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Angabe zum technischen Gebiet: Die Erfindung bezieht sich auf ein Trainingsgerät, bei dem die Einstellung des Vokaltrakts in Bezug auf ein extern erzeugtes akustisches Wellenfeld erfolgt. Der Vokaltrakt ist für die Sprachbildung und den Gesang ebenso wichtig, wie zum Erlernen von Blasinstrumenten. Dabei wird die Einstellung des Vokaltrakts für eine korrekte und die Stimmbänder wenig belastende Stimmnutzung trainiert.
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Stand der Technik: Die Stimme ist ein wichtiges Merkmal der Persönlichkeit von Personen. Eine tragfähige Stimme gibt Menschen im Umgang miteinander Sicherheit und stärkt das Selbstbewusstsein. Eine physiologisch richtig eingesetzte Stimme ist insbesondere bei Personen wichtig, bei denen die eigene Stimme die Basis für die berufliche Tätigkeit darstellt. Neben den Stimmlippen ist der Vokaltrakt für die stimmlichen Eigenschaften wesentlich. Der Vokaltrakt umfasst in der folgenden Darstellung den Bereich von der Luftröhre unterhalb der Stimmlippen (subglottischer Bereich) bis zu den Lippen bzw. den Nasenöffnungen. Stimmstörungen sind weit verbreitet und können unterschiedliche Ursachen haben. In vielen Fällen entstehen Stimmstörungen ursächlich durch eine mangelnde Kopplung der mechanischen Schwingung der Stimmlippen mit den akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts. Die akustischen Eigenschaften können durch Veränderung der Geometrie des Vokaltrakts vom Menschen deutlich verändert werden.
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Bei der menschliche Stimme liegt die Grundfrequenz der Sprechstimme und in weiten Bereichen auch des Gesangs unterhalb der akustischen Resonanzbereiche des Vokaltrakts. Der Vokaltrakt kann dabei mit einer Röhre verglichen werden. Dabei liegt die niedrigste Resonanz des Vokaltrakts einer erwachsenen Person bei einer Frequenz von etwa 500 Hz. Die Sprechstimme von Männern liegt aber im Bereich von etwa 125 Hz, die von Frauen bei etwa 250 Hz. Kinder verfügen über eine Stimmlage um 440 Hz, allerdings liegt bei Kindern die Resonanzfrequenz des Vokaltrakts durch die kürzeren Abmessungen entsprechend höher.
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Die Bildung von Vokalen wird durch eine Verstärkung oder Abschwächung der Obertöne der Stimme ermöglicht. Dazu werden die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts insbesondere durch eine veränderte Zungenposition an die zu bildenden Vokale angepasst. Die Resonanzen des Vokaltrakts werden Formanten genannt. Obertöne, die im Bereich eines Formanten liegen, werden hervorgehoben, Obertöne außerhalb der Formanten unterdrückt. Dabei können die Frequenzbereiche der Formanten durch den Vokaltrakt verändert werden. Die durch den Vokaltrakt veränderten Obertöne, d.h. die Obertonspektren sind für die Spracherkennung, aber auch als Träger emotionaler Informationen des Sprechers oder Sängers entscheidend.
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Zudem wird die Tragfähigkeit einer Stimme durch die Intensität der Obertöne bestimmt. Für die Spracherkennung sind insbesondere die ersten beiden Formanten, d.h. die Resonanzbereiche im Frequenzbereich zwischen etwa 400 und 2000 Hz entscheidend. Für die Tragfähigkeit der Stimme und eine bessere Sprachverständlichkeit sind auch die darüber liegenden Formanten wichtig. Dabei ist eine tragfähige Stimme nicht unbedingt lauter, lässt sich jedoch besser im Raum verstehen. Analoges gilt für den Gesang, bei dem die Tragfähigkeit insbesondere durch die Ausbildung von sog. Sängerformanten, d.h. einer Resonanz insbesondere im Frequenzbereich von 2500 und bis über 4500 Hz erreicht wird. Zwischen den Resonanzen liegen die Antiresonanzen. Dies sind Frequenzbereiche, in denen die Obertöne der Stimme nicht durch den Vokaltrakt unterstützt werden (Hanna et al.).
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Analog zur menschlichen Stimme wird auch beim Spielen von Blasinstrumenten die Wechselwirkung der akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts des Spielers mit dem Rohr des Blasinstruments dazu genutzt, die Klangfarbe spezifisch anzupassen. Daher hilft die Übung zur Einstellung der akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts auch beim Erlernen von Blasinstrumenten.
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Die klassische Gesangspädagogik setzt zu einem bedeutenden Maß auf Vibrationsempfindungen als Maß für den korrekten „Sitz“ der Stimme. Vibrationen können insbesondere bei niedrigen Frequenzen wahrgenommen werden. Während Frequenzen unterhalb 250 Hz zu einem bedeutenden Anteil mit dem Gewebe wechselwirken, lässt die Übertragung bzw. Wechselwirkung der Schallenergie bei höheren Frequenzen mit der Wand von Luftröhre, Rachen, Gaumen und Mund nach. Dennoch sind die Einstellungen des Vokaltrakts gerade im höheren Frequenzbereich zur Ausbildung der Sängerformanten besonders wichtig.
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Eine obertonreiche Stimme hilft zudem, sie über einen langen Zeitraum ohne Heiserkeit nutzen zu können. Wird die Stimme überlastet, können Stimmstörungen die Folge sein. Zur Behandlung von Stimmstörungen sind viele verschiedene Methoden eingeführt. So werden in der Phoniatrie bei geringen Störungen beispielsweise Stimmbildungsübungen, Ruhigstellung des Stimmapparats oder Stimmbildung mittels der Phonation in Röhren empfohlen. Wesentlich ist dabei, dass der Patient lernt, seine Stimme physiologisch richtig zu verwenden. Bei stärkeren Störungen werden auch operative Eingriffe durchgeführt.
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Ein wichtiger Teil der Stimmbildung besteht darin, den Obertonanteil am Gesamtklang zu verstärken. Als Indiz für einen obertonreichen Klang kann die sog. Randschwingung der Stimmlippen gelten. Herausforderung für den Übenden ist unter Anderem, dass die Randschwingungen nicht bewusst über die Stimmlippen durch den Sprecher oder Sänger angesteuert werden können. Daher werden Übungen insbesondere zur verbesserten Resonanz des Vokaltrakts verwendet, die unter Einsatz der Stimme einen höheren Anteil der Obertöne insbesondere in den Bereichen oberhalb eines Kilohertz bedingen sollen. Die Einstellung des Vokaltrakts wirkt dann wiederum auf die Schwingung der Stimmlippen über die Kopplung von akustischem und mechanischem System zurück. Darüber hinaus sind z.B. Gähnübungen und Vorstellungen wie „durch die Augen singen“ bekannt, durch die eine bessere Unterstützung der Obertöne des Sängers/Sprechers erreicht werden soll.
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Neben der klassischen Stimmbildung werden verschiedene Techniken unter dem Begriff der „semi occluded vocal tract“ SOVT-Techniken zusammengefasst. Dazu gehören Stimmübungen wie Summen, Lippen- oder Zungentriller und das Singen in Röhren. Beim Singen in Röhren, der sog. „Tube-Phonation“ wird als technisches Hilfsmittel zur Unterstützung der stimmlichen Entwicklung eine Röhre als verlängerter Vokaltrakt verwendet, bei der der Nutzer durch ein Rohr singt. Die Tube-Phonation soll die Kopplung zwischen Stimmbildung und Vokaltrakt verbessern (Tietze). Darüber hinaus ist bekannt, dass die Vibrationsempfindungen während der Stimmnutzung verstärkt werden können (Sundberg 1991, Sly et al.). Bei den SOVT-Techniken wird die menschliche Stimme als Schallquelle verwendet.
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Bei der Stimmbildung und zur Abbildung der akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts werden auch sog. Geisterstimmen eingesetzt. Dabei wird zunächst ein Rauschen durch Verwirbelungen des Luftstroms beim Durchströmen des Volaktrakts beispielsweise im Bereich des Kehlkopfes, der Luftröhre, des Gaumens oder durch die Stellung der Zunge genutzt. Dieses Rauschen tritt in Wechselwirkung mit den akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts und enthält damit Informationen über die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts. Das Signal wird, oftmals gekoppelt mit einer Fourier-Analyse, zur Optimierung der Vokaltrakteigenschaften durch den Sänger genutzt. Hierbei ist die Einstellung des Vokaltrakts direkt an die Atemführung gekoppelt. Es wird aber kein externes Signal eingeführt.
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Einen großen Bereich der technischen Literatur nehmen Analysemethoden zur Charakterisierung der menschlichen Stimme ein. So wird im
US Patent Nr. 4,862,503 von M. Rothenberg aus dem Jahr 1988 eine Vorrichtung zur Analyse der menschlichen Stimme beschrieben. Hierbei liegt der Fokus nicht auf einer verbesserten Einstellung von Stimmlippen und Vokaltrakt während der Nutzung des Geräts. Zudem ist durch die Schallerzeugung über eine Funkenstrecke nur eine stochastische Anregung und keine definiert-phasenbezogene Anregung möglich. Das
US Patent 8641637 „Method of measuring an acoustic impedance of a respiratory system and diagnosing a respiratory disease or disorder or monitoring treatment of same“ nutzt die akustische Impedanzspektroskopie zur Charakterisierung des Atemapparats, hierbei werden vorwiegend niedrige Frequenzen verwendet. Das
Deutsches Patent 10131823 A1 von Malte Kob „Miniaturanordnung zur Messung der akustischen Impedanz“ beschreibt eine Apparatur zur Charakterisierung der akustischen Eigenschaften des menschlichen Vokaltrakts. Generell wird bei der akustischen Impedanzspektroskopie die Aufnahme eines weiten Wellenlängenbereichs angestrebt.
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Gleichfalls ist bekannt, dass über einen Lautsprecher eingeleitete niederfrequente Wellen mit den Stimmlippen interagieren (Rothenberg et al). Darüber hinaus werden eingeleitete Wellen eines breiten Frequenzspektrums dafür verwendet, die akustische Impedanz des Vokaltrakts zu messen (Rothenberg, Hanna et. al.). Bei dieser Methode werden gleichzeitig oder nacheinander verschiedene Frequenzen an oder in Mund über ein sog. Impedanzrohr eingebracht. An diesem Rohr sind zwei Mikrofone oder ein Mikrofon und ein Gerät zur Messung Schallschnelle angebracht (Hanna, Kob). Aus der Intensität und Phasenlage des Messsignals kann die Transferfunktion errechnet werden, die gemeinsam mit einer Kalibrierung des gesamten Systems eine Messung der akustischen Impedanz des Vokaltrakts ermöglicht. Die Methode ist auch in einem Feedbackmechanismus zum Erlernen der Aussprache von Fremdsprachen beschrieben. Bei dieser Anwendung wird - anders als bei der vorliegenden Erfindung - keine gezielte Verstärkung von einzelnen Frequenzen oder Obertönen adressiert. Auch eine Messung während des Saxophonspiels wurde von der gleichen Arbeitsgruppe entwickelt (Chen et al). Sie ist empfindlich gegenüber Störungen und die Anordnung erfordert eine komplexe Kalibrierung.
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In der Popmusik wird der sog. „Mouth-Tube-Effekt“ genutzt. Dabei werden akustische Signale - beispielsweise von einer E-Gitarre - über eine Röhre in den Mund geleitet und die Klangfarbe durch die veränderten Vokaltraktgeometrien variiert. Dieser Ansatz zielt auf einen künstlerischen Effekt und nicht auf eine Verbesserung der Einstellungen des Vokaltrakts.
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Kritik:
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Bisher erfolgt Stimmbildung, aber auch das Erlernen von Blasinstrumenten vorwiegend über die Nutzung der Stimme bzw. des Musikinstruments. Dabei ist die Vielzahl von Einstellungsmöglichkeiten innerhalb des Kehlkopfes bzw. den Stimmlippen sowie die Einstellung von Atem und Vokaltrakt sehr komplex. Bisher gibt es kein zufriedenstellendes Verfahren oder Gerät, die Stimmbildung auf Einzelaspekte zu reduzieren, so dass diese gesondert trainiert werden können. Zwar kann durch die Verwendung von sog.
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Geisterstimmen eine Vereinfachung ohne Nutzung der Stimmbänder erfolgen. Allerdings benötigen Geisterstimmen immer auch eine Atemführung und einen Widerstand des Luftstroms. Auf der anderen Seite ist die Messung der akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts über die Impedanzspektroskopie sehr aufwändig. So werden zwei üblicherweise teure akustische Messinstrumente benötigt, die mit einer Apparatur inkl. einer komplexen Kalibrierung arbeiten. Zudem liefert das die Impedanzspektroskopie nur eine zeitverzögerte Rückmeldung. Zudem ergibt die Impedanzspektroskopie keinen direkten Hinweis, in welcher Weise die Einstellung des Vokaltrakts verändert werden sollte.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Nachteile im Stand der Technik werden durch die Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dabei werden die Nachteile im bekannten Stand der Technik dadurch behoben, dass ein akustisches Wellenfeld mit einer definierten relativen Phasenlage der Obertöne in Wechselwirkung mit der Luftsäule des Vokaltrakts tritt und durch Veränderung des Vokaltrakts verstärkt oder abgeschwächt wird. Damit wird vorteilhaft ein gezieltes Training von Resonanzen des Vokaltrakts für eine resonantere Stimme oder dem vereinfachten Spiel von Blasinstrumenten ermöglicht.
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Das Gerät bietet dem Anwendenden die Möglichkeit, die akustischen Eigenschaften des eigenen Vokaltrakts gezielt zu trainieren. Dazu wird im Mund oder am Ort des geöffneten Mundes ein akustisches Wellenfeld (akustisches Signal) angeboten, dass mit dem Vokaltrakt in eine akustische Wechselwirkung tritt. Dabei werden vorwiegend elektrische Signale verwendet, die an einen Schallgeber weitergegeben werden. Der Schallgeber kann ein Lautsprecher oder ein ferroelektrischer Schallgeber, d.h. ein sog. Piezolautsprecher oder ferroelektrischer Lautsprecher sein. Der Vorteil eines ferroelektrischen Lautsprechers liegt in der kleineren Ausführung und der damit verbundenen Flexibilität im Einsatz nahe dem Mund oder im Mundbereich. Das externe akustische Wellenfeld wird vorzugsweise bis zu 10 Minuten am Stück oder aber in einzelnen kürzeren Abschnitten von wenigen Sekunden bis zu zwei Minuten zur Resonanz mit dem Vokaltrakt angeboten. Dabei ist die Resonanz zwischen dem akustischen Wellenfelde und dem Vokaltrakt sofort hörbar. Dies ist von großem Vorteil, da auch kurzzeitige positive Veränderungen sofort durch den Nutzer aufgegriffen werden können. Daher handelt es sich um ein Echtzeitsignal, dass die schnelle Einstellung des Vokaltrakts innerhalb weniger Trainingszyklen ermöglicht.
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: Nutzung des Trainingsgeräts für die Einstellung einer tragfähigeren Stimme am Beispiel des Vokals a. Vorher (schwarze Linie): Vor der Nutzung des Trainingsgeräts, Nachher (graue Linie): Nach Nutzung des Trainingsgeräts für 60 Sekunden, zeigt die Analyse eines mit einem Mikrofon aufgenommenen gesungenen Vokals a eines männlichen Nutzers, wobei die Frequenzen als Obertonspektrum nach einer Fourier-Analyse (Analysiert über das Programm Wavesurfer) dargestellt sind. Der gesungene Ton entspricht jeweils einer Grundfrequenz um 140 Hz. Die Aufnahme erfolgte vor und nach der Nutzung eines Rechtecksignals von 900 Hz. Dieses elektrische Signal wurde zur Erzeugung eines akustischen Wellenfeldes an einen Lautsprecher weitergeleitet. Der Abstand von der Lautsprechermembran zum Mund betrug 4 cm. Das Wellenfeld wurde durch den Nutzer über die Veränderung der Zungen- Kiefer- und Gaumenlage sowie der Position des Kehlkopfes gezielt verstärkt. Die Übung erfolgte für 60 Sekunden. Dargestellt ist der Bereich von 17 Hz bis 10 kHz. Der Grundton und die ersten Obertöne haben sich durch die Übung weniger stark verändert als die höherfrequenten Bereiche. Deutlich ist die Verstärkung der Intensität in den Spektralbereich ab etwa 1200 Hz zu erkennen, insbesondere aber im Bereich der Sängerformanten. Zudem können Anteile oberhalb 4000 Hz erst nach der Einleitung der akustischen Wellenfelds und der darüber erfolgten Anpassung des Vokaltrakts durch den Nutzer erzeugt werden.
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Der Schallgeber kann direkt in den Mund bzw. in den Bereich zwischen den Lippen, in den Mundvorhof oder die Mundhöhle eingeführt werden und dort das Wellenfeld erzeugen, er kann aber auch von einer externen Schallquelle außerhalb des Mundes über einen Wellenleiter an den Mund bzw. in den Mund eingeleitet werden. Der Wellenleiter kann starr ausgeführt werden. Ergonomisch günstiger ist die Ausführung mit einem flexiblen Rohr. Dieses Rohr kann zum Ende hin verjüngt werden, um eine angenehme Einführung des Wellenleiters in den Mund zu ermöglichen. Wird das Signal in den Mund eingeleitet, so ist ein Rohrdurchmesser kleiner 3 cm, besser kleiner 1 cm zu verwenden, um die Flexibilität des Kiefers bei der Übung nicht einzuschränken.
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Die Grundfrequenz des Wellenfelds liegt oberhalb 400 Hz. Damit können Bereiche von Resonanzen, aber auch von Antiresonanzen des Vokaltrakts adressiert werden. In diesem Frequenzbereich können auch die akustischen Resonanzeigenschaften der sogenannten Formanten, die für die Sprachbildung und Spracherkennung eine wesentliche Rolle spielen, direkt in Resonanz mit dem eingeleiteten Wellenfeld treten. Geringe niederfrequente Anteile stören die Wirkungsweise der Apparatur nicht. Der Nutzer adaptiert den Vokaltrakt in der Weise, dass die für die Tragfähigkeit der Stimme verantwortlichen Frequenzen verstärkt werden. Besonders hilfreich ist die Anregung von Frequenzen in einem Bereich, in dem insbesondere der zweite bis fünfte Formant liegen. Diese liegen im Bereich zwischen etwa 800 und 4500 Hertz. Allerdings tragen auch die höheren Formanten bis in den Bereich von 10 kHz zur Tragfähigkeit der Stimme bei. Die mit Hilfe der Einstellung des Vokaltrakts gefundene Position zur Verstärkung des Wellenfelds entspricht einer verbesserten Einstellung des Vokaltrakts für die Nutzung der Stimme oder zum Spielen von Blasinstrumenten. Daher unterstützt die Apparatur den Nutzer, den Vokaltrakt in eine verbesserte Position zu bringen. Durch die Übung kann eine günstige Einstellung immer wieder gefunden werden; die Nutzung der Apparatur führt so zu einer kontinuierlich verbesserten Nutzung des Vokaltrakt, damit aber auch zu einer schonenderen Nutzung der Stimmbänder für die Sprachbildung, den Gesang, aber auch zu einem besseren Spiel auf Blasinstrumenten.
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Je höher die Frequenzen des akustischen Wellenfelds liegen, desto mehr verringert sich die Wechselwirkung mit dem Körper und damit die Belastung des Gewebes sowie der Stimmlippen insbesondere bei häufigem Gebrauch des Trainingsinstruments. Bei Frequenzen über 250 Hz fungiert die Wand des Vokaltrakts bereits überwiegend reflektierend, allerdings werden noch geringe Schwingungsanteile übertragen. Je höher die Frequenz des eingestreuten akustischen Wellenfelds wird, desto schwieriger kann aber auch der richtige „Sitz der Stimme durch Vibrationsempfindungen wahrgenommen werden. Dabei ist die Rückkopplung durch Vibrationsempfindungen für die stimmliche Ausbildung eine wesentliche Feedbackquelle. Bei der hier verwendeten Apparatur erfolgt das Feedback primär über die Intensität des eingeleiteten Wellenfelds in Kombination mit der resonanten Einstellung des Vokaltrakts, d.h. die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts werden entsprechend einer Verstärkung oder Abschwächung des in den Vokaltrakt eingeleiteten akustischen Signals optimiert. Das Feedback kann über das akustische Signal direkt durch das Gehör erfolgen. Es kann aber auch nach Aufnahme durch ein Mikrophon visuell oder haptisch ausgelegt sein. Eine haptische Rückmeldung ermöglicht eine Kopplung an die etablierte Stimmpädagogik. Dabei werden vorzugsweise vibrierende Elemente an die Orte platziert, an denen eine Vibrationsempfindung innerhalb der Stimmpädagogik bei einer entsprechenden Einstellung gespürt werden soll. Damit wird die Einstellung des Vokaltrakts mit der hier beschriebenen Trainingsmethode mit der etablierten kinästhetischen Wahrnehmung innerhalb der Gruppe der Gesangspädagogen gekoppelt. Besonders vorteilhaft ist ein Feedbackmechanismus, in dem die Grund- und Obertöne der eingestrahlten Welle durch eine Fourier-Analyse optisch über ein Display dargestellt werden. Dabei kann eine Verstärkung von spezifischen Frequenzen innerhalb von vielen im Wellenfeld angebotenen Frequenzen erfolgen. Dies kann auch für das sog. Formant Tuning zur Verstärkung von spezifischen Obertönen genutzt werden. Beim Format Tuning (Sundberg 2013) werden die Formanten auf die Obertöne der zu singenden Töne durch den Vokaltrakt eingestellt. Wenn beispielsweise ein Tenor ein hohes a (440 Hz Grundfrequenz) singt, kann eine durch den Vokaltrakt eingestellte Resonanz um 880 Hz den ersten Oberton, und eine um 2,1 kHz eingestellte Resonanz den fünften Oberton verstärken und damit die Stimme tragfähiger bzw. farbiger gestalten. Die Verstärkung der Klangfarbe wird individuell unterschiedlich ausgestaltet. Durch die Aufnahme mit einem Mikrofon kann eine gefundene optimierte Einstellung wiederholt abgerufen und mit dem aktuellen Trainingsstand werden. Dabei ist hervorzuheben, dass die hier beschriebene Trainingsmethode insbesondere in der Kopplung mit anderen Methoden der Stimmbildung und Stimmentwicklung ihre volle Wirkung entfaltet.
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Eine Kontrolle des Erfolgs der Trainingsmethode kann durch einen Vergleich der Verteilung von Grundton und Obertönen der gesprochenen oder gesungenen Stimme vor und nach Verwendung des Trainingsgeräts erfolgen. Dazu wird ein externes Mikrophon oder das eines mobilen Geräts verwendet. Die Obertöne des aufgenommenen Signals werden vorzugsweise Fourier-Analyse dargestellt. Vorteilhaft ist es, die Analysen und die Mikrofonaufnahmen zur späteren Kontrolle und für die Dokumentation des stimmlichen Fortschritts aufzuzeichnen. Das analysierte stimmliche Signal kann als direkter Vergleich und zur Motivation des Nutzers alleine oder im Vergleich zu Spektren anderer Nutzer abgerufen werden. Ein Beispiel einer Darstellung der Obertöne vorher und nach der Nutzung des Geräts ist in zu erkennen.
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Die Wellenform und die Intensität des eingespeisten akustischen Wellenfelds sind für den Trainingserfolg entscheidend. Vorteilhaft haben sich neben einer reinen Sinusschwingung im Frequenzbereich der Formanten insbesondere auch kombinierte und obertonreiche Signale bewährt. So kann eine Rechteckspannung z.B. im Frequenzbereich über 400 Hz, vorzugsweise oberhalb 600 Hz in den Vokaltrakt über den Mund eingekoppelt werden. Die akustischen Signale haben einen Schalldrucklevel (SPL) von maximal 80 dB SPL am Ort des Mundes und sind damit deutlich unterhalb der Schmerzgrenze von 130 dB SPL. Der erforderliche Schalldrucklevel hängt von der Position der Schallquelle in Relation zum Mund ab. Je näher die Schallquelle am Mund angebracht wird, desto geringer ist der erforderliche Schalldrucklevel. Gleichzeitig ist der notwendige Schalldruck auch von der Erfahrung und dem sprachlichen Geschick der Nutzenden abhängig. So kann bei sprachgeübten Personen ein deutlich niedrigerer Schalldrucklevel verwendet werden.
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Zur Anregung werden definierte Wellensignale wie Sinus, Dreieck, Sägezahn oder Rechteckspannung verwendet. Durch die Wahl des Signals werden die Obertonspektren des akustischen Wellenfelds mit bzw. zur Einleitung in den Vokaltrakt dem Nutzenden gemeinsam mit der Grundfrequenz zur Resonanzbildung angeboten. Der Nutzer kann dann entweder einzelne Frequenzen gezielt verstärken, oder aber eine Kombination von verschiedenen Frequenzen gleichzeitig für eine Verstärkung verwenden. Zur Einstellung eines akustischen Wellenfelds können auch die Anstiegszeiten z.B. der Rechteckspannung symmetrisch oder asymmetrisch verschoben bzw. zur Anpassung an die akustischen Bedürfnisse des jeweiligen Nutzenden adaptiert werden. Soll zum Beispiel ein spezifischer Obertonbereich verstärkt werden und gleichzeitig die Kopplung an einen weiteren Formanten erfolgen, kann das Signal Obertöne in verschiedenen Frequenzbereichen zur Verstärkung durch die Einstellung des Vokaltrakts anbieten. So kann bei einem Grundton von 600 Hz mit einem besonders hervorgehobenen dritten und vierten Oberton bei 1800 Hz bzw. bei 2400 Hz die Einstellung des Vokaltrakts parallel für alle drei Frequenzen erfolgen, wobei die Frequenzen innerhalb verschiedener Formanten angesiedelt sind. Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Nutzer in der Lage ist, verschiedene Wellenformen auszuwählen und für die Einleitung in den Vokaltrakt zu nutzen.
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Die Grundschwingung des verwendeten Signals sollte unterhalb 3500 Hz, vorzugsweise zwischen 600 und 2500 Hz liegen. Dabei können die Obertöne durchaus in einem höheren Frequenzbereich liegen, sind aber über die Phasenbeziehung zum Grundton definiert und einstellbar. So ist es vorteilhaft, die Einstellung der Phasenbeziehung für die Resonanzen im Vokaltrakt entsprechend der Variation der Phasenlagen innerhalb der anzuregenden Formaten abzugleichen.
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Vorteilhaft ist die Verwendung von verschiedenen Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereiches. So können beispielsweise_Frequenzen einer Grundschwingung von 800, 850 und 900 Hz der vorher genannten elektrischen Ansteuersignale an den Lautsprecher miteinander kombiniert werden, um eine breitere Abdeckung eines Resonanzbereichs im Vokaltrakts zu ermöglichen. Dabei können die Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs sehr eng beieinander liegen. Da die Signale auch einer anderen Wellenform entsprechen können, als einer Sinus-Schwingung, liegen damit auch die Obertöne der kombinierten Wellenformen in einem engen Abstand zueinander. Die gemeinsam kombinierten Frequenzen sollten einen Abstand von 400 Hertz nicht überschreiten.
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Akustische Wellenfelder innerhalb einer Röhre verfügen über definierte Phasenbeziehungen zwischen Schalldruck und Schallschnelle, die durch die akustische Wellengleichung beschrieben werden. Während im Fernfeld Schallschnelle und Schalldruck in Phase liegen, haben sie in der Röhre einen Versatz von 90 Grad. Dies spiegelt sich auch in der Phasenbeziehung der Obertöne wieder und gilt auch für die akustischen Eigenschaften des menschlichen Vokaltrakts. So verändert sich die Phasenlage im Frequenzbereich einer Resonanz bzw. einer Antiresonanz innerhalb des menschlichen Vokaltrakts ebenso, wie in einer Röhre um 3 rad (Hanna). Die Phasenlage innerhalb der Obertöne des eingekoppelten akustischen Wellenfelds spielt daher auch für die Resonanz innerhalb des Vokaltrakts eine wichtige Rolle. Wird eine externe Schallquelle verwendet, so kann über die Länge des Wellenleiters die Phasenbeziehung der Obertöne des akustischen Wellenfelds angepasst werden. Insbesondere ist die Phasenlage von Schallschnelle und Schalldruck am Übergang zwischen dem Wellenleiter und dem Mund wichtig. Der menschliche Vokaltrakt hat eine Länge von 14 bis 17 cm. Werden verschiedene Formanten gleichzeitig aktiviert, so ist es von Vorteil, die veränderten Bedingungen der Phasenlage des Vokaltrakts im akustischen Wellenfeld abzubilden. Dies ist beispielsweise durch eine Anpassung der Länge des Wellenleiters zwischen der akustischen Quelle und dem Mund möglich. Wird ein gerades Rohr als Wellenleiter angenommen, so sollte die Entfernung zwischen dem Lautsprecher und der Mundhöhle oder Mundvorraum bei Frequenzen innerhalb der Lage der neutralen Laute (sog. Schwa-Laut: etwa 500 Hz, 1500 Hz, 2500 Hz etc) etwa die doppelte Länge des Vokaltrakts betragen oder ein Vielfaches der doppelten Länge des Vokaltrakts. Die Länge des angebrachten Wellenleiters sollte daher variabel gestaltet sein, um bei verschiedenen Frequenzen gute Phasenanpassungen zu ermöglichen. Die Länge des verwendeten Wellenleiters kann beispielsweise durch Einbringen verschiedener Rohrabschnitte verändert werden. Es ist auch möglich, die Entfernung von Mund und Schallquelle durch zwei ineinander gesteckte Rohre, die gegeneinander gleitend oder über eine mechanische Führung verschieben lassen, zu variieren. Zudem können die akustischen Eigenschaften des Wellenleiters auch durch eine Variation des Durchmessers des Wellenleiters erfolgen. Wird der Querschnitt eines Wellenleiters verändert, verändern sich nicht nur die Eigenschaften der Grundfrequenz, auch die Intensität und Phase der Obertöne wird gleichzeitig mit beeinflusst. Eine Variation kann bei einem flexiblen Wellenleiter durch eine Verjüngung, ausgelöst durch Drücken oder durch eine Klemme innerhalb des Wellenleiters erfolgen. Bei einem starren oder flexiblen Wellenleiter kann hierfür ein zusätzlicher Raum beispielsweise durch einen Schieber mit einem Zugang zu einem weiteren Rohr geschaffen werden. Es ist auch möglich, eine Veränderung des Wellenleiters durch eine Verjüngung innerhalb des Wellenleiters durchzuführen, beispielsweise durch eine über einer Schraube oder eine in den Wellenleiter einbringbare Platte oder ein Zusatzstück. Gleichzeitig sind die Anregungsfrequenzen, die die Lautsprecher ansteuern in Bezug auf die vorgegebene Phasenlage zwischen dem Grundton und den Obertönen bzw. in der Phasenlage zwischen unterschiedlichen, gleichzeitig angeregten Grundtönen verschiedener Frequenz inkl. ihrer Obertöne genau einzustellen. Daher ist es notwendig zur Anregung des akustischen Wellenfelds verwendete Wellenform bzw. verwendeten Wellenformen mit einer definierten relativen Phasenlage der Obertöne zueinander anzupassen.
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Werden die Wellenfelder direkt innerhalb des Mundes oder über einen kurzen Wellenleiter, der kleiner ist als die Länge des Vokaltrakts erzeugt, beispielsweise über einen ferroelektrischen Lautsprecher, so ist die Phasenlage der verwendeten Wellenformen bzw. der Wellenform direkt durch das elektrische Anregungssignal anzupassen.
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Für eine standardisierte Nutzung werden vorgegebene elektrische Signale bereitgestellt. Sie können durch Funktionsgenerator generiert werden oder als elektronisch abgespeicherte Wellenformen durch die Nutzer abgerufen werden. Dabei können die Signale entsprechend den Stimmeinteilungen Sopran, Alt, Tenor, Bass, bzw. den Zwischeneinteilungen wie Bariton oder Mezzosopran bereits vorbereitet vorliegen. Sie können zudem individuell für die Entwicklung der Stimme beispielsweise entsprechend den Opernfächern wie lyrischer oder dramatischer Tenor abgestimmt sein.
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Da das Trainingsgerät auf der Anregung der Luftsäule im Vokaltrakt in Anlehnung an die Anregung durch die menschliche Stimme basiert, ist auch die Anlehnung des eingeleiteten Wellenfelds an die Stimme hilfreich. Bei der Stimmlippenschwingung gesunder Menschen ist eine asymmetrische Verteilung der Anstiegs- und Abklingzeit sowie eine Verschlussphase vorhanden. Durch eine Fourier-Analyse können höherfrequente Anteile des stimmlichen Signals oder des Stimmlippensignals extrahiert werden. Diese höherfrequenten Anteile oberhalb 400 Hz enthalten in Phase und Verteilung sowohl die Information der Stimmlippenschwingung, als auch die Information über die Einstellung des Vokaltrakts inkl. des subglottischen Bereichs. Eine Einkopplung von Frequenzen entsprechend der Obertonverteilung eines geübten Sängers ist insbesondere im Frequenzbereich des zweiten bis zum fünften Formanten, d.h. zwischen etwa 800 Hz bis 3500 Hz vorteilhaft. Dabei können die so gewonnenen Signale symmetrisch bearbeitet, z.B. invertiert oder zeitlich gespiegelt werden. Das eingeleitete akustische Wellenfeld hilft dem Sprecher oder Sänger, die Sensibilität für das sog. Formant Tuning zu steigern.
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Das durch die Apparatur angebotene akustische Wellenfeld ist an die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts angepasst. Um eine Flexibilität der Einstellung des Vokaltrakts zu fördern, werden im Laufe des Trainings mit dem Instrument unterschiedliche akustische Wellenfelder verwendet. Die immer wieder neue Einstellung des Vokaltrakts auf die Resonanz zum angebotenen akustischen Signal fördert dabei das Bewusstsein und die Sensibilität für Obertöne der eigenen Stimme und hilft beim Erlernen von Musikinstrumenten. Dabei können die Signale auch für spezifische Trainingsaufgaben, z.B. klassischer Gesang, besondere Gesangseffekte, wie sie in der Popmusik Verwendung finden oder zum Erlernen von Blasinstrumenten vorprogrammiert angeboten werden. Sie können aber auch durch den Nutzer individuell angepasst werden.
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Förderlich für die gute Wahrnehmbarkeit der Resonanz des externen Wellenfelds und dem Vokaltrakt durch den Nutzer ist eine geringe Intensität des akustischen Signals direkt am Ohr des jeweiligen Nutzers. Zudem ist es für die Umgebung angenehm, wenn die Intensität des akustischen Wellenfelds als wenig bis gar nicht störend empfunden wird. Dies kann beispielsweise durch eine starke Kopplung des externen Wellenfelds mit dem Vokaltrakt erreicht werden. Dies wiederrum wird durch die Nähe des akustischen Signalgebers (Lautsprecher oder ferroelektrischer Lautsprecher bzw. Signalgeber) mit dem Mund oder die Einführung des Wellenfelds über einen Wellenleiter oder einen Lautsprecher direkt in den Mund ermöglicht. Die Einführung des akustischen Wellenfelds in den Mund hat neben der guten Kopplung des Wellenfelds mit den akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts gleichzeitig den Vorteil, dass ein akustisches Wellenfeld von geringerer Intensität verwendet werden kann und die Resonanzeinstellungen weniger durch das streuende akustische Signal, das von außen an das Ohr gelangt, wahrgenommen werden. Hierfür wird vorzugsweise ein ferroelektrischer Lautsprecher verwendet, wie er beispielsweise in Smartphones eingesetzt wird.
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Zudem kann eine Abschwächung des akustischen Signals am Ohr des Probanden förderlich sein. Dies kann durch einen passiven oder aktiven Gehörschutz erfolgen, beispielsweise wie er in Geräten zur Arbeitssicherheit Verwendung findet. So können aktive oder passive Ohrschützer verwendet werden. Zudem kann das Schallfeld durch zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen wie die Installation von frequenzangepassten Helmholtz-Resonatoren, aktiver mit dem externen akustischen Signal angepassten Dämpfung oder akustischen Dämmstoffen bereits in der Nähe der Schallquelle in ihrer Ausbreitung limitiert werden. Ein aktiver Gehörschutz hat den Vorteil, das periodische akustische Wellenfelder sehr effizient durch Rückkopplung abschwächt werden können. Damit verstärkt der Anteil der akustischen Veränderungen, die nur auf einer Resonanz mit dem Vokaltrakt basieren. Idealer Weise wird das Signal vorwiegend über die akustische Resonanz des Vokaltrakts gehört und in nur geringem Maße durch die Schallquelle ohne resonante Kopplung.
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An den Wellenleiter kann auch eine Röhre bzw. ein Schlauch zur ergonomischen Einleitung des Wellenfelds angebracht sein, über den das akustische Wellenfeld in den Vokaltrakt eingekoppelt wird. Die Quelle des akustischen Wellenfeldes (Lautsprecher, Öffnung des Rohres, Ende des Wellenleiters) sollte maximal 20 cm vom Mund entfernt sein. Das akustische Wellenfeld sollte nahe zum Mund aus der Umgebung des Lautsprechers bzw. des Wellenleiters austreten, da die Kopplung von Wellenfeld mit der Luftsäule innerhalb des Vokaltrakts mit der Entfernung schnell abnimmt. Dabei ist eine Kopplung innerhalb des akustischen Nahfelds der Schallquelle von Vorteil, aber für die Funktionsweise des Trainingsgeräts nicht unbedingt notwendig. Das Rohr kann auch in den Mund hineingeführt werden. Hierbei wird zweckmäßigerweise der Durchmesser des Rohres so klein gehalten, dass es bequem in den Mund eingeführt werden kann. Das akustische Wellenfeld kann aber auch direkt im Mund erzeugt werden. Dabei ist auf die Verwendung von Materialien zu achten, die durch die Lebensmittelverordnung freigegeben sind.
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Der Vokaltrakt koppelt bei spezifischen Frequenzen an das akustische Wellenfeld an, d.h. je nach Mund und Rachenstellung werden Frequenzen bzw. Frequenzbänder verstärkt. Der Nutzer optimiert die aus der Kopplung des extern bereitgestellten akustischen Wellenfelds mit dem Vokaltrakt generierte Intensität bei geschlossenen oder geöffneten Stimmlippen.
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Dabei ist ein verstärktes resultierendes akustisches Signal positiv zu sehen. Bei Frequenzen, die gezielt durch die Einstellung des Vokaltrakts geblockt werden sollen, kann auch eine Abschwächung des vorgegebenen Signals einer optimierten Einstellung des Vokaltrakts entsprechen.
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Die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts weisen auf Grund der akustischen Dämpfung im Vokaltrakt breite Resonanzen auf. Die Breite einer Resonanz wird durch den Qualitätsfaktor beschrieben. Der Qualitätsfaktor von akustischen Systemen definiert sich aus der Breite der Resonanz bei einer bestimmten Frequenz. Qualitätsfaktoren des Vokaltrakts sind dimensionslose Zahlen und liegen üblicherweise in einem Bereich zwischen 20 und 60. Daher ist eine spektral breitere Anregung der Resonanzeigenschaften des Vokaltrakts möglich. Dies ist über folgende technischen Maßnahmen realisierbar. Die eingesetzten akustischen Signale können zeitlich in einem Bereich korrespondiert zum Qualitätsfaktor der Formanten in ihrem Frequenzverhalten oszillieren, wobei gleichzeitig die Intensität des eingestrahlten Wellenfelds variiert werden kann. Zum anderen können auch Stützfrequenzen der oben beschriebenen akustischen Wellenfelder mit einem Frequenzabstand von bis zu 400 Hz eine breitbandige Anregung ermöglichen. Auch hier kann die Intensität im Frequenzbereich, bei dem eine besonders gute Ankopplung durch Veränderung des Vokaltrakts erfolgen soll, gegenüber den anderen Frequenzen hervorgehoben werden.
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Die Apparatur kann über ein Mikrofon verfügen. Das Mikrofon hat den Vorteil, dass das akustische Wellenfeld sowohl der Schallquelle, als auch die Resonanzeinstellung während der Einleitung dokumentiert werden kann. Das aufgenommene Signal kann abgespeichert zur Dokumentation der erreichten Vokaltrakteinstellung und zum Vergleich zu früheren erreichten Einstellungen bzw. zu vorab definierten Sollgrößen verwendet werden. Dabei kann das Signal durch eine elektronische Weiterverarbeitung wie z. B. durch eine Fourier-Analyse spezifisch für die Resonanzcharakterisierung des Vokaltrakts aufbereitet werden. Als Input können dafür neben dem eingeleiteten Wellenfeld und dem Signal aus den Resonanzeigenschaften des Vokaltrakts auch Stimm- oder Sprachaufnahmen vor oder nach dem Training mit dem Gerät verwendet werden. Dies bezieht sich insbesondere auf gesungene oder gesprochene Vokale oder Texte aber auch auf die Verwendung von Geisterstimmen, d.h. stimmlosen Geräuschen, die durch den Atem innerhalb der Luftröhre bzw. dem Vokaltrakt erzeugt werden. Der Vergleich mit bereits abgespeicherten Aufnahmen Kombination ermöglicht es zusätzlich zum Nutzer auch z.B., Stimmbildnern, Sängern, Sprechern, Phonetikern oder Ärzten einen akustischen Zustand des Vokaltrakts der Personen zu erhalten und weitere Optimierungen vorzunehmen bzw. zu empfehlen.
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Das Feedback zur Wahrnehmung der richtigen Vokaltrakteinstellung erfolgt vorzugsweise direkt und unverzögert durch das Ohr. Dabei wird der Vokaltrakt durch den Probanden im Hinblick auf eine erhöhte Resonanz, d.h. ein stärkeres akustisches Signal optimiert. Zusätzlich kann die Visualisierung des über das Mikrofon aufgenommenen Signals über einen Monitor oder ein mobiles Gerät auch durch die Verwendung von Farben verstärkt werden. Vorteilhaft für die Visualisierung des über ein Mikrofon aufgenommenen Signals ist es, wenn während oder nach der Übung mit dem Gerät auch die klanglichen Eigenschaften als optisches Feedback über einen Bildschirm angezeigt werden.
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Das verwendete externe Wellenfeld koppelt je nach geometrischer Ausführung des Wellenleiters bzw. der Entfernung des Lautsprechers zum Mund des Nutzers in unterschiedlichem Maße in die Luftsäule es Vokaltrakts ein. Dies liegt daran, dass die Resonanzbedingungen neben den akustischen und mechanischen Eigenschaften des Lautsprechers gemeinsam mit den akustischen Eigenschaften des Wellenleiters sich zu einem Gesamtsystem verbinden. Wird eine weitere Resonanzquelle, wie die Luftsäule im Vokaltrakt hinzugefügt, können sich auch die Frequenzen bzw. die Impedanz des angebotenen Wellenfeldes ändern. Zur Messung der Wechselwirkung zwischen dem akustischen Wellenfeld und dem Vokaltrakt können auch die elektrischen Daten des Lautsprechers dienen. Hintergrund ist, dass die Schwingung eines mechanischen Systems an die akustischen Eigenschaften der Umgebung gekoppelt ist. So ist für eine definierte mechanische Schwingung einer Lautsprechermembran innerhalb einer Röhre im Frequenzbereich der Resonanz dieser Röhre eine geringere elektrische Leistung notwendig. Gleichzeitig verändert sich im Falle der Resonanz oder Antiresonanz auch die Frequenz des Lautsprechers. Die elektrischen Größen bei der Ansteuerung des Lautersprechers wie Strom, Spannung, Impedanz, Frequenz und Phasenlage zwischen Wechselstrom und Wechselspannung enthalten daher eine Information über das Maß der Resonanz zwischen dem akustischen Wellenfeld und der Luftsäule des Vokaltrakts. Da der Vokaltrakt variabel entsprechend der Resonanz zum externen akustischen Wellenfeld variiert wird, kann somit aus den elektrischen Größen direkt auf die Wechselwirkung mit dem Vokaltrakt geschlossen werden. Dieses Signal kann als Feedback für eine positive Einstellung des Vokaltrakts entsprechend dem angebrachten externen akustischen Wellenfeld visualisiert werden. Es kann abgespeichert und für spätere vergleichende Darstellungen aufbereitet werden. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren es dem Nutzer, während des Trainings einen Vergleich zu bereits erreichten Einstellungen des Vokaltrakts bzw. zu Einstellungen, die durch andere Nutzer bereits erreicht wurden.
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Zudem kann das Gerät mit einer Messvorrichtung zu Erfassung der akustischen Impedanz des Vokaltrakts verbunden werden. Diese Kombination ermöglicht es z.B., Stimmbildnern, Sängern, Sprechern, Phonetikern oder Ärzten einen akustischen Zustand des Vokaltrakts der Personen zu erhalten und weitere Optimierungen vorzunehmen bzw. zu empfehlen.
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Dabei kann für spezifische Aufgaben das eingeleitete akustische Wellenfeld an die Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden. Die hierzu verwendeten Vorgaben wie z.B. eine Verbesserung im Bereich des klassischen Gesangs, des besseren Sprachverständnisses oder der besseren Spielbarkeit von den jeweiligen Blasinstrumenten wie die einzelnen Holzblasinstrumente oder Blechblasinstrumente können auch durch den Nutzer vorgegeben werden. Der Nutzer wählt dabei ein akustisches Wellenfeld entsprechend von bereits vorgefertigten Vorgaben. Die Vorgaben können sich auch aus einer Berechnung entsprechend der über das Mikrofon aufgenommenen Rückantwort aus dem eingeleiteten akustischen Wellenfeld ergeben. Sie können sich aber auch auf die Aufnahme eines Sprachsignals oder eines stimmlichen Signals oder aber einer sog. Geisterstimme vor oder nach der Nutzung des Geräts beziehen.
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Zudem kann die Verwendung von über das Mikrofon aufgenommen Sprach- bzw. Stimmsignalen dazu dienen, das notwendige akustische Wellenfeld zur Einstrahlung in den Vokaltrakt individuell zu optimieren. Dazu können auch stimmlose Laute wie Zischlaute oder Atemgeräusche dienen. Dabei kann das Gerät über einen Algorithmus Vorschläge für Wellenformen für die individuelle Anpassung des Vokaltrakts machen. Die hierzu verwendeten Vorgaben wie z.B. eine Verbesserung im Bereich des klassischen Gesangs, des besseren Sprachverständnisses oder der besseren Spielbarkeit von den jeweiligen Blasinstrumenten werden durch den Nutzer oder einen Unterstützer, wie einen Stimmpädagogen, Phonetiker oder HNO-Arzt vorgegeben.
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Das Trainingsgerät kann wie in Zeichnung 1 ausgeführt werden. Das akustische Wellenfeld kann über einen Wellenleiter (7) als Vermittler zwischen Lautsprecher (2) und dem Mund (9) des Nutzers erfolgen. Der Wellenleiter schließt vorzugsweise an den Lautsprecher ohne Spalt an. Dabei wird ein von einem Computer (4) generiertes Signal benutzt, bzw. ein innerhalb des Computers vorgespeichertes Signal genutzt. Dabei können auch vorab bereits durch den Nutzer vorgegebene oder gespeicherte Wellenformen oder standardisierte Wellenformen verwendet werden. Das Signal wird entweder direkt oder über einen Verstärker an einen Lautsprecher (2) weitergegeben. Das durch den Lautsprecher (2) erzeugte akustische Wellenfeld kann direkt oder unter Verwendung eines akustischen Wellenleiters (7) an den Mund (9) des Nutzenden (1) weitergeleitet werden. Dieser Wellenleiter (7) fokussiert das akustische Wellenfeld und vermittelt zwischen dem Lautsprecher (2) und dem Mund (9) des Nutzers, hat aber auch Einfluss auf das zum Mund weitergegebene akustische Signal. Das in der Nähe des Mundes bis zu einer Entfernung von einem Meter angebrachte Mikrofon (8) nimmt die Signale auf. In den Computer (4) ist eine Datenverarbeitung integriert, die aber auch als zusätzliches Gerät ausgeführt sein kann. Die Datenverarbeitung ermöglicht die Aufbereitung des aufgenommenen akustischen Signals, dass über einen Bildschirm der Monitor (6) dem Nutzer als Feedback zurückgespielt wird. Dabei können auch abgespeicherte akustische Signale bzw. Weiterverarbeitete Signale erneut abgerufen werden. Der Nutzer kann einen Gehörschutz (5) tragen, der dazu dient, das akustische Wellenfeld stärker durch die Resonanzeigenschaften des eigenen Vokaltrakts denn durch die direkte Abstrahlung vom Lautsprecher zu empfinden. Zudem wird das Gehör insbesondere bei Personen, die noch wenig Erfahrung im Nutzen des Geräts haben und daher eine höhere Intensität benötigen, geschont bzw. das Training angenehmer gestaltet.
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Der Wellenleiter in Zeichnung 1 kann auch mit bestehenden Geräten zur Verbesserung der stimmlichen Eigenschaften wie Singen in eine Röhre (Tube Phonation) kombiniert werden. Dabei kann im Wechselspiel in eine Röhre gesungen werden und durch die gleiche Röhre auch das akustische Wellenfeld entsprechend der Erfindung eingeleitet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die freie Atmung durch die verwendete Röhre nicht durch den Lautsprecher bzw. die akustische Anregung behindert wird. Dies ist über Öffnungen innerhalb der Röhre oder auch Löcher in den Sicken des Chassis des Lautsprechers mit einer Verbindung der Atemluft durch den Lautsprecher möglich.
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Die Trainingsvorrichtung ist auch in einer komprimierten Form darstellbar. In Zeichnung 2 ist der Signalgeber, der Signale selber entsprechend einem Frequenzgenerator erzeugt, aber auch auf bereits abgespeicherte Signale zurückgreifen kann, die Datenverarbeitung, die visuelle Aufbereitung, sowie eine Verstärkungseinheit in einem Gerät (4), z.B. in ein Tablet, PC oder ein Smartphone integriert. An diesem Gerät (4) kann auch das bereits in einem mobilen Gerät üblicherweise integrierte Mikrofon genutzt werden. Es kann aber auch ein externes Mikrofon (8) in der Nähe zum Mund angebracht werden. Dies ist in Zeichnung 2 über ein zur Stromversorgung des Lautsprechers (2) gemeinsam geführtes Kabel (nicht beschriftet) gezeigt. Der Wellenleiter (7) kann das durch einen Lautsprecher (2) erzeugte akustische Wellenfeld in den offenen oder geschlossenen Mund (9) des Nutzers (1) weiterleiten. Der Wellenleiter (7) kann dabei auch als austauschbares Mundstück ausgeführt sein. Auch kann der Lautsprecher (2), vorzugsweise als ferroelektrischer Lautsprecher (Piezolautsprecher) ohne Wellenleiter oder Mundstück in der Nähe des Mundes (9) des Nutzers (1) geführt werden und so das Wellenfeld einleiten. Zudem kann die Erzeugung des akustischen Wellenfelds direkt im Mundbereich vorzugsweise durch einen ferroelektrischen Lautsprecher erfolgen. Bei einer Erzeugung des akustischen Wellenfelds ist es vorteilhaft, die verwendeten Frequenzen und Phasenbeziehungen zu den Obertönen zum Vokaltrakt über das elektrische Signal zur Ansteuerung des Schallgebers einzustellen. Dabei werden die akustischen Eigenschaften des Wellenleiters berücksichtigt. Beide Ausführungen der Erfindung, wie sie in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellt sind, können auch miteinander kombiniert werden. Dabei wird z. B. ein extern erzeugtes akustischen Wellenfelds über einen Wellenleiter (z.B. über ein flexibles oder starres Rohr) direkt in die Mundhöhle eingebracht.
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Vorteile der Erfindung:
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Die Erfindung stellt eine Möglichkeit dar, ohne die Nutzung der eigenen Stimme die Resonanzeigenschaften des Vokaltrakts zu verbessern. Gleichzeitig kann die Erfindung auch für die Anpassung der akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts beim Lernen von Blasinstrumenten verwendet werden. Der Sprecher oder Sänger kann mit der Erfindung die Einstellung des Vokaltrakts finden, die für den sog. „Sitz“ der Stimme mit einer Schwingungsempfindung an spezifischen Orten korrespondiert.
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Dabei ist die Resonanz zwischen dem akustischen Wellenfelde und dem Vokaltrakt sofort hörbar. Dies ist von großem Vorteil, da auch kurzzeitige positive Veränderungen sofort durch den Nutzer aufgegriffen werden können. Ein weiterer bedeutender Vorteil des Trainingsinstruments ist, dass während der Einstellung des Vokaltrakts für eine optimierte Resonanz die Komplexität von Stimmbildungsübungen deutlich verringert wird. Der Nutzer kann während des Trainings frei atmen und sich nur auf die Verstärkung des akustischen oder optischen Signals durch Adaptation des Vokaltrakts konzentrieren. Dabei wird bei jedem Training ein ausgewähltes akustisches Signal verwendet. Der Nutzer kann in Ruhe die akustischen Eigenschaften Vokaltrakt entsprechend den sich ergebenden Resonanzen zwischen der eigenen Vokaltraktgeometrie und der angebotenen Frequenz optimieren. Zudem sind im Verhältnis zu den bestehenden Vorrichtungen benötigten Komponenten breit verfügbar und auch einfach in mobile Anwendungen integrierbar.
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Literatur:
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- Martin Rothenberg: US Patent Nr. 4,862,503 1988 Voice Parameter Extract or using Oral Airflow
- Malte Kob: Deutsches Patent 10131823 A1 2001 Miniaturanordnung zur Messung der akustischen Impedanz
- Noel Hanna, John Smith and Joe Wolfe: Frequencies, bandwidths and magnitudes of vocal tract and surrounding tissue resonances, measured through the lips during phonation; Acoust. Soc. Am. 139 (5), p. 2482, May 2016
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Johann Sundberg: Phonatory vibrations in singers. A critical review STL-QPSR Volume: 32, Nr. 1, p. 037, 1991
