Experimentelle Untersuchung der Fluid-Struktur-Akustik Wechselwirkung von Einschicht- und Mehrschichtmodellen menschlicher Stimmlippen - Aktives Modell (IPAT)
Final Report Abstract
Aufgrund der schlechten Zugänglichkeit am lebenden Menschen sind Untersuchungen der Phonation fast ausschließlich beschränkt auf das akustische Stimmsignal und die Strukturschwingung der Stimmlippen. Aus diesem Grund wurde ein künstliches Kehlkopfmodell entwickelt, das den gesamten Fluid-Struktur-Akustik-Interaktionsprozess abbildet. Mit dem Modell konnte ein großer Einfluss der supraglottalen Strömungsrandbedingungen nachgewiesen werden. So zeigte sich ein symmetrischer Freistrahl bei Freifeldbedingungen im supraglottalen Bereich, wohingegen der Freistrahl eine lateral Ablenkung im supraglottalen Kanal durch Interaktion mit großen Rezirkulationsgebieten erfuhr. Ferner wurde bimodales Verhalten hinsichtlich der Ablenkungsrichtung des Freistrahls beobachtet, bei dem die Rotationrichtung der großen Rezirkulationsgebiete ausschlagend war. Dieses Verhalten konnte sowohl durch Strömungsvisualisierung als auch phasen-gemittelt durch PIV-Messungen belegt werden. Auch die Stimmlippenschwingungen wurden stark durch die unterschiedlichen Strömungsrandbedingungen beeinflusst. Dabei zeigte sich, dass durch den Einsatz von Taschenfaltenmodellen der Onsetdruck sehr stark reduziert werden konnte. Druckmessungen im supraglottalen Kanal ergaben einen starken Abfall des statischen Druckes in den Ventrikeln, was für die Reduzierung des Onsetdruckes verantwortlich war. Bei der Analyse des produzierten Schalls zeigten sich subharmonische Töne, die charakteristisch für Diplophonie sind. Ihr Auftreten hing stark von der Schwingungsmode der Stimmlippen und den supraglottalen Randbedingungen ab. Durch Druckmessungen entlang des gesamten Modells konnte deren Entstehung im Bereich des Freistrahls verortet werden, wobei günstige supraglottalen Randbedingungen für die bimodale Freistrahlablenkung und die Schwingungsmode mit Glottisschluss in jeder Periode vorliegen mussten. Diese Bedingungen waren insbesondere bei supraglottalen Kanalkonfigurationen mit kleinem lateralem Durchmesser gegeben. Für alle Untersuchungen wurden sowohl Ein- als auch Mehrschichtstimmlippen verwendet. Signifikante Unterschiede ergaben sich in der Strukturschwingung. Während die Mehrschichtmodelle überwiegend eine Wellenbewegung anlog zur Schleimhautwelle zeigte, schwangen die Einschichtmodelle mit ihrem gesamten Volumen, wobei eine konvergenter-zu-divergenter Formverlauf des glottalen Durchgangs beobachtet werden konnte. Beide Phänomene sind charakteristisch für Stimmlippenschwingungen. Die von uns durchgeführten Arbeiten und erzielten Ergebnisse führten zu engen und langfristigen Kooperationen mit international führenden Kollegen in der Grundlagen- als auch der klinischen Forschung. Die von uns geleisteten Arbeiten wurden international hochrangig publiziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die von uns erzielten Ergebnisse das Resultat einer interdisziplinär arbeitenden Gruppe sind, wie sie durch die Forschergruppe gegeben war.
Publications
- Experimentelle Modellbildung der Fluid-Struktur-Akustik-Wechselwirkung bei der menschlichen Stimmgebung. Chem-Ing-Tech, 80(9): 1284-1285; 2009
B. S. Becker, S. Kniesburges, S. Müller, A. Delgado, B. Kaltenbacher.
(See online at https://doi.org/10.1002/cite.200750483) - Flow-structure-acoustic interaction in a human voice model. J Acoust Soc Am, 125(3): 1351-1361; 2009
A. S. Becker, S. Kniesburges, S.Müller, A. Delgado, G. Link, M. Kaltenbacher, M. Döllinger
(See online at https://doi.org/10.1121/1.3068444) - In Vitro Experimental Investigation of Voice Production. Curr Bioinform, 6(3): 305-322; 2011
C. S. Kniesburges, S.L. Thomson, A. Barney, M. Triep, P. Sidlof, J. Horacek, C. Brücker, S. Becker
(See online at https://doi.org/10.2174/157489311796904637) - Influence of vortical flow structures on the glottal jet location in the supraglottal region. J Voice, 27(5): 531-544; 2013
D. S. Kniesburges, C. Hesselmann, S. Becker, E. Schlücker, M. Döllinger
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jvoice.2013.04.005)
