1 Einleitung

Der Sprechapparat des Menschen wird strukturell und funktional in 3 Bereiche unterteilt. Die Lunge und die beteiligten Organe und Strukturen (z.B. Zwerchfell, Atemhilfsmuskulatur) stellen mit der Atmung die aerodynamische Energie zur Verfügung (Luftdruck und Luftstrom, Anblasedruck). Im Larynx wird mit den Parametern der Glottisfunktion die primäre Ausformung des Kehlkopftones (akustisches Signal) realisiert. Im Ansatzrohr (Rachen-, Mund- und Nasenraum) wird dieses Signal artikulatorisch moduliert. Haberman (2003) beschreibt dies als dreigliedrigen Aufbau aus Blasebalg (Windkessel), Vibrator und Ansatzrohr (s.u. Abb. 1, Gundermann, 1989). Die akustische Ausformung durch die Räume des Ansatzrohrs beeinflusst im Regelkreis auch die Glottisfunktion. In der folgenden Ausarbeitung soll bezogen auf den aktuellen Forschungs- und Publikationsstand eine detailierte Darstellung der Stimm- und Sprechfunktion aus phonetisch-artikulatorischer Sicht erzielt werden. Strukturell beschreibt Kröger ([KM], S. 19) drei grundlegende Modellierungsebenen der existierenden pulmonalen (Initiation) und laryngealen (Phonation) Modelle: 1. Physiologische Ebene: Modellierung der Muskulatur und der neuronalen Ansteuerung 2. Dynamische Ebene: Bewegungseigenschaften und Abläufe 3. Aerodynamisch-akustische Ebene: Modellierung des Luftstroms der Phonation Diese Betrachtungsweise soll als Leitfaden genutzt werden, um grundlegende Funktionen der Stimmgebung zu erklären. Viele und wesentliche der Erläuterungen sind einem unveröffentlichten Skript von Bernd Kröger entnommen und nur in ausgewählten Fällen aus Gründen der Übersichtlichkeit vermerkt.

Eine klare zusammenfassende Funktionsbeschreibung des Phonations- und Artikulationsprozesses gibt Pompino (2003): „Die Atmung liefert den für die Rohschallgenerierung nötigen subglottalen Luftdruck, durch den die Stimmlippen im Kehlkopf in klangerzeugende Schwingungen versetzt werden, während die sich verändernde geometrische Form des Ansatzrohres (d.h. des Rachen-, Mund-und Nasenraums) sich als (akustisches Filter) klangmodifizierend auswirkt.“ (ebd. S.18) Aufbau und Inhalte

In Kapitel 2 werden zunächst primär die Anatomie und damit verknüpft die grundlegende Physiologie der Atmung, Phonation und Artikulation beschrieben. Kapitel 3 erläutert die Physiologie der Sprechatmung fokussiert auf die Bereitstellung der adäquaten Druckverhältnisse zwischen Ein- und Ausatmungsmuskulatur und Bereitstellung des subglottalen Drucks.

Kapitel 4 beschreibt die physiologische und dynamische Ebene der Phonation (Bernoulli-Effekt, phonatorischer Bewegungsablauf der Stimmlippen).

In Verknüpfung von Artikulation und Akustik schildert Kapitel 5 die Vokal- und Konsonantenartikulation und die damit verbundene Resonanzausformung (Quelle-Filter-Theorie). Kapitel 6 stellt vertiefend Modellvorstellungen der Glottisschwingung (Larynx- und Glottismodelle) wie z.B. die Feder-Masse-Modelle vor.

In Kapitel 7 werden orientierend moderne Abbildungs- und Messverfahren der Atmung und Stimmgebung vorgestellt sowie Hinweise auf vertiefende aktuelle Literatur gegeben.

2 Anatomie und grundlegende Physiologie des Stimm- und Sprechapparates Die mit den phonetischen Funktionskreisen verbundenen Strukturen dienen primär anderen vitalen Funktionen (vgl. [POM]). Die Atmungsorgane stellen dem Körper Sauerstoff zur Verfügung, der orofaziale Bereich mit Lippen, Kiefer, Zunge dient der Nahrungsaufnahme und der Larynx schützt die Atemwege vor dem Eindringen von fester oder flüssiger Nahrung beim Schlucken. Im Zusammenhang mit der Doppelventilfunktion des Larynx ist auch der Aufbau von Haltespannung durch Atemstau und Überdruck im thorakalen Bereich für Bewegungen der oberen Extremitäten z.B. bei Heben oder Pressen zu benennen. Hierbei ist die Taschenfaltenebene funktionell eingesetzt, während die Glottisebene eher dem Unterdrucksystem bei Phonation (einatmungsgesteuert) zugeordnet wird (Böhme, 2003).

Sowohl Atmung, Phonation und Artikulation sind Prozesse, die von einer Vielzahl quergestreifter, willkürlich kontrahierbarer Muskeln und Muskelgruppen gesteuert werden. Das Zusammenspiel agonistischer (unterstützender, synergetischer) und antagonistischer (hemmender, entgegengesetzter) Muskelaktivitäten erreicht durch die Verschaltung der einzelnen Effektoreinheiten (Atemapparat, Kehlkopf, Rachen, Zunge, Lippen, Kiefer, Gaumen) ein komplexes Muster mit vielen Variationsmöglichkeiten. Die Muskelkontraktion in den jeweiligen Strukturen und ggf. dazwischenliegenden Gelenken wird durch die Erhöhung der Rate der Aktionspotentiale und die Anzahl der aktivierten Einheiten verändert ([POM], S. 18f).

Es sollen jetzt die anatomisch-physiologischen Grundstrukturen erläutert werden.

2.1 Atmung

Die Atmung vollzieht sich auf Grund der räumlichen Ausdehnung bzw. Verengung des Brustkorbes (Thorax). Die Einatmung wird durch einen Sauerstoffmangel (Überfluss an Kohlendioxyd im Blut) zentral-nervös im verlängerten Mark des Zentralnervensystems registriert und löst dann die Erweiterung des Brustkorbes aus, damit in Folge in der sich ausdehnenden Lunge ein Unterdruck entstehen kann.

Als Einatmungsmuskeln werden dazu u.a. das Zwerchfell (Diaphragma), externe Zwischenrippenmuskeln, Halsmuskeln und Schulter- und Rückenmuskeln in unterschiedlichem Ausmaß aktiviert. Eine Kontraktion des kuppelförmig den Brust- vom Bauchraum trennenden Zwerchfells führt zu dessen aktiver Absenkung.

Das Ausatmen funktioniert in Ruhe durch passive Rückstellkräfte zusammen mit der nachlassenden Spannung des elastisch sich verengenden Lungenvolumens, den passiven Rückstellkräften des Zwerchfells und dem Gegendruck des Bauchhöhleninhalts (Abb. 4). Bei erweiterter Ausatmung werden primär die internen Zwischenrippenmuskeln und Bauchmuskulatur (Musculus rectus abdominis, M. transversus abdominis) mit Kompression der Bauchhöhle genutzt. Verstärkt kann dies auch durch die Rückenmuskeln (M. latissimus dorsi) bei forcierter Durchführung werden. (s. Abb. 2 und 3; ausführliche Auflistung der beteiligten Muskeln bei [POM], S. 22f, Abb. 5-8; vgl. auch Spiecker-Henke, 1997; Lodes, 1990)

Die beteiligte Muskulatur (Zwerchfell, Abdominal- und Interkostalmuskulatur) dient somit der Änderung des Lungenvolumens und steuert den Luftdruck in der Lunge. Ziel der Atemaktivität bei Phonation ist die Bereitstellung eines zeitlich konstanten Überdrucks in der Lunge. Aus anatomischphysiologischer Sicht werden die elastischen Kräfte der o.a. Muskeln zwischen Ein- und Ausatmung stetig ausbalanciert.

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Atemfehlformen führen zu einer Verschiebung der Balance und Vernachlässigen der Hauptmuskulatur, so dass z.B. bei klavikularer Hochatmung (Schlüsselbeinatmung), das Zwerchfell kaum eingesetzt wird, aber durch Einsatz der extrinsischen Zwischenrippenmuskeln (Hauptrippenheber) und der Hals- und Schultermuskeln (M. subclavius, Anhebung der ersten Rippe) „kompensatorisch“ Fehlkräfte eingesetzt werden müssen.

2.2 Phonation

Luftröhre (Trachea) mit Lungenapparat und dem Rachenraum (Pharynx) mit Mund- und Nasenraum als Klangfilter. Neben der Schutzfunktion des Kehlkopfes, die durch die Epiglottis (Kehldeckel) und die Verschlussmöglichkeit von Taschenfalten (plica vestibularis) und Stimmlippen gegeben ist, muss die Glottis so einsetzbar sein, dass verschiedene Spannungs- und Funktionszustände der Muskulatur Atmung und Phonation variabel beinflussbar machen (Tonhöhe, Art der Stimmlippenschwingung, Lautstärke, Stimmqualität usw.).

Der Kehlkopf besteht aus gelenkig miteinander verbundenen fünf Knorpelstrukturen (s. Abb. 5), die das bewegliche Gerüst für die Tätigkeit der inneren (intrinisisch) und äußeren (extrinsisch) Kehlkopfmuskeln bilden (Muskelübersicht [POM], S. 13f). Verbindendes Bändergewebe und die Auskleidung mit Schleimhautepithelgewebe garantieren elastische Beweglichkeit. Aufgehangen ist der Kehlkopf in Richtung Zungenbein (Hyoid) und Brustbein (Sternum) mit extrinsischen Muskeln und in seiner Lage veränderbar (wichtig auch für den Schluckvorgang als phylogenetisch ältere Funktion).

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Als Basis der Larynxstrukturen dient der siegelförmige Ring- oder Cricoidknorpel, der auf der obersten Trachealspange aufsitzt und den Abschluss der Luftröhre bildet. Verbunden mit diesem sind frontal der nach vorne kippbare Schildknorpel (Thyroid) und hinten aufsitzend zwei paarige Stell- oder Ary-Knorpel, die eine vorwärts-rückwärts gerichtete Gleit- sowie eine rotierende Seitwärtsbewegung gegenüber dem Ringknorpel ausführen können. Zwischen den Aryknorpeln und dem Thyroid spannen sich die Stimmlippen, die einen mehrschichtigen elastischen Binde- und Schleimhautanteil (Mucosa) im oberen Bereich (Bigenzahn, Schneider, 2007; Hammer, 2005; Habermann, 2003) und im tieferen Abschnitt den muskulären Anteil des Musculus vocalis (interner Stimmlippenmuskel) und sehnigen Ansatz am Processus vocalis haben. Durch Änderung des Abstandes zwischen den Stellknorpeln ändert sich der Abstand der Stimmlippen zueinander. Die Öffnung zwischen den Stimmlippen wird als Glottis bezeichnet.

Zwei Parameter sind aus funktionaler Sicht wichtig: a. Öffnung der Stimmlippen; b. Längsspannung der Stimmlippen.

Sogenannte Stimmlippenspanner sind der intrinsische Stimmlippenspanner (Musculus vocalis oder auch bezeichnet als Musc. thyroarytenoideus) und der äußere Stimmlippenspanner (Musc. cricothyreoideus, auch Anticus), der durch Verkippung des Schild- zum Ringknorpel eine erhöhte Stimmlippenspannung aufbaut.

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Der einzige Stimmlippenöffner ist der Musculus cricoarytenoideus posterior, auch Posticus), der durch einen Zug zwischen den Aryknorpeln, die Glottis für die Atmung öffnet. Bei beidseitiger Verletzung des efferenten Nervenastes des Nervus vagus (Nervus recurrens superior) durch operative Eingriffe kann es zu akuter Atemnot kommen. Die beiden Stimmlippenschließer sind der Musculus cricoarytenoideus lateralis) und der Musculus arytenoideus transversus, die beide durch ihre Zugkräfte keine Längung sondern eine Annäherung der Stimmlippen gegeneinander bewirken (s. Abb. 6 und 7)