Phonetik

1. Atmung liefert subglottalen Luftdruck > Rohschall
2. Stimmlippen im Kehlkopf werden in Schwingungen versetzt
3. Sich veränderende Form des Ansatzrohres (Rachen-, Mund- und Nasenraum) wirkt sich auf Klang aus

• Ringknorpel
• Stellknorpel (Arytenoide)
• Schildknorpel (Thyroid)
• Epiglottis (Kehldeckel

• Cricoarytenoideus posterior: Öffnet Glottis duch Bewegung des Aryknorpels
• Cricoarytenoideus lateralis: Schließt Glottis durch Bewegung des Aryknorpels
• Cricothyroideus: Längt die Stimmlippen beim Kontrahieren
• Thyroartenoid-Muskeln: Kürzen die Stimmlippen bei Kontraktion

• Totaler Glottisverschluss
• Leichte Vibration der Glottis: Phonation (Vokale, stimmhafte Konsonanten)
• Leiche Öffnung der Glottis: Flüsterstellung
• Halb geöffnet: Atmungs-/Ruhestellung
• Weit geöffnet: Tiefatmungsstellung, stimmlose Konsonanten

P(transglottal) = P(subglottal) - P(supraglottal)

Der transglottale Druck muss größer als 2 cm H2O sein, damit Stimmlippenschwingung möglich ist.

Bei einigen Lauten, z. B. stimmlosen Frikativen, muss ein hoher supraglottaler Druck vorhanden sein, daher höheres Einhalten dieses Verhältnisses.

Pulmonale (aus der Lunge kommende ...) Laute sind die häufigsten Sprachlaute. Man unterscheidet egressiv-pulmonale und ingressiv-pulmonale Laute. Die ersteren werden bei der Ausatmung, die zweiteren bei Einatmung gebildet. Logischerweise sind egressiv-pulmonale Laute typischer, weil sie eine gute Akustik mit wenig Anstrengung haben.

• Glottal-egressiv: Bei geschlossener Glottis wandert der Kehlkopf nach oben, es kommt zum oralen Überdruck. Ejektiv (nur stimmlos, Plosiv / Frikativ, häufig)
• Glottal-ingressiv: Bei geschlossener Glottis wandert der Kehlkopf nach unten, es kommt zum oralen Unterdruck. Implosiv (meist stimmhafter Plosiv, selten)
• Velar-ingressiv: Bei geschlossener Glottis finden zwei zusätzliche Verschlüsse im Vokaltrakt statt. Click (häufig, aber meist nur von paralinguistischer Bedeutung; afrikanische Sprachen)

Ursprünglich: Neurochronaxie-Theorie: Öffnung / Schließung erfolge ausschließlich über die Muskelaktivität. > Problem: Stimmlippenvibration viel zu schnell

Aerodynamisch-myoelastische Theorie: Öffnung erfolgt durch kontinuierlichen subglottalen Luftdruck, Schließen durch Schließmuskeln (auch bei Öffnungsphase aktiv)

1. Stimmlippenschließung durch Aktivität der Schließmuskeln
2. Anstieg des subglottalen Luftdrucks
3. Öffnung („Sprengung“) des Stimmlippenverschlusses
4. Abfall des subglottalen Luftdrucks nach Öffnung der Stimmlippen
5. Zusammenziehen der Stimmlippen aufgrund des Bernoulli-Prinzips (Druck fällt in senkrechter Richtung, wenn sich Flüssigkeit / Gas beschleunigt), des niedrigen subglottalen Luftdrucks und der muskulären Schließungskraft

Nicht nur die Beteiligung der Stimmlippen ist verantwortlich für die Unterscheidung stimmhafter / stimmloser Laute. Auch das Timing ist entscheidend:

• Bei langer Pause (mit fehlendem Stimmtoneinsatz) nehmen wir tendenziell einen stimmlosen Laut (z. B. [t]) wahr
• Bei kurzer Pause ein stimmhafter Laut (z. B. [d])

Voice Onset Time (VOT): Zeitpunkt des Stimmeinsatzes relativ zum Zeitpunkt der Verschlusslösung (eines Plosivs).

• Stimmlose (aspiririerte) Konsonanten haben eine positive VOT (z. B. p bei Party)
• VOT = 0 bei stimmlosen, nicht-aspirierten Konsonanten (z. B. p bei Preis)
• Stimmhafte Konsonanten haben eine negative VOT, weil die Stimmmlippenschwingung schon vor Verschlusslösung einsetzt (z. B. b bei Brei)

• Nasopharynx (nasaler Trakt)
• Oropharynx (Mundraum)
• Laryngopharynx (Rachenraum)

1. Oberlippe (labial)
2. Schneidezähne (dental)
3. Zahndamm (alveolar)
4. Harter Gaumen (palatal)
5. Weicher Gaumen (velar)
6. Zäpfchen (uvular)
7. Rachenwand (pharyngal)
8. Epiglottis (epiglottal)
9. Glottis (glottal)

Schall = auditiv wahrnehmbare minimale Luftdruckschwankungen

• Frequenz (Hertz): Anzahl, mit der sich eine Schwingung in der Sekunde wiederholt
• Amplitude (Pascal): Maximale Auslenkung
• Phase (Grad): Relative Lage von Zeitpunkten in einer Schwingung (um wie viel Grad ist der Startpunkt der Schwingung gegenüber dem Sinus verschoben?)

• Reine Töne / Sinus-Töne: einfache periodische Schwingung
• Klänge: komplexe, periodische Signale
• Geräusche: quasi-periodische Signale
• Rauschen: aperiodisches Signal
• Knall: aperiodisches Signal, begleitet von relativer Stille vorher und nachher

Unter einem Formant versteht man die Konzentration akustischer Energie in einem bestimmten Frequenzbereich. Aufgrund der Resonanzeigenschaften kommt es zur Verstärkung einiger Frequenzbereiche (=Formanten).

Ein Oszillogramm stellt die Zeitfunktion eines physikalischen Signals, in der Akustik wäre das z. B. der Schalldruck, dar. Bei einem Sprachsignal wird so die Veränderung des Schalldrucks über die Zeit sichtbar (2-dimensionale Visualisierung).

Akustische Zerlegung komplexer Schwingung in spektrale Komponenten (Sinoidalschwingungen).

• Windowing des Zeitsignals: Herausschneiden bestimter Signalabschnitte (Perioden)
• Schalldruck in Abhängigkeit der Frequenz
• Amplitudenmaxima im Spektrum = Formanten

Äußeres Ohr = Schallempfänger, Schallverstärker

• Geräuschlokalisation durch Ohrmuschel
• Gehörgang: Resonanzraum, Schutz des Mittelohres
• Grenze zum Mittelohr: Trommelfell (membrana tympani), akustischer Druckempfänger, wird durch Schallwellen in Bewegung gesetzt

Das menschliche Ohr erfasst Schwingungen, die 20-20.000 Mal pro Sekunde erfolgen (= 20 Hz bis 20 kHz)

Sprachrelevant sind Schwingungen zwischen 2-5 kHz.

Mittelohr = mechanisches Übertragungs- und Verstärkungssystem

• Impedanzwandler: Übertragung der Signale zwischen dem Luftraum im äußeren Ohr und der Lymphflüssigkeit des Innenohres, Impedanzausgleich (Verstärkung des Schalldruckes)
  • Hebelwirkung durch Aufhängung und Längenunterschied der Gehörknöchelchen in der Paukenhöhle: Hammer (malleus), Amboss (incus) und Steigbügel (stapes)
  • Flächenunterschied zwischen Trommelfell und ovalem Fenster
• Verbindung zum Rachenraum über die Eustachische Röhre (Luftdruckausgleich)
• Schutz des Innenohres: Muskulatur der Gehörknöchelchen reguliert übertragene Intensität (Lautstärke)
• Rundes Fenster: Druckausgleich aus dem Innenohr

Innenohr = hydraulisches System mit Reiztransformator

• Gefüllt mit Lymphe (Flüssigkeit)
• Gehörschnecke (cochlea) mit Spitze (Apex; helicotrema)
• Vorhoftreppe (scala vestibuli) nach dem ovalen Fenster
• Paukentreppe (scala tympani) vor dem runden Fenster
• Dazwischen liegt die Scala Media als Sitz des Corti-Organs (Hörorgan), nach oben abgegrenzt durch die Reissnersche Membran, unten durch die Basilarmembran
• Tektorialmembran umgibt das Corti-Organ

Das Cortische Organ wird gebildet durch die Basilarmembran, die in ihr gelegenen Rezeptorzellen unseres Gehörs, die einreihigen inneren (insgesamt ca. 3.500) und mehrreihigen äußeren Haarzellen (insgesamt ca. 20.000), sowie die die Härchen (Stereocilien) der letzteren berührende, frei bewegliche, darübergelagerte Tektorialmembran.

Die Wanderwellentheorie beschreibt die Funktionsweise des Innenohrs.

Schallwellen breiten sich wellenartig auf der Basilarmembran aus. Maximalamplitude an frequenzspezifischer Stelle (abhängig von Höhe der Cochlea und Elastizität der Membran):

• Tiefe Frequenzen nahe der Schneckenspitze
• Hohe Frequenzen in Steigbügelnähe

Querverschiebung von Tektorial- und Basilarmembran führt zu Bewegung der Endolymphe und Abknicken der Stereozilien. Bei Maximalauslenkung:

Permeabilität der Zellmembran ändert sich, Ionenkonzentration schlägt um: es kommt zum Aktionspotential. Beim Ruhepotential richten sich die Härchen wieder auf, Ionenkanäle werden geschlossen.

Weiterleitung des Signals über den Nervus acusticus zum Gehirn.

Die Psychoakustik beschäftigt sich mit dem Verhältnis von physikalischen Messgrößen und psychischer Empfindung. So werden zum Beispiel physikalischen Größen wie Frequenz oder Dauer, die empfundene Tonhöhe (mel) und die subjektive Dauer (dura).

Somit ergibt sich die subjektive Lautstärke aus Schalldruckpegel und perzeptiver Lautstärke.

• Schmerzschwelle: frequenzabhängiger Schalldruckpegel, der taktile Schmerzempfindung im Gehör verursacht
• Hörschwelle: minimaler Wert für Schalldruckpegel um Schall wahrzunehmen (absolute Schwelle)

Sonograph: Gerät zur visuellen Inspektion der spektralen Struktur der akustischen Sprachsignale (visible speech)

Transition: sichtbare Formantänderung in Folge einer Artikulatorenbewegung (a zu b zu e … vs. a zu g zu e …). Insbesondere bei zweiter Formantfrequenz (F2) Hinweis auf Artikulationsort.

Kategoriale Wahrnehmung: Eine Serie von Einzelreizen, deren akustische Parameter in physikalisch gleichen Schritten geändert werden, wird nicht kontinuierlich wahrgenommen, sondern in Kategorien. Methode: Identifikationstest (Liberman et al. 1957) → perzeptive Untergliederung eines akustischen Kontinuums in eindeutig voneinander abgrenzbare Lautkategorien