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Im künstlerischen Kontext, z.B. in der Metal- und Rockmusik oder klassischen asiatischen Gesangsstilen, werden supraglottische Vibrationen eingesetzt und als gutturale Stimmqualitäten bezeichnet. Hierbei treten neben irregulären Vibrationen auch nahezu periodische Schwingungen auf, bei denen die supraglottischen Vibrationen in einem spezifischen Verhältnis ganzzahliger Vielfacher zur Stimmlippenschwingung stehen.

Vier Mechanismen (Unterton, Rattle, Distortion, Growl) konnten kürzlich mithilfe von transnasaler Hochgeschwindigkeitsendoskopie mit einer zeitlichen Auflösung von 20.000 Bildern/Sek. sowie simultaner Elektroglottographie bei einem professionellen Sänger differenziert werden [1].

Diese Gesangsqualitäten weisen dabei zwei quasi periodische Oszillatoren auf, die sich jedoch im Verhältnis der glottalen zur supraglottischen Frequenz (glottale – supraglottale Ratio: GSR) (Unterton: GSR 2:1, Rattle GSR 4-7:1, Distortion 1:1 und Growl 2-3:1) sowie den supraglottischen Vibrationsbereichen (Unterton & Distortion: Taschenfalten, Rattle: Aryepiglottische Falte/Petiolus, Growl: Epiglottis/Ary-Knorpel) unterscheiden. Entrainment-Phänomene scheinen der Schlüssel zur Synchronisierung der beiden Oszillatoren zu sein [2].

Die Regulation der Bereiche, die in die supraglottische Vibration einflossen, erfolgte über die Verengung verschiedener laryngealer und supralaryngealer Sphinkter wie Stimmlippen, Taschenfalten, Ary-Epiglottischer Sphinkter und pharyngealer Sphinkter. Da eine Quantifizierung sowie Analyse der resultierenden Vokaltrakt (VT)-Konfiguration mittels Hochgeschwindigkeitsendoskopie nicht möglich ist, erfolgte in der vorliegenden Untersuchung die Analyse dieser Gesangsqualitäten mittels 3D-MRT. Weitergehend erfolgte eine Analyse der akustischen Eigenschaften dieser Funktionen, da diese Hinweise auf die stimmliche Ökonomie geben. Diese Aspekte könnten in der Anwendung der Funktionen als glottale Ersatzstimme eine Rolle spielen.

Für jede der vier quasi-periodischen Stimmqualitäten mit Perioden-Dopplungs-Phonation wurde die VT-Konfiguration während einer ausgehaltenen Phonation auf Vokal [a:] im für die Qualität typischen Grundfrequenzbereich mittels 3D-MRT erfasst. Dabei erfolgte die Phonation jeweils auf einem für ca. 8 Sekunden ausgehaltenen Ton auf einer für die jeweilige Qualität tiefen und hohen Grundfrequenz. Die so akquirierten 3D-Datensätze wurden durch Zähne aus einem 3D-Scan augmentiert, sowie die akustischen Eigenschaften mittels Finite-Elemente-Methode berechnet. Das Vorgehen ist bei Birkholz et al. beschrieben [3]. Da im Falle der Doppeloszillatoren die Lage der Stimmquelle sowohl auf Höhe der Glottis als auch auf Höhe des supraglottischen Vibrationsbereiches liegen kann, erfolgte die Berechnung der Transferfunktion sowohl für einen vollständigen (von Glottis bis Mundöffnung) als auch für einen verkürzten (von Taschenfalten/Aryepiglottische Falte – Mundöffnung) Vokaltrakt. Des Weiteren erfolgte die Analyse der Vokaltraktkonfiguration im Sinne der Flächenfunktion nach [4].

Die VT-Konfiguration variierte deutlich zwischen den vier Qualitäten (Abbildung 1 [Abb. 1]): Growl war mit einer tiefen Larynxposition, Aufweitung im Bereich des Hypopharynx und großer Mundöffnung assoziiert. Rattle und Distortion zeigten die höchste Larynxposition, wobei der Hypopharynx beim Rattle deutlich stärker eingeengt wurde, was mit einem Kollaps der Sinus piriformis einherging. Unterton war durch eine mittlere Larynxposition und die geringste Mundöffnung charakterisiert.

Die Varianz der VT-Konfiguration spiegelte sich auch in der Analyse der Transferfunktionen wieder (Abbildung 2 [Abb. 2]). Die bis zum supraglottischen Oszillator verkürzten Modelle zeichneten sich durch eine grundsätzliche Verminderung der Übertragungsenergie im Bereich zwischen 2–4 kHz aus, während die ersten beiden Resonanzfrequenzen (ƒ_R1&2) davon unbeeindruckt blieben. Während die Übertragungsfunktion der vollständigen Modelle von Growl mit einer Erhöhung bei 3 kHz assoziiert ist, zeigt die Funktion von Rattle Eigenschaften, die durch eine Erhöhung von ƒ_R1&2 bei insgesamt geringem Energieverlust der gesamten Transferfunktion eine Assoziation zum zweiten Partialton (2·ƒ_o) vermuten lässt. Distortion und Unterton zeigten dagegen stärker variable und eher neutrale VT-Konfigurationen.

Die Analyse der VT-Konfiguration bei vier Doppeloszillationsmechanismen mit Periodendopplungsphonation zeigte, dass diese nicht nur hinsichtlich der GSR und ihrer Oszillationsbereiche variieren, sondern auch mit einer charakteristischen VT-Konfiguration einhergehen. Diese ist u.a. durch die spezifische Aktivierung aller 3 laryngealer (Stimmlippen, Taschenfalten und Ary-Epiglottischer Sphinkter) sowie pharyngealer Sphinkter bedingt. Rattle zeigte dabei die stärkste hypopharyngeale Enge was für die Aktivierung aller 4 Sphinkter spricht. Dabei ähnelt die Transferfunktion Stimmqualitäten wie Belting und Twang für die eine Verstärkung von 2·ƒ_o typisch ist. Bei Growl zeigte sich dagegen eher die beim westlich klassischen Gesang angewandte Verstärkung im Sinne eines Sängerformanten [5]. Beide Strategien sind nach [5] als ökonomisch zu erachten.

Während die Kopplung der Oszillatoren bei Periodendopplungsphonation auf Entrainment zurückzuführen ist, scheint die VT-Konfiguration im Hypopharynx durch die selektive Aktivierung verschiedener Sphinktermechanismen bedingt zu sein. Zusätzlich werden dadurch auch unterschiedliche akustische Resonanzstrategien angewendet. Ein besseres Verständnis der Steuerung dieser Mechanismen könnte neue Anwendungsbereiche im stimmtherapeutischen Kontext beim Erlernen einer glottalen Ersatzstimme ermöglichen.