Larynx. Hauptthemen: 1. Konsonantenartikulation. 2. Phonation (Stimmqualität, Kontrolle der Grundfrequenz)

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1 Larynx Hauptthemen: 1. Konsonantenartikulation 2. Phonation (Stimmqualität, Kontrolle der Grundfrequenz) 3. Demo: Messung der Phonation mittels Elektroglottographie Hoole, Physiologie Larynx-Folien

2 Vorüberlegung Glottale Bewegungen bestehen aus einer Überlagerung von zwei verschiedenen Zeitbereichen: a) die langsame Komponente Regelung der glottalen Konstriktion geschlossen ø offen glottal stop Phonation Stimmlose Konsonanten Atmung (Phonation ließe sich weiter unterteilen: z.b relativ offene Konstriktion bei breathy voice (behauchter Stimmgebung)) b) die schnelle Komponente d.h. die Stimmbandschwingungen bei der Phonation (natürlich nur bei stimmhaften Lauten vorhanden) Hoole, Physiologie Larynx-Folien

3 1. Kehlkopfartikulation bei Konsonanten Die langsame Komponente: Filmbeispiel (zur Erinnerung) Im ersten Semester wurde die Kehlkopfartikulation u.a unter dem Stichwort Timing diskutiert. Lautkategorien: stimmhaft, stimmlos nichtaspiriert, stimmlos aspiriert ö VOT ( Voice Onset Time ) Hoole, Physiologie Larynx-Folien

4 Hoole, Physiologie Larynx-Folien

5 Jetzt soll das Thema Timing etwas ausgebaut werden d.h weitere Möglichkeiten der Koordinierung der laryngealen Artikulation mit der supraglottalen (oralen) Artikulation. Die Sprachbeispiele zu diesem Thema werden aber zeigen, daß wir gleichzeitig das Thema Stimmqualität (= Thema 2, Phonation) berücksichtigen müssen. Die nächste Folie zeigt 4 prinzipielle Koordinationsmöglichkeiten: Hoole, Physiologie Larynx-Folien

6 Contrasting Patters of Laryngeal-Oral coordination Vocal Tract Closed (Consonant) Vocal Tract Closed (Consonant) Glottal ing Glottal ing Time Time Vocal Tract Closed (Consonant) Vocal Tract Closed (Consonant) Glottal ing Glottal ing Time Time Hoole, Physiologie Larynx-Folien

7 Vocal Tract Contrasting Patters of Laryngeal-Oral coordination Preaspirated Closed (Consonant) Vocal Tract Unaspirated Closed (Consonant) As the timing of the peak glottal opening relative to the vocal tract closure is varied the following categories are obtained (from early to late peak glottal opening): Glottal ing Time Glottal ing Time 1. Preaspirated, e.g Icelandic 2. Unaspirated, e.g French 3. (Post)aspirated, e.g German 4. Voiced aspirated, e.g Hindi (also referred to as breathy or murmured ) Vocal Tract Glottal ing (Post)aspirated Closed (Consonant) Time Vocal Tract Glottal ing Voiced aspirated Closed (Consonant) Time In addition to the timing differences, the size of the glottal opening is typically somewhat smaller in the unaspirated and voiced aspirated categories than in the other two categories. The voiced aspirated example is shown with continuous voicing. However, interruptions of voicing also frequently occur. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

8 Sprachbeispiele (s. Beispiele vom ersten Semester (CD-ROM) für einfache Vergleiche wie stimmhaft vs. stimmlos nichtaspiriert, sowie stimmlos nichtaspiriert vs. stimmlos aspiriert) 1. Präaspiration. Isländisch (Präaspiration kommt auch in einigen gaelischen und schwedischen Dialekten vor) Im Isländischen findet man stimmlos (post)aspiriert, stimmlos präaspiriert und stimmlos nichtaspiriert. Allerdings können nicht mehr als zwei dieser 3 Möglichkeiten direkt kontrastieren. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

9 2. Stimmhaft aspiriert. Hindi und Sindhi Diese neue Kategorie ist sowohl von der Anzahl der Sprachen als auch von der Anzahl der Sprecher her von großer Bedeutung. Sehr starke Verbreitung auf dem ganzen indischen Subkontinent. Hier finden sich viele Sprachen, die vier laryngeale Möglichkeiten bei der Konsonantenartikulation direkt konstrastieren. Von den vier Koordinationsmöglichkeiten oben findet man bei Hindi drei: stimmlos nichtaspiriert, stimmlos aspiriert, stimmhaft aspiriert und als 4. Kategorie noch stimmhaft Bei Sindhi kommen sogar Implosive als 5. Kategorie hinzu. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

10 Die Kategorie stimmhaft aspiriert läßt sich als Möglichkeit der laryngealen-oralen Koordination problemlos erfassen nicht aber mit dem Begriff der VOT (Präaspiration eigentlich auch nicht) Vom Klangeindruck her geht es weniger darum, ob und wann die Phonation einsetzt, sondern welche Art der Phonation am Übergang von Konsonant zu Vokal vorkommt. Damit wären wir bei Stimmqualität (Thema 2) gelandet. Vorgreifend könnte man sagen, daß die Phonation am Anfang des Vokals sehr geringe Adduktion und mediale Kompression aufweist. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

11 3. Dreifacher Kontrast (1), Thai Thai zeigt einen relativ klaren Kontrast von den drei bekannten Kategorien stimmhaft, stimmlos nichtaspiriert, stimmlos aspiriert. Das Beispiel soll vor allem als Gegenstück zum Koreanischen dienen (s.u.), wo einserseits klar ist, daß auch hier drei Kategorien vorliegen, wo aber andererseits die Beschreibung der Kategorien nicht so leicht fällt. Dies wird uns wieder zum Thema Stimmqualität führen. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

12 4. Dreifacher Kontrast (2), Koreanisch Typ 1. Stimmlos aspiriert Typ 2. Stimmlos nichtaspiriert, lenis Typ 3. Stimmlos nichtaspiriert, fortis Problematisch ist der Unterschied zwischen Typ 2 und Typ 3. Beide werden traditionell als nicht aspiriert bezeichnet. Mit dem Unterschied fortis vs. lenis drückt man aus, daß Typ 3 kräftiger artikuliert wird. In der Praxis ist oft etwas mehr Aspiration bei Typ 2 zu finden (= leicht aspiriert, statt nichtaspiriert). Trotzdem ist klar, daß wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Typen unter dem Begriff Timing nicht erfaßt werden können. Besonders auffallend bei Typ 3 ist der abrupte, kräftige Stimmeinsatz nach der Verschlußlösung (in Sonagrammen gut zu beobachten). Wir haben also wieder einen Fall, wo Unterschiede in der Stimmqualität eine Rolle spielen. Die Spannung in den Stimmbändern ist bei Typ 3 vermutlich höher. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

13 Zwischenbilanz Laryngeale Beteiligung an der Konsonantenartikulation! Die Koordinationsmöglichkeiten zeigen wie wichtig präzises Timing für die gesprochene Sprache ist.! In einigen Fällen ist aber nicht nur das wann sondern auch das wie der Stimmgebung von Bedeutung. Zum Abschluß der folgenden Abschnitte zur Phonation werden wir versuchen, den speziellen Fall der koreanischen Typ-3-Konsonanten etwas präziser zu beschreiben. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

14 2. Phonation Übersicht Laryngeale Kräfte 1. Abduktion 2. Adduktion 3. Adduktion mit medialer Kompression 4. Longitudinale Spannung 5. Interne Spannung der Stimmbänder Hoole, Physiologie Larynx-Folien

15 Longitudinal tension Cricothyroids Adduction with medial compression Lateral cricoarytenoids External thyroarytenoids Vocal fold stiffness Internal thyroarytenoids (Vocalis) Adduction Interarytenoids Abduction Posterior cricoarytenoids Hoole, Physiologie Larynx-Folien

16 Das Wechselspiel Abduktion-Adduktion ist für die stimmlosen Laute (Thema 1) entscheidend (sog. Entstimmungsgeste ). Die Unterscheidung Adduktion und Adduktion mit medialer Kompression bietet die Möglichkeit, den vorderen und hinteren Teil der Glottis relativ unabhängig voneinander zu konfigurieren (Stichwort Flüsterdreieck ). Nachteil dieses Schemas (Sicht von oben) ist, daß die Auswirkungen des Wechselspiels zwischen der longitudinalen Spannung (Cricothyroideus) und der internen Spannungsregelung der Stimmbänder (Thyroarytenoideus) nicht gut erfaßt werden. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

17 Schritt 1 Wir führen ein zweites Begriffspaar ein: Cricothryroid vs. Thyroarytenoid Schritt 2 Wir machen einen Umweg über Cover vs. Body Kontrolle der Grundfrequenz Schritt 3 Und kehren schließlich zur Kontrolle der Simmqualität zurück. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

18 Das Cover-Body Modell (nach Hirano; Abb. aus Titze, 1994) Hoole, Physiologie Larynx-Folien

19 Hoole, Physiologie Larynx-Folien

20 Wir betrachten zuerst den Fall, wo nur die Cover am Schwingungsvorgang beteiligt ist. Wir werden nachher sehen, wo dieser Fall tatsächlich eintreten kann. Modellrechnungen von Titze zeigen, wie die Grundfrequenz von der Aktivität des Thyroarytenoideus und des Cricothyroideus abhängt (Titze, Abb. 8.7). Wie kommt man am effektivsten von einer niedrigeren zu einer höheren Grundfrequenz? CT-Aktivität verstärken TA-Aktivität abschwächen Kontrolle der Grundfrequenz Hoole, Physiologie Larynx-Folien

21 Jetzt das vollständige Cover-Body- Modell: Ein völlig anderes Bild - und viel komplizierter; daher die Einteilung in vier Quadranten. In Quadrant 1 (und 4) führt Verstärkung der TA-Aktivität jetzt eindeutig zu einer Erhöhung der Grundfrequenz. Im oberen Teil von Quadrant 2 findet man in etwa den Verlauf des einfacheren Cover-Modells. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

22 Das fehlende Element: Die Beziehung zwischen Muskelaktivität und der Form der Stimmbänder. Hohe CT-Aktivität und niedrige TA- Aktivität ö Falsetto (linkes Bild). = Quadrant 2 im Cover-Body-Modell = einfaches Cover-Modell. Nur der dünne äußere Rand schwingt; die Kontaktfläche zwischen den Stimmbändern beim Schließen ist klein. Was hat das Ganze mit Stimmqualität zu tun? Mittlere CT-Aktivität und mittlere TA- Aktivität ö Modal (rechtes Bild). Aktivierung des Thyroarytenoideus führt zu Große Kontaktfläche beim Schließen Beteiligung von Cover und Body am Schwingungsvorgang. = das typische Bild der normalen Phonation. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

23 Sprechen findet in der Regel im Bereich von Quadrant 1 im Cover-Body-Modell statt. Bei Erhöhung der Grundfrequenz nimmt typischerweise die Aktivität sowohl des Cricothyroideus als auch des Thyroarytenoideus zu (Aktivierungsmuster im Bereich der Hauptdiagonale, Richtung Quadrant 3). Von Quadrant 1 aus könnte eine Bewegung Richtung Quadrant 4 für eine Erhöhung der Grundfrequenz naheliegender erscheinen. Aktivierungsmuster im Bereich von Quadrant 4 kommen aber relativ selten vor. Grund: Der Thyroarytenoideus unterstützt die Adduktion der Stimmbänder. Eine einseitige starke Zunahme der TA-Aktivität würde zwar die Grundfrequenz erhöhen, aber auch zu einer zunehmend gepressten Stimmqualität führen. Diese Möglichkeit kann aber (richtig dosiert) zur Gestaltung der Stimmqualität durchaus eingesetzt werden, und liegt vermutlich (u.a) dem charakteristischen Phonationstyp bei den Typ 3 (fortis) - Konsonanten des Koreanischen zugrunde. Damit schließt sich der Kreis. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

24 Wie viele Stimmqualitäten lassen sich unterscheiden? Demo Laver, The phonetic description of voice quality (auf der CD-ROM) Hoole, Physiologie Larynx-Folien

25 Um sprachlich relevante Unterschiede zu erfassen, reichen aber (zusätzlich zu Modal Voice) lediglich zwei Grundtypen auf der Konstriktionsachse: 1. Breathy Voice schwächere Konstriktion = geringere Adduktionskräfte 2. Creaky Voice Stärkere Konstriktion = stärkere Adduktionskräfte Sehr niedrige longitudinale Spannung: Stimmbänder sind sehr kurz und dick, schwingen nur im vorderen Teil. ev. Beteiligung der Taschenfalten (wegen der starken medialen Kompression). Oft sehr unregelmäßiger Schwingungsablauf (z.b alternierende starke und schwache Schwingungen; s.u. Beispiel Glottogram), vielleicht wegen rechts-links Unterschieden in der Stimmbandspannung. Bei starker Adduktion ist der Übergang zu Glottal Stop fließend: hinter dem Begriff Laryngalisierung sind oft Fälle von Creaky Voice zu finden. Die Phonation bei den koreanischen Fortis-Plosiven kann vielleicht als Vorstufe zu Creaky Voice gesehen werden, d.h etwas erhöhte Spannung im Thyroarytenoideus (bei Ladefoged findet man hierfür den Begriff Stiff Voice ) Hoole, Physiologie Larynx-Folien

26 creaky voice breathy voice Hoole, Physiologie Larynx-Folien

27 Viele Sprachen verwenden zwei dieser Stimmqualitäten. Aber fast keine Sprachen verwenden mehr als zwei. Beispiele auf der CD-ROM Gujarati: Mpi: Hausa und Dänisch: Jalapa Mazatec: Xoo: Breathy Voice, aber auch stimmhaft aspirierte Plosive Creaky Voice Demo Laryngealization Möglicher Fall von Breathy und Creaky Voice zusätzlich zu Modal Voice Sehr klares Beispiel für Breathy Voice. Aber auch einige sehr ungewöhnliche Phänome, die vielleicht dem Thema Stimmqualität zuzuordnen sind. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

28 Example: Quotient useful and quite easy to measure Definition: Duration of open phase divided by Duration of complete glottal cycle 3. Messung der Phonation Typically 40-50% for normal voice Decreases for loud voice Decreases a lot for creak Increases for falsetto Increases for breathy voice (may reach 100%, i.e no closed phase) Glottal Area ing Closing Time Closed Glottal area as a function of time for one vibratory cycle of the glottis Another important parameter is the relative speed of the closing phase. Abrupt closure of the glottis chops up the air-stream into a series of sharp impulses, which in turn helps to generate a voice that is rich in harmonics (cf. glottogram in next fig.) Hoole, Physiologie Larynx-Folien

29 Prinzip der Elektroglottographie (Laryngograph ) Example of relation of electroglottograph signal to glottal vibration. The signal is roughly proportional to vocal fold contact area, i.e high amplitude when glottis is closed, low amplitude when glottis is open. Note that the slope of the curve is steeper between points I and III (closure) than between points IV and V (opening). This is typical of normal voice. Hoole, Physiologie Larynx-Folien

30 Beispiel eines Elektroglottograms bei Creaky Voice (aus Laver, 1980), mit der charakteristischen Alternation einer stärkeren und einer schwächeren Schwingungskomponente (s.a Titze, 1994, S. 258). Hoole, Physiologie Larynx-Folien

31 Nachtrag zum Koreanischen Meßbare Konsequenzen der erhöhten Aktivität des Thyroarytenoideus bei Typ 3 (Fortis): Öffnungsquotient niedriger bei Phonationsbeginn nach Fortis als nach Typ 2 (Lenis). Grundfrequenz höher bei Fortis als bei Lenis. (vgl. Abb. auf der CD-ROM) Hoole, Physiologie Larynx-Folien