Experimentelle Untersuchung der Fluid-Struktur-Akustik Wechselwirkung von Einschicht- und Mehrschichtmodellen menschlicher Stimmlippen - Aktives Modell (IPAT)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Becker
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 35819142

Der Mensch erzeugt seinen primären Stimmklang im Kehlkopf mittels einer komplexen Wechselwirkung zwischen der Strömung der ausgeatmeten Luft und den angeströmten, schwingenden Stimmlippen. Der Prozess ist sehr empfindlich gegenüber Störungen und Änderungen von Randbedingungen und elastischen Gewebeeigenschaften. In der ersten Antragsphase haben wir das Aktive Modell der Forschergruppe aufgebaut. Dies ist ein Kanal mit regelbarer Luftströmung, in dem wir künstliche Stimmlippen aus homogenem Silikon zur Schwingung angeregt haben. Dabei zeigte sich, dass besonders die geometrische Form des supraglottalen Raums die Fluid-Struktur-Interaktion und die daraus resultierende Schallabstrahlung beeinflusst. Das Phänomen hat seine Ursache in der Dreidimensionalität des supraglottalen Strömungs- und Druckfeldes und kann nicht durch Resonanzen eines offenen Resonators erklärt werden.In der kommenden Antragsphase soll die Strömung oberhalb der Glottis für Konfigurationen mit und ohne künstliche „Taschenfalten“ untersucht werden. Wir werden im Aktiven Modell ein Strömungs- bzw. Druckfeld induzieren, das eine Wechselwirkung zwischen Fluid und Struktur zulässt und zu einer tonbildenden Stimmlippenschwingung führt. Mit zeitaufgelösten Messverfahren (High-Speed- Particle-Image-Velocimetry, instationärer Druckmessung, Laservibrometer und Hochgeschwindigkeits-Kamera) werden wir die Strukturschwingung und die Strömung untersuchen und mit dem abgestrahlten Schallfeld in Beziehung setzen. Wir wollen die bisher einschichtigen Modelle verfeinern und die Schwingungen mehrschichtiger Silikon-Stimmlippen analysieren, deren Steifigkeit und Vorspannung systematisch verändert werden. Die Mehrschichtmodelle werden zuvor vom Teilprojekt LSOPT berechnet und später von Teilprojekt LSE auf dem Prüfstand kontrolliert. Zum Vergleich mit realen Stimmlippenschwingungen wird die vom Teilprojekt APP entwickelte Phonovibrographie eingesetzt.Ziel ist es, die Kette der Fluid-Struktur-Akustik-Wechselwirkung bei der Phonation nachzubilden, um die physikalischen Mechanismen der Tongenerierung zu klären.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 894: Strömungsphysikalische Grundlagen der menschlichen Stimmgebung
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Antonio Delgado