Wir Menschen sind nicht die größten, nicht die stärksten und nicht die schnellsten Lebewesen auf diesem Planeten. Aber wir haben eine kompliziertere Sprache als alle anderen bekannten Lebensformen. Der Welttag der Stimme am 16. April soll daran erinnern, welche Bedeutung die Stimme für unser Leben hat.

Wie die bemerkenswerte Vielfalt an Lauten entsteht, die unser Stimmapparat ermöglicht, ist wissenschaftlich schwer zu beschreiben. An der TU Wien wird nun in Kooperation mit der Uniklinik Erlangen ein Computermodell entwickelt, das den Stimmbildungsprozess simulieren kann. So soll es möglich werden, vorherzuberechnen, ob bei Menschen mit Sprechproblemen Operationen hilfreich  sein könnten oder nicht.

Von der Lunge bis zur Lippe

Am Institut für Mechanik und Mechatronik der TU Wien, Forschungsbereich Technische Akustik, geht man an dieses Problem ähnlich heran, wie man auch eine Flugzeugturbine oder einen Dieselmotor untersuchen würde: Man versucht, den gesamten Stimmbildungsapparat des Menschen am Computer virtuell nachzubauen, indem die zugrunde liegenden physikalischen Gleichungen der Strömung und Akustik mit numerischen Verfahren aus der Mathematik gelöst werden. "Wir beginnen direkt nach der Lunge. Von den Stimmlippen über den Kehlkopf bis zum Mund wird der Luftstrom und die Akustik berechnet. Wir untersuchen, wie der Klang der Stimme von den geometrischen Gegebenheiten abhängt", erklärt Stefan Schoder, der als Postdoc an der TU Wien an dem Projekt arbeitet.

Bestimmte Details kann man dabei getrost vernachlässigen – so spielt etwa die gekrümmte Form des Bereichs zwischen Kehlkopf und Mund keine entscheidende Rolle, am Computer kann man den Stimmapparat als gerade, langgezogene Röhre modellieren. Wichtig ist allerdings zu berücksichtigen, dass der Durchmesser dieser Röhre stark variiert. Die Luft strömt durch Engstellen und größere Hohlräume, das hat große Auswirkungen auf den Klang.

"Gemeinsam mit der Uniklinik in Erlangen sehen wir uns die Bildung unterschiedlicher Vokale an", sagt Stefan Schoder. "Wenn man die Geometrie ein bisschen anpasst, strömt die Luft anders, und mit unserem Simulationstool kann man daraus direkt berechnen, wie das den Klang des Vokals verändert."

In dem Forschungsprojekt, das vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der deutschen Forschungsgesellschaft DFG finanziert wird, soll nun in den nächsten zwei Jahren der Prototyp eines Computermodells fertiggestellt werden, das dann spezifisch auf bestimmte Patientinnen und Patienten angepasst werden kann. So soll es schließlich möglich werden, am Computer vorherzuberechnen, ob ein chirurgischer Eingriff helfen könnte, bestimmte Laute klarer und deutlicher zu bilden.