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26. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

11.09. - 13.09.2009, Leipzig

Formantenfrequenzen bei Registerfunktionen professioneller Tenöre

Poster

  • corresponding author presenting/speaker Matthias Echternach - Institut für Musikermedizin, Freiburg, Deutschland
  • author Tobias Baumann - Abteilung für Radiologie, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Deutschland
  • author Johan Sundberg - Abteilung für Sprache, Musik und Hören, Königlich Technische Hochschule Stockholm, Stockholm, Schweden
  • author Michael Markl - Abteilung für MRT- Physik, Universitätsklinikum Freiburg, Freiburg, Deutschland
  • author Bernhard Richter - Institut für Musikermedizin, Freiburg, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. 26. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie (DGPP). Leipzig, 11.-13.09.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. Doc09dgppP11

DOI: 10.3205/09dgpp30, URN: urn:nbn:de:0183-09dgpp302

Veröffentlicht: 7. September 2009

© 2009 Echternach et al.
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Zusammenfassung

Einleitung: Die Rolle des Vokaltraktes bei Änderung von Stimmregistern ist nach wie vor ungeklärt. Studien von akustischen Signalen lassen eine Änderung von Formanten in Hinblick auf die Registerfunktionen vermuten.

Material: Zehn professionelle Tenöre wurden hinsichtlich Veränderungen der Formantenfrequenzen zum einen mit MRT-Volumetrie und zum anderen mit inverser Filterung des Airflowsignals bei ausgehaltenen Tönen F4 (ca. 350 Hz) und Vokal /a/ einmal im Modalregister und einmal im Falsettregister untersucht. Nach Rekonstruktion des Volumens des Vokaltraktes mit MRT-Volumetrie erfolgte die Bildung einer Zentrallinie, Bestimmung der Area function und Berechnung der Formantenfrequenzen mit der Formflek Software.

Ergebnisse: Die Daten zeigen, dass sich die Konfiguration des Vokaltraktes in Hinblick auf das Register unterscheidet. Hiermit verbunden konnte sowohl durch die Bestimmung über die MRT-Volumetrie als auch über die inverse Filterung dargestellt werden, dass Formantenfrequenzen für die Formanten 1 und 2 im Falsett tiefer lagen als für das Modalregister.

Schlussfolgerung: Die dargestellten Unterschiede der Formantenfrequenzen sollten zu der akustischen Unterscheidung der Register beitragen.


Text

Einleitung

Die Frage der Stimmregister wird seit über 200 Jahren in der Wissenschaft stark kontrovers diskutiert. Besonders scheint die Rolle des Vokaltraktes noch nicht ausreichend gut verstanden. Es wird häufig angenommen, dass sich die Konfiguration des Vokaltraktes bei Registerübergängen ändert. Durch Modellversuche konnte dargestellt werden, dass der Vokaltrakt auch mit der Stimmquelle interagieren [1], [2] und konsekutiv auch einen Einfluss auf Register haben könnte. Bislang wurde in nur wenigen Studien der Frage der Konfigurationsänderung des Vokaltraktes in Abhängigkeit des Stimmregisters nachgegangen. In vorhergehenden Studien unserer Arbeitsgruppe mit zweidimensionalen Real-Time-Kernspintomographie (MRT) konnte gezeigt werden, dass sich die Konfiguration des Vokaltraktes bei verschiedenen Registerkonditionen unterscheidet [3], [4], [5]. Eine Änderung des Vokaltraktes führt zu Änderungen der Formanten. Die vorliegende Untersuchung stellt sich die Frage, ob sich die Formantenfrequenzen hinsichtlich Registerkonditionen bei sonst gleichem Vokal und Tonhöhe unterscheiden. Hierzu soll die Ableitung der Formantenfrequenzen aus MRT-Volumetrie mit der Bestimmung von Formantenfrequenzen durch inverse Filterung des Airflow bei 10 professionellen Tenören verglichen werden.

Material und Methoden

Wir analysierten 10 professionelle Operntenöre. Die Probanden wurden aufgefordert, einen ausgehaltenen Ton der Frequenz F4 (ca. 350 Hz) auf dem Vokal /a/ einmal im Falsett und einmal im Modalregister über 15 Sekunden auszuhalten.

Zunächst erfolgte eine MRT-Volumetrie (3D GRE imaging, TE/TR=1.7/4.8 ms, FA=12°, räumliche Auflösung=1.0x1.6x1.3 mm3). Die MRT-Datensätze wurden mit einer 3D-Workstation (AquariusWS, Terarecon, San Mateo, USA) semiautomatisch analysiert. Die Luft des Vokaltraktes wurde durch einen Region-Growing-Algorithmus und manueller Korrektur segmentiert. In diesem 3D Modell des Vokaltraktes erfolgte die Bestimmung der Zentrallinie nach der Gravidität. Um diese Zentrallinie wurde die Fläche in Abständen von 5 mm an der Zentrallinie bestimmt. Abbildung 1 [Abb. 1] zeigt Bilder der 3D Rekonstruktion, der Bestimmung der Zentrallinie und der Flächenfunktion. Durch die Flächenfunktion ließen sich mit der Formflek-Software (Liljencrants, KTH, Stockholm) die Vokaltraktformanten bestimmen.

Nach der MRT-Volumetrie wurden die Probanden in einen schalldichten Raum gebracht und wiederholten dort nochmals das Experiment mit einem ausgehaltenen Ton auf F4 auf dem Vokal /a/, ebenfalls in liegender Position. Hierbei wurde das Signal mit einer Integration des Enterprisis System MS110 (Glottal Enterprisis, New York, USA) und dem Laryngoraph Microprozessor (Laryngograph, London, UK) aufgenommen. Diese Integration ermöglicht eine simultane Aufzeichung des Airflow, Druck, der Elektroglottographie und des Audiosignals.

Die Formantenfrequenzen wurden durch inverse Filterung mit der DeCap-Software, (Grandquist, KTH, Stockholm) bestimmt. Zur Rekonstruktion der Stimmquelle wurde das Kriterium einer glatten Wellenkonfiguration festgesetzt.

Ergebnisse

Die Konfiguration des Vokaltraktes zeigte deutliche Unterschiede in Hinblick auf das phonierte Stimmregister. Dementsprechend zeigten sich auch Unterschiede in der Flächenfunktion. Abbildung 2 [Abb. 2] zeigt Mittelwerte für die Flächenfunktion für beide Registerfunktionen und Abbildung 3 [Abb. 3] die prozentuale Abweichung für das Falsett gegenüber dem Modalregister für alle 10 Probanden. Hier deutlich zu sehen ist, dass die supraglottische Röhre im Modalregister länger und enger ist als im Falsett, wohingegen der Mundraum deutlich weiter gestellt wird. Als Konsequenz zeigte sich, dass die hieraus berechneten Formantenfrequenzen für die Formanten eins und zwei im Modalregister jeweils über denen für das Falsett lagen. Vergleichbare Daten ergaben sich auch hinsichtlich der Formantenfrequenzen nach der inversen Filterung des Flow. In Abbildung 4 [Abb. 4] sind die Formantenfrequenzen der Berechnung aus der Flächenfunktion gegen die der inversen Filterung aufgetragen.

Diskussion

Die vorgestellten Untersuchungen zeigen, dass sich sowohl bei Bestimmungen der Formantenfrequenzen aus Berechnungen der Flächenfunktion als auch durch inverse Filterung nachweisen lässt, dass bei professionellen Tenören das Modalregister bei gleicher Tonhöhe und gleichem Vokal durch höhere Formantenfrequenzen im Vergleich zum Falsett charakterisiert ist. Damit stehen diese Untersuchungen in gutem Einvernehmen einer Arbeit, die auch durch Formantenbestimmungen mittels Breitband-Akustischen-Excitationen ähnliche Ergebnisse hinsichtlich der Formantenfrequenzen beschrieb [6]. Zudem scheinen beide Methoden trotz unterschiedlicher Messumgebungen vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Formantenfrequenzen hervorzubringen. Einschränkend muss jedoch für beide Messmethoden festgehalten werden, dass sowohl die inverse Filterung als auch die Berechnung der Formanten mit der Formflek-Software auf tiefe Frequenzen beschränkt bleibt und somit der Einfluss der Vokaltraktkonfiguration auf die Region des Sängerformantenclusters in Hinblick auf die Stimmregister durch beide Methoden nicht sicher erfasst werden kann.


Literatur

1.
Titze IR. Nonlinear source-filter coupling in phonation: theory. J Acoust Soc Am. 2008;123:2733-49.
2.
Titze IR, Riede T, Popolo P. Nonlinear source-filter coupling in phonation: vocal exercises. J Acoust Soc Am. 2008;123:1902-15.
3.
Echternach M, Sundberg J, Arndt S, Breyer T, Markl M, Schumacher M, Richter B. Vocal Tract and Register Changes Analysed by Real Time MRI in Male Professional Singers - a Pilot Study. Logoped Phoniatr Vocol. 2008;33:67-73.
4.
Echternach M, Sundberg J, Arndt S, Markl M, Richter B. Die Rolle des Vokaltraktes in der Passaggioregion bei professionellen Tenören. In: Gross M, Zehnhoff-Dinnesen A, Hrsg. Aktuelle phoniatrisch-pädaudiologische Aspekte 2008. S. 231-4. Verfügbar unter: http://www.egms.de/en/meetings/dgpp2008/08dgpp80.shtml Externer Link
5.
Echternach M, Sundberg J, Arndt S, Markl M, Schumacher M, Richter B. Vocal tract in female registers - a dynamic real-time MRI study. J Voice. 2009 Jan 28. [Epub ahead of print]
6.
Henrich N, Smith J, Wolfe J. Resonance strategies and glottal behaviour in the two main laryngeal mechanisms for professional operatic singers. J Acoust Soc Am. 2008;123:3243.