Unter Stimmbildung versteht man den Vorgang, bei dem Töne durch die Stimmlippen erzeugt werden. Bei diesem Vorgang werden mikroskopisch kleine Aerosolpartikel erzeugt, die ohne spezielle Geräte nur schwer zu beobachten sind. Es gibt zwei Hauptursachen für dieses Phänomen: die Adduktion der Stimmlippen und die Vibration der Stimmlippen. In beiden Fällen gibt es viele Faktoren, die die Stimmabgabe beeinflussen.
Partikelgrößenverteilung
Die Partikelemissionsrate einer Sprechstimme wurde bei verschiedenen Amplituden gemessen. Bei einer Amplitude von 85 dB zum Beispiel würde die Stimme etwa 4,45 Partikel pro Sekunde emittieren. Bei einer geringeren Sprachamplitude liegt die Emissionsrate bei nur 0,02 Partikeln pro Sekunde. Die Teilchenemissionsrate steigt linear mit den Armen an, wobei die höchste Rate bei etwa 53 Teilchen pro Sekunde liegt.
Die von der Stimme emittierten Partikel sind sehr empfindlich gegenüber der Stimmlautstärke. Die Beziehung zwischen der Stimmamplitude und der Emissionsrate ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Emissionsrate ist bei anhaltenden Vokalen höher als bei Vokalen, die mit einer geringeren Stimmamplitude ausgestoßen werden. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Männer und Frauen sich ähnlich verhalten. Außerdem kann sich die Emissionsrate für anhaltende Vokale um zwei Größenordnungen unterscheiden.
Die Partikelabgaberate stieg mit der Amplitude der Stimme, die Partikelgrößenverteilung blieb jedoch unverändert. Unabhängig von der Stimmamplitude lag der geometrische Mitteldurchmesser der Partikel bei etwa 1 mm. Die erhöhte Anzahl der Partikel deutet auf ein größeres Volumen der Atemflüssigkeit, eines proteinhaltigen Flüssigkeitströpfchens, hin.
Die Partikel wurden auch während der Stimmbeurteilung und der Stimmtherapie gemessen. Durch den Einsatz eines optischen Partikelmessgeräts konnten die Forscher Partikel verschiedener Größen zählen, darunter auch solche, die kleiner als 10 Mikrometer waren. Die Bewertungsaufgaben wurden unter drei Bedingungen durchgeführt: Ausgangszustand, Sprechen und Patientenmaskierung. Die Studie weist mehrere Einschränkungen auf, darunter das Design mit nur einer Versuchsperson. Außerdem schwankte die Konzentration des Hintergrundaerosols während der Studie zu stark, was die Datenerfassung erschwerte.
Die Ergebnisse des Experiments deuten darauf hin, dass die Stimme Partikel unterschiedlicher Größe abgibt. Obwohl die meisten Partikel in der ausgeatmeten Luft mikroskopisch klein sind, hat die Partikelgrößenverteilung der Stimme Auswirkungen auf die Kontrolle des Risikos von über die Luft übertragenen Infektionen.
Partikel-Emissionsrate
Die Partikel-Emissionsrate von Stimmen wird sowohl vom Geschlecht als auch von der Amplitude beeinflusst. Die weibliche Stimme hat eine geringere Partikelemissionsrate als die männliche Stimme. Die von männlichen Stimmen erzeugten Partikel sind größer als die von weiblichen Stimmen, haben jedoch eine ähnliche Größe. Die Partikelemissionsrate von Stimmen steigt mit zunehmendem Schalldruck.
Die Partikelemissionsraten wurden gemessen, während die Teilnehmer einen Text in drei verschiedenen Lautstärken vorlasen. Die Partikelemissionsrate für jeden Lautstärkepegel wurde gegen die Zeit aufgetragen. Die Daten wurden mit Hilfe einer Lognormalfunktion normalisiert, und die beste Anpassung wurde durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Für jeden Teilnehmer wurden drei Punkte bei drei verschiedenen Amplitudenstufen aufgezeichnet, und der Durchschnitt wurde über sechs Wiederholungen des Wortes /a/ bei der gleichen Amplitude ermittelt.
Die Forscher verglichen die Emissionsraten beim Singen, Schreien und Lesen eines schwedischen Volkslieds mit einer Standardmessung. Außerdem baten sie die Kinder, enthusiastisch zu jubeln, wenn eine Fußballmannschaft ein Tor schießt. Die gemessenen Sequenzen dauerten zehn Sekunden, und die Kinder durften während der Aufzeichnung kurz einatmen.
Die in dieser Studie gewonnenen Daten zur Partikelemission stimmen mit früheren Erkenntnissen über die mit Vokalisationen verbundenen Ausströmungsraten überein. Dies deutet darauf hin, dass unterschiedliche Phonetik die Übertragung von Atemwegserregern über die Luft verändern kann. Darüber hinaus könnten die phonetischen Merkmale der von einer bestimmten Bevölkerung gesprochenen Sprache die Partikelemissionsrate beeinflussen.
Die Partikelemissionsrate beim Singen ist höher als beim Schreien. Dies ist besorgniserregend, da die höhere Lautstärke und Häufigkeit des Singens in geschlossenen Räumen zu höheren Konzentrationen von virusübertragenden Aerosolpartikeln führen kann. Dieses erhöhte Risiko kann mit der Dauer der Anwesenheit der infizierten Person in einem Raum, unzureichender Belüftung und geringen Raumabmessungen zusammenhängen.
Partikelamplitude
Die Partikelemissionsraten sind von der Amplitude der Stimme abhängig. Es wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem die Teilnehmer eine Reihe von sechs Vokalisationen mit verschiedenen Amplituden wiederholten. Die Ergebnisse zeigten eine lineare Beziehung zwischen der Stimmamplitude und den Partikelausstoßraten. Je lauter die Stimme, desto höher die Partikelemissionsrate.
Die Partikelemissionsraten stiegen linear mit den Armen, aber die absoluten Amplituden variierten erheblich zwischen den Teilnehmern. Ein Teilnehmer setzte bei höheren Amplituden 200 Partikel pro Sekunde frei, während ein anderer Teilnehmer nur ein Partikel pro Sekunde freisetzte. Interessanterweise gab es bei den Teilnehmern keine signifikanten Trends in Verbindung mit Alter, Geschlecht oder Body-Mass-Index.
Die Stimmabgabe geht mit einer Zunahme der Aerosole einher. Je lauter die Stimme ist, desto mehr Aerosole werden ausgestoßen. Bei der Messung der Stimmamplitude verwendeten die Forscher ein Gerät namens CPET-Maske, um die Anzahl der ausgestoßenen Partikel zu messen. Die Menge der Partikel pro Minute entsprach ungefähr dem Volumen von fünfundzwanzig erwachsenen Sängern. Die durchschnittliche Größenverteilung der Aerosolpartikel entsprach den bereits veröffentlichten Ergebnissen.
Die Partikelkonzentrationen während der Vokalisation waren beim Singen am höchsten und lauter als beim Atmen. In dieser Studie wurde ein linearer Zusammenhang zwischen der Partikelanzahlkonzentration und der Lautstärke der Vokalisation sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen festgestellt. Die Ergebnisse stimmen mit früheren Erkenntnissen überein, die zeigten, dass es einen signifikanten Unterschied zwischen der Lautstärke des Sprechens bei 50-60 dBA und 90-100 dBA gibt.
Temperatur
Die Temperatur der Stimmabgabe ist eine sehr wichtige Variable bei der Sprachproduktion. Sie kann bestimmen, ob eine Stimme blechern oder hauchig ist. Eine blecherne Stimme hat mehr hochfrequente Töne, während eine hauchige Stimme weniger hochfrequente Töne hat. Das AST ist auch ein guter Indikator für die Tonhöhe einer Stimme.
Luftfeuchtigkeit
In einem Experiment, bei dem Personen eine kurze Textpassage lasen, maßen die Autoren die Menge der Stimmabgabepartikel, Arms. Diese Partikel wurden über einen Zeitraum von zwei Minuten gemessen und mit der Amplitude der Stimme korreliert. Die Forscher fanden auch heraus, dass lauteres Sprechen die Rate der Partikelemission deutlich erhöht. Sie stellten außerdem fest, dass Luftfeuchtigkeit und Temperatur keinen Einfluss auf die Partikelgröße hatten.
Während der Vokalisation schließen und öffnen sich die Stimmlippen wiederholt. Dabei reißt der Flüssigkeitsfilm zwischen den Stimmlippen auf. Bei diesem Vorgang entsteht ein größeres Volumen an Partikeln, die etwas größer sind als bei der normalen Atmung. Dieses erhöhte Volumen resultiert aus den verstärkten Schwingungen der Stimmlippen.
Die normalisierten Emissionsraten liegen zwischen einem und vierzehn Partikeln pro Sekunde. Diese Werte werden durch eine Lognormalanpassung gut approximiert. Die meisten Teilnehmer gaben weniger als drei Partikel pro Sekunde ab, während nur acht Teilnehmer mehr als drei Partikel pro Sekunde abgaben. Die “Sprach-Superemitter” gaben jedoch durchweg mehr Partikel ab als ihre Altersgenossen.
Die beim Sprechen entstehenden Partikel sind größer als die beim Atmen entstehenden, so dass sie möglicherweise mehr Krankheitserreger tragen. Außerdem ist es wahrscheinlicher, dass sie sich auf andere anfällige Personen in der Nähe ausbreiten. Daher sind sie besonders wichtig für die Übertragung von Krankheitserregern der Atemwege. Dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Luftfeuchtigkeit und Stimmbildung zusammenwirken können.
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