Bei der menschlichen Stimme werden im Kehlkopf Grund- und Obertöne produziert. Davon wird, wie bei Musikinstrumenten, ein Teil durch Resonanz im Rachen-, Mund- und Nasenraum verstärkt. Die so verstärkten Frequenzbereiche bezeichnet man als Formanten. Experiment: Die menschliche Stimme 59.1 E2 Du brauchst: Ein Oszilloskop (oder ein Smartphone und eine geeignete App) Erzeuge mit deiner Stimme verschiedene Töne und Geräusche. Beobachte die Schwingungen am Oszilloskop bzw. am Bildschirm. Menschen und viele Tiere produzieren Laute, um sich zu verständigen. Im Laufe der Evolution hat sich der menschliche Stimmapparat (Kehlkopf und Mundhöhle) so weiterentwickelt, dass es dem Menschen möglich ist, sich in einer differenzierten Sprache zu verständigen. Die Lautproduktion beim Menschen erfolgt im Kehlkopf. Verantwortlich für die Stimmbildung sind zwei Gewebefalten innerhalb des Kehlkopfs, die Stimmlippen mit den Stimmbändern. Die Stimmbänder gehen von der Innenfläche des Schildknorpels aus und verlaufen nach hinten entlang des Randes der Stimmlippen zu den Stellknorpeln. Die Stellknorpel sind „Befestigungsstellen“ für mehrere kleine Muskeln, die so die Stimmbänder bewegen können. Zwischen den beiden Stimmbändern befindet sich die Stimmritze. Die Stimmbänder werden durch den aus der Lunge aufgebauten Luftdruck auseinander gedrückt und lassen die Luft passieren. Dadurch wird der Druck abgebaut und die Stimmbänder verschließen die Passage wieder, bis der erneut aufgebaute Druck sie wieder öffnet. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, und bei jedem Öffnen geht ein neuer Impuls an die umgebende Luft. Je stärker Stimmbänder gespannt sind, desto größer ist die Frequenz und damit die Tonhöhe. Die Schwingungen der Stimmbänder öffnen und schließen den Durchlass für die ausströmende Luft. Der im Kehlkopf produzierte Klang (Grundton und Obertöne) bringt die Luft im Rachen-, Mund- und Nasenraum zum Schwingen. Wie bei einem Musikinstrument wird durch Resonanz ein Teil der Töne gedämpft, ein anderer verstärkt. Es entstehen die unterschiedlichen Laute der Sprache bzw. die Singstimme. 59.2 Mit Hilfe des Audio-Oszilloskops der App PhyPhox kannst du Töne und Geräusche sichtbar machen. Die menschliche Stimme Stimmritze Stimmritze verengt Stimmband a) b) Stellknorpel Schildknorpel 59.1 Der Kehlkopf mit geöffneten und geschlossenen Stimmbändern Ultraschall Der Frequenzbereich, den das menschliche Ohr wahrnehmen kann, erstreckt sich von ca. 20 Hz (untere Hörgrenze) bis zu ca. 20 000 Hz (obere Hörgrenze). Der Schall, dessen Frequenz unter 20 Hz liegt, heißt Infraschall. Der Schall, dessen Frequenz über 20 000 Hz liegt, wird Ultraschall genannt. Ultraschall wird je nach Material an Hindernissen reflektiert, vom Material absorbiert oder tritt durch dieses hindurch. Wie bei anderen Wellen kann Brechung, Beugung oder Interferenz auftreten. Ultraschallwellen transportieren wegen ihrer hohen Frequenzen selbst bei geringer Amplitude große Energiemengen. In der Technik und der Medizin gibt es für Ultraschall zahlreiche Anwendungen (59.3). Dabei nutzt man das Echolotverfahren zur Bestimmung von Entfernungen oder man nutzt die hohe Energie des Ultraschalls zur Zerstörung, etwa von Bakterien. Ein Echolot sendet kurze Ultraschallimpulse aus und misst die Zeit, die das Schallsignal benötigt, um ein Hindernis zu erreichen und von dort als Echo zum Ausgangspunkt zurückzukehren. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Meerestiefen messen, U-Boote oder Fischschwärme orten. Aber auch Materialien können geprüft werden. Bei fehlerfreien Materialien werden die Schallwellen nämlich nur an der Oberfläche reflektiert. Sind dagegen Unregelmäßigkeiten, wie etwa Lufteinschlüsse, vorhanden, so kommt es zu weiteren Reflexionen, die an einem entsprechend eingerichteten Oszilloskop sichtbar gemacht werden können. Auch in der Medizin wird die Schallortung eingesetzt. 59.3 Ultraschallwellen werden an Organgrenzen reflektiert. Dieses Bild entstand bei der Untersuchung einer schwangeren Frau. Ein Oszilloskop dient zur Aufzeichnung elektrischer Schwingungen. Um Töne aufzuzeichnen, müssen die akustischen Schwingungen mittels eines Mikrophons in elektrische Schwingungen umgewandelt werden. 59 Wellen 2 Mechanische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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