Das physikalisch-anatomische prinzip des menschlichen stimmbandes

Summary

The structure of dolphin's skin is perfectly adapted to the problems of flow-physics arising from the animals swimming habit. Folds appear in the skin vertically and parallel to the direction of the flow of the surrounding water. The formation of these folds is controlled in the manner of a feedback mechanism, by tactile organs in the epidermis and the corium. Thus, turbulences on the skin surface are absorbed, and are converted into a virtually laminary flow along the surface of the skin. This enables the animals to reduce the coefficient of frictional resistance to a substantial degree. The striking similarity of the structural architecture of the vocal cords of man, to that of dolphin's skin, gave rise to the assumption that the same biophysical principle applied to the anatomical structure of the human vocal system, on the surface of which the friction of a rapidly moving gas (air) exerts a considerable pressure. A formanalysis, carried out by means of highspeed films and frame-by-frame evaluation, of the surface of the vocal cords in human subjects with normal larynx showed an identical formation of folds, transverse and parallel to the direction of the air-flow, in the course of every oscillation cycle. This analysis has shown that in addition to the functions of adduction and abduction, and to the variations of phonatory tension, the special structure of the human vocal system has to perform a function of flow-physics within the mechanism of the movement of the vocal cords. Owing the latter function, speed-reducing pressure rises, a break in the flow and a deviation of the direction of the flow are prevented. Furthermore, unsiderable accumulations of braked, marginal flows and turbulences are avoided. As far as the oscillation of the vocal cords is concerned, this biophysical principle permits a purposive lowering of the coefficient of frictional resistance and consequently an unlimited application of Bernoulli's pressure equation, which has strict physical validity only for forces in frictionless and incompressible flow media, in the frame of the theory concerning aerodynamics and muscular phenomena in the movement of the vocal cords.

Zusammenfassung

Der strukturelle Aufbau der Delphinenhaut stellt eine in hohem Grade vollendete Anpassung an die strömungsphysikalischen Probleme dar, die sich aus seiner Schwimmweise ergeben, indem durch die Bildung senkrecht und parallel zu der Strömungsrichtung des umgebenden Wassers angeordneter, im Sinne eines Feed-back-Mechanismus in ihrer Ausbildung durch epidermale und coriale Tastorgane gesteuerter Hautfalten Turbulenzen an der Hautoberfläche absorbiert und in eine nahezu laminare wandnahe Strömung umgesetzt werden. Dadurch gelingt es den Tieren, den Koeffizienten des Reibungswiderstandes erheblich zu vermindern. Die auffällige Übereinstimmung der konstruktiven Architektur des Stimmbandes mit der der Delphinenhaut legte die Vermutung nahe, daß auch im anatomischen Bau des menschlichen Vocalissystems, auf dessen Oberfläche die Reibung eines schnell bewegten Gases (Luft) einen beträchtlichen Druck ausübt, das gleiche biophysikalische Prinzip seinen Niederschlag gefunden hat. Die mittels Hochgeschwindigkeitsfilmen und Bild-für-Bild-Auswertung vorgenommene Formanalyse der Stimmlippenoberfläche bei kehlkopfgesunden Personen ergab an dieser eine identische Bildung quer und parallel zur Richtung des Luftstromes ausgerichteter Falten im Verlaufe des einzelnen Schwingungscyclus. Die daraus resultierende Bedeutung für die Überwindung verzögernder Druckanstiege, die Verhütung einer Ablösung der Strömung bzw. ihre Verlagerung in der Strömungsrichtung, die Verhinderung einer störenden Ansammlung gebremster, wandnaher Strömung und damit schließlich die Vermeidung- des Auftretens von Turbulenzen wird dargelegt und aufgezeigt, daß dem besonderen Bau des menschlichen Vocalissystems neben den Funktionen der Ad- und Abduktion sowie der phonatorischen Spannungsänderung auch eine strömungsphysikalische Aufgabe innerhalb der Mechanik der Stimmlippenbewegung zufällt. Dieses biophysikalische Prinzip ermöglicht auch bezüglich der Stimmlippenschwingung erst eine zweckgerichtete Erniedrigung des Koeffizienten des Reibungswiderstandes und damit eine uneingeschränkte Anwendung der, physikalisch exakt nur für die Kräfte in reibungslosen und inkompressiblen strömenden Medien gültigen, Bernoullischen Druckgleichung innerhalb der aerodynamisch-muskulären Theorie der Stimmlippenbewegung.