Big Bang Physik 6, Schulbuch

66  RG 6.1, G 6.2 Wellen Die Stimmbänder von Männern sind 17 bis 25mm lang, die der Frauen 13 bis 18mm und außerdem dünner. Deshalb ist ihre Stimme in Summe etwa eine Oktave höher als die der Männer ( F5 ; Abb. 21.6). In der Früh ist die Stimme generell immer etwas tiefer, weil sich durch das Liegen die Stimmbänder mit mehr Flüssigkeit füllen. Dadurch haben sie mehr Masse und somit eine niedrigere Frequenz. Im Stimmbruch beginnen die Stimmbänder plötzlich stark zu wachsen, und dadurch ist die Muskulatur des Stimmappara- tes schlichtweg koordinativ überfordert.  Info: Stimmbruch Die Stimmhöhe wäre also geklärt. Aber wie erzeugen wir die Vokale ( F6 )? Um das zu verstehen, muss man zwei Fakten miteinander verknüpfen: 1) Die Stimmbänder schwingen nicht sinusförmig (Abb. 21.3b) und erzeugen daher auch jede Menge Ober- frequenzen bzw. Obertöne (siehe S. 42). Abb. 21.3:  a: Sinusschwingung, die einen reinen Ton erzeugt (siehe Abb. 18.53a, S. 42). Die Stimmbänder schwingen aber so wie in b. Dadurch entstehen auch viele Obertöne. 2) Mund- und Rachenraum bilden gemeinsam einen Resonanzkörper, den man Vokaltrakt nennt (Abb. 21.4). Man kann ihn vereinfacht als Röhre betrachten, in der sich nur bei bestimmten Frequenzen stehende Wellen bilden. Abb. 21.4:  Man kann sich den Vokaltrakt vereinfacht als Röhre vorstel- len, in der sich stehende Wellen ausbilden – ähnlich wie in einer gedeckten Orgelpfeife (siehe auch Abb. 19.30, S. 55)! Abb. 21.5:  Gitarre Die Frequenz f einer schwingenden Saite kann mit folgen- der Gleichung beschrieben werden (zur Herleitung der Gleichung siehe F14 , S. 69):  f  = ​ 1  __  2  l ​ · ​ Ö  ____ ​  F  ___  r  · A ​​ F (N) ist die Kraft, mit der die Saite gespannt ist, ρ die Dichte (kg/m 3 ), A die Querschnittsfläche (m 2 ) und l die Länge der Saite (m). Die hohen, leichten Saiten einer Konzertgitarre sind aus Nylon oder Darm, während die tiefen, schweren Saiten mit Metall umwickelt sind ( F4 ; Abb. 21.5). So haben alle etwa die gleiche Spannung. Im Prinzip könnte man auch 6-mal die tiefste Saite nehmen (82,5Hz) und einfach stärker spannen. Die höchste Saite ist aber 2 Oktaven höher (330Hz) und müsste deshalb 16-mal so stark gespannt sein. Das hält keine Gitarre aus! i Abb. 21.6:  Je tiefer die Saite klingen soll, desto schwerer muss sie sein. Die drei tiefsten Saiten sind deshalb dicker und zusätz- lich mit Metall umwickelt. Stimmbruch Durch die Ausschüttung des Hormons Testosteron beginnt der männliche Körper in der Pubertät sehr schnell zu wach- sen. Natürlich wachsen auch die Stimmbänder . Sie werden fast 10mm länger und auch etwas dicker. Beide Effekte be- wirken in Summe, dass die Sprechstimme rund eine Oktave absinkt (Abb. 21.6). Die „Software“ im Gehirn, die die Sprach- muskeln steuert, ist darauf aber nicht vorbereitet, und die Stimme kippt in dieser Zeit oft zwischen tiefer und hoher Lage hin und her – Stimmbruch eben. Dieser ist also ein koordinatives Problem! Bei Mädchen ist die Testosteronpro- duktion viel geringer. Ihre Stimmbänder wachsen nur leicht, und der Stimmbruch verläuft ziemlich unauffällig. i Abb. 21.7:  Veränderung von Sprechstimme und Stimmumfang bei Frauen und Männern (die Frequenzen sind nur exemplarisch eingezeichnet): Im Stimmbruch sinkt die Männerstimme sehr stark ab, die Frauenstimme kaum. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv