Klang entsteht!

andere Bsp.: Straff gespannter Grashalm

Luftballon (Öffnungsstück verengen)

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Tonhöhe & LautstärkeTonhöhe & Lautstärke

Die Frequenz der Stimmlippen bestimmt die Tonhöhe!

Einfluss auf die Frequenz haben Masse, Länge und Spannung der Stimmlippen.

Die Stimmlippen von Männern sind durchschnittlich um ein Viertel länger als die von Frauen (Schildknorpel)

im Mittel eine Oktave tiefer (weil Stimmlippen bei gleich bleibendem Druck umso langsamer schwingen, je länger sie sind)!

Der Luftstrom bestimmt die Lautstärke!

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Vokaltrakt (Resonanzraum)Vokaltrakt (Resonanzraum)

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Unterteilung des VokaltraktsUnterteilung des VokaltraktsKehlrachen:

Trachea

Mundrachen:

Mit Schleimhaut eingekleideter Muskelschlauch, der hinter dem Kehlkopf in die Speiseröhre übergeht.

Nasenrachen: Nach oben durch den Rachendeckel begrenzt, an dem sich die Mandeln befinden.Hier beginnen rechts und links symmetrisch die Eustachischen Röhren (Verbindung Mittelohr)

von der Zungenwurzel bis zu GaumenbögenMundhöhle (Mundboden, Wangen, Gaumen)Die Zunge nimmt den größten Teil ein.Die Zunge ist das beweglichste Muskelsystem!

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ResonanzraumResonanzraumAussehen:

Trachea

(gekrümmte) zylindrische Röhre

Analogie: Flötenkörper

Resonanzen: Frequenzbereiche werden verstärkt

bzw. löschen sich aus.

Physik: Stimmlippenöffnung klein (↔ Vokaltrakt)

Stimmlippen sind annährend die Hälfte der Zeit geschlossen.

halboffene Röhre!

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Formanten 1 & 2Formanten 1 & 2Annahmen: Länge Vokaltrakt = 17,5 cm (Mann)

Vergleich Grundschwingung und erster Oberton.

völlig runde Pfeife (Durchmesser konstant)

Die Pfeile zeigen die Schwingungs-knoten an!

ν = (2n+1)c4L

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Formanten 3 & 4Formanten 3 & 4Durch die Beweglichkeit des Vokaltraktes (insbesondere der Zunge) kann somit die Lage der Resonanzen verändern:

Die Stellung des Mundraumes bestimmt die Formanten!

=> Charakteristik des Klanges zB: Artikulation der Vokale

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VokaleVokaleJede Sprache hat ihre eigenen Vokale.

Mundstellungen

Kardinalvokale„a“, „e“, „i“, „o“, „u“

Formanten (1 – 3)

Peaks stellen Formanten dar!

Einhüllende!

Zunge sehr wichtig:

Erweiterung undVerengung desMundraumes

Grundschwingung (Tonhöhe) und Oberschwingungen sind nicht eingezeichnet!

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FrequenzspektrumFrequenzspektrumFrequenzspektrum des Vokals „a“:

Trachea

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Formanten 1 & 2Formanten 1 & 2Beim ersten Formant spielt die Öffnungsweite des Mundraums eine große Rolle (vertikale Stellung der Zunge) Trachea

„i“:

„a“:

Hohe Stellung niedrige Frequenz für 1. Formant

Tiefe Stellung hohe Frequenz für 1. Formant

Beim zweiten Formant spielt die horizontale Stellung der Zunge eine wichtig Rolle.

„i“:

„o“:

Zunge vorne hohe Frequenz für 2. Formant

Zunge hinten niedrige Frequenz für 2. Formant

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Die FormantkarteDie FormantkarteZur Charakterisierung und Erkennung eines Vokals genügen die ersten zwei Formaten!

Trachea

Die Lage der Formanten ist durch die Längenabmessungen des Vokaltrakts gegeben!

=> Frequenzunterschied (Mann, Frau, Kind) nur rund 20 %!

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StimmkontrolleStimmkontrolleFakten: insgesamt etwa 100 Muskeln beteiligt

sehr schnelle und äußerst genaue Koordination kann nicht bewusst erfolgen

Rückkopplung für Feineinstellungen notwendig

Die Steuer- und Koordinationsmechanismen laufen einerseits auf Rückenmarks- und Hirnstammebene reflexartig und unbewusst ab.

Andererseits laufen sie unter bewusster Kontrolle ab, sobald diese Empfindungen die Großhirnrinde erreichen. Dies betrifft vor allem die Kontrolle der eigenen Stimme durch das Gehör.

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Das GehirnDas GehirnSprache spielt sich zum überwiegenden Teil in der linken Gehirnhälfte ab.

Broca‘scherBereich:Steuerung der Mund- und KehlkopfmuskelnDefekt Worte können nur langsam und schlecht ausgesprochen werden.

Wernicke‘schesAreal:Defekt überschießende Sprachproduktion, aber ohne Inhalt.Für den Betroffenen klingt die Sprache wie eine Fremdsprache!

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Trachea

Die Singstimme

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StimmgattungenStimmgattungen

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Was sind Register?Was sind Register?Wenn man, bei tiefen Tönen beginnend eine Tonleiter singt, wird man merken, dass an einer bestimmten Stelle eine Übergang erfolgt, an dem sich das Klangbild ändert:

tiefe Töne Brustbereich

volle Stimme klangärmere, dünnere Stimme

Empfindung:

hohe Töne Kopfbereich

Töne gleicher oder ähnlicher Farbe gleiches Register

Männer:

Frauen:

ca. ⅔ Brustregister

mehr als die Hälfte Kopfregister

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Warum gibt es Register?Warum gibt es Register?Bei einer bestimmten Stellung erfolgt ein schneller Wechsel (anstatt kontinuierlich) von der Muskelstellung, die die Stimmlippen im unteren Tonbereich reguliert, zu einer die die stärker gespannten steuert.

Stimmlippen schwingen (d.h. zeitweise völlig geschlossen)

Bruststimme:

Kopfstimme: Großteil der Stimmlippen straff gespannt, nur die Ränder schwingen!Weniger Masse muss zum Schwingen angeregt werden höhere Frequenz

Stimmlippen schließen nicht vollständig!

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Die ausgebildete StimmeDie ausgebildete Stimme

Die trainierte Stimme ist vor allem obertonreicher!

minimale Luftmenge für gewünschten TonZiel:

Eine obertonreiche Stimme erhält man durch Verkürzung der Öffnungszeit (Bruststimme)!

längere Verschlusszeit weniger Luftstrom

Gute Ausnutzung des Atemvolumens geht somit Hand in Hand mit einer Verstärkung der Obertöne, mit einer volleren Stimme!

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Orchester vs. SopranistinOrchester vs. SopranistinWarum kann man die zierliche Stimme einer Sopranistin trotz Orchester hören?

Der Kehlkopf wird tiefer gestellt

Erweiterung des Kehlkopfraumes und des Rachens

spezifische Eigenresonanzen die im besonderen den Bereich zwischen 2500 bis 3500 Hz verstärken!

Orchester: größte Lautstärke bei etwa 500 Hz

höhere Frequenz kont. Abnahme

Sänger verändert Resonanzraum:

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Der SingformantDer Singformant

Singformant

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Die „schöne“ StimmeDie „schöne“ Stimme

Oper, Konzert Jazz, Rock, Musical

voll, tragend, dunkel leicht, beweglich, natürlich

uniform individuell

werkgetreu gefühlsbetont

Die Liste ist nicht vollständig!

Fazit: Die Beurteilung einer Stimme wird bis zu einem gewissen Grad immer subjektiv bleiben!

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Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit!Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit!