Wie funktioniert die menschliche Stimme

10c

Projektnachmittag: Biometrie/Stimmidentifikation

Einleitung:

Über diesen Nachmittagen stand das Hauptthema Kriminalistik. Wie ich finde ein sehr spannendes Thema, denn ich wollte schon immer wissen, ob die Methoden aus dem Fernsehen die richtigen sind und ob sie funktionieren. Ich habe mir dieses Thema ausgesucht, denn ich fand es Interessant das man einen Menschen über seine Stimme erkennen kann. Folgende Leitfragen zogen sich durch diesen Nachmittag:

1.    Wie funktioniert die menschliche Stimme?

2.    Wo entstehen Töne, Geräusche und Klänge?

3.    Warum kann man über die Stimme einen Menschen identifiziern?

4.    Wie funktioniert das?

5.    Was versteht man unter Biometrie?

6.    Von welchen Komponenten hängt ab, wie eine Stimme klingt?

7.    Welche Rolle spielt dabei die Ausprägung des menschlichen Schädels?

8.    Wofür könnte das Oboenmundstück ein Modell sein?

9.    Was bedeutet Resonanz?

10.Mit welchem Bild kann man ein Akustisches Signal beschreiben?

11.Welche Begriffe sind notwendig, um dieses Bild zu vervollständigen und zu beschreiben?

12.Was ist ein Frequenzspektrum?

13.Wie funktioniert das Identifizieren eines Menschen durch Stimmaufnahmen?

14.Welche Schwierigkeiten sind dabei zu berücksichtigen ?

Wir haben als aller erstes ein Einführungsreferat von Herrn Wolf gehört:

„Forensische Phonetik“

Er hat uns erklärt, dass man Menschen anhand der Stimme identifizieren kann, da sie einzigartig ist. Man kann außerdem über die Stimme ein Profil von den jeweiligen Menschen erstellen. Zu einem Profil gehören dann das Geschlecht, die Größe, das Gewicht, das Alter und die Sprache. Außerdem müssen die Besonderheiten wie Raucher oder Alkoholiker vermerkt werden.

Es gibt auch noch eine anderes „Profil“, den Voice-Print. In ihm werden nur Auffälligkeiten der Sprache vermerkt, zum Beispiel: Ob jemand nervös ist, unter Stress steht usw. . Herr Wolf sagte uns dann noch, wo man diese ganzen Sachen brauchen könnte und wo sie eine Rolle spielen. Dies werden wir anhand der Versuche erläutern.

Als wir dann mit den Versuchen angefangen haben, versuchten wir zuerst Menschen anhand ihres Schädels zu identifizieren und zu erkennen, wo die Stimme entsteht. Später am Nachmittag haben wir uns dann damit beschäftigt unsere Stimmen zu beschreiben. Gegen Ende des Nachmittags haben wir einige Hörbeispiele vorgespielt bekommen.

Versuch 1: Identifikation von Menschen anhand ihres Schädels

Nach dem Einführungsreferat ging es darum, dass wir uns zwei Schädel anschauen und Unterschiede feststellen sollten. Mit Hilfe des Infomterials entschieden wir, dass folgende Merkmale hinsichtlich der Bestimmung des Geschlechts wichtig sind, da dies ausgeprägte geschlechtsspezifische Merkmale sind.

1.1 Geschlechtsspezifische Merkmale am Schädel

Wir haben uns noch drei nicht speziell auf diese Schädel bezogene Unterschiede überlegt, mit denen man Schädel identifizieren kann. Wir haben uns überlegt, dass das Nasenbein ein markantes Merkmal ist, genauso wie die Wangenknochen. Eine Behinderung, oder Verletzungen die die äußere Erscheinung bestimmen, sind ebenfalls ein wichtige Pu.....[Volltext lesen]

Anders ist es bei M und N. Da ist es so, dass die Mundhöhle geschlossen ist und die Luft aus der Nase strömt.1 Die Ausprägung des Schädels spielt dabei eine große Rolle, denn man braucht ja einen Resonanzkörper damit es einen guten Klang gibt.

Zur Erklärung, die Definition eines Resonanzkörpers und Resonanz: Der Resonanzkörper hat einen Resonanzraum. Dieser Raum ist hohl und dient zur Verstärkung von Tönen und Klängen. In unserem Fall ist dieser Resonanzkörper unser Schädel und die Resonanzräume die mehr oder weniger hohlen Teile unseres Schädels.

Nun zur Resonanz, es gibt mehrere Bereiche in der sie Anwendung findet, doch uns interessiert nur der Bereich der Akustik. Es ist so, dass sie zur Beschreibung der Tonerzeugung, und der Beschreibung des Phänomens das zum Beispiel eine Saite anfängt zu schwingen, wenn ein gleichgestimmtes Instrument ertönt.2 Die Resonanz ist hier beobachtbar, wenn die Stimmbänder die umgebende Luft in Schwingungen versetzt.

Zusammenfassend kann man sagen, dass hier in diesen vorher beschriebenen Versuchen die Fragen, wie funktioniert die menschliche Stimme, was bedeutet Resonanz, wo entstehen Töne, Geräusche und Klänge, von welchen Komponenten hängt ab, wie die Stimme klingt und welche Rolle spielt dabei die Ausprägung des menschlichen Schädels beantwortet werden.

Die menschliche Stimme entsteht durch Resonanz. Die Töne und Klänge entstehen im Mund und durch die Stimmbänder. Wie die Stimme klingt, hängt davon ab wie stark ausgeprägt (also wie dick oder dünn) die Stimmbänder und der Resonanzkörper also der Mund und Schädel sind.

Versuch 2: Eindrücke der eigenen Stimme

Aufgabenstellung:

Man muss den Mund schließen und dann brummen. Man sollte die ungefähre Tonlage des eigenen Brummens bestimmen. Als nächstes sollte man sich vom Gesicht an über den Hals, Brust und Rücken abtasten und beobachten, ob man irgendwelche Veränderungen feststellt. Wichtig war, dass man die Tonlage nicht veränderte.

2.1 Tonlage des Brummens mit offenen Ohren

Felix: Felix brummt tiefer als Florian und unregelmäßiger. Er spürt die Vibration der Wellen auf seinen Lippen und auf den Zähnen.

Florian: Florians Brummen ist regelmäßig, genauso wie die Vibration, aber es ist nicht ganz so tief wie Felix‛. Er wird außerdem mit der Zeit höher.

: Ich spüre bei mir genauso wie die Anderen bei sich, dass es auf Lippen und Mund vibriert. Von der Tonlage bin ich zwischen Florian und Felix.

2.2 Beobachtung des Brummens mit geschlossenen Ohren und variierter Tonlage

Zu beobachten war, dass die Vibration für alle stärker zu spüren waren. Der Ton war auch viel lauter zu hören (ohne die Veränderung der Lautstärke).

Wir haben auch gespürt, dass je tiefer der Ton ist, desto stärker sich die Vibration anfühlt. Was daran liegt, dass je tiefer der Ton ist, desto niedriger die Frequenz ist. Und eine niedrige Frequenz spürt man meiner Meinung nach am stärksten. Wir sollten uns dann vorsichtig von Gesicht über Hals und bis zu unserem Brustkorb abtasten.

Am stärksten sind Vibrationen am Hals zu spüren aufgrund der vibrierenden Stimmbänder, der vibrierenden Luft im Kehlkopf und der Luftröhre. Die Vibrationen sind im Gesicht auch gut zu spüren. Sie sind sehr gut spürbar an den Wangenknochen. Weiter zum Rücken, auf Höhe des Brustkorbs sind sie .....

Versuch 4: Modelle

Aufgabenstellung:

Wir sollten jeder ein Oboenmundstück basteln. Das geht so: Man schneidet einen Strohhalm so an, dass eine Spitze entsteht die ungefähr 1 ½ cm lang ist. Nun muss man die spitzen Enden abschneiden, man darf aber nicht zu viel abschneiden. Um nun einen Ton zu produzieren, muss man die beiden Spitzen vorsichtig zusammendrücken und hindurch blasen. Die Beobachtungen müssen natürlich auch notiert werden.

4.1 Verlauf des Versuch

Es war nicht ganz einfach das Oboenmundstück so zu bauen, dass ein guter Ton raus kam. Es war auch nicht einfach so in das Mundstück zu blasen, dass überhaupt ein Ton rauskommt. Wenn man aber den Dreh raus hat, ist es einfach, den Ton zu verändern. Das heißt, sobald man stärker in das Mundstück bläst, vibrieren die Spitzen stärker und der Ton wird lauter und höher.

Dieses Mundstück ist ein Modell für die menschlichen Stimmbänder, denn sie funktionieren ähnlich wie das Mundstück.

In diesem Versuch konnten folgende Frage beantwortet werden, wofür könnte das Oboenmundstück ein Modell sein. Das Mundstück ist ein Modell für unsere Stimmbänder denn sie erzeugen in der gleichen Art einen Ton.

Versuch 5: Mechanische Schwingungen

Aufgabenstellung

In diesem Versuch sollten wir erkennen, wie die Bewegung eines Pendels aussieht und wie man sie beschreiben kann. Dazu haben wir an einer Tischkante eine Vorrichtung angebracht, an der wir einen Stab mit einem Gewicht befestigt haben. Der Stab kann wie ein Pendel schwingen und das Gewicht an ihm ist variierbar und austauschbar.

5.1 Beschreibung der Bewegung d.....

6.1 Durchführung des Versuchs

Der Zusammenhang zwischen all den Diagrammen ist der, dass rechts die Frequenzspektren dargestellt sind und links die Oszilloskopbilder. Hier ist ein guter Punkt um die Leitfrage „Was ist ein Frequenzspektrum?“ zu beantworten. Ein Frequenzspektrum zeigt, welche Frequenzen in einem Schallereignis zu finden sind. In den Oszilloskopbilder sieht man nicht, welche verschiedenen Töne mitklingen.

Diese Töne bzw. Frequenzen sieht man dann im Frequenzspektrum.3 Die Frequenz ist der Abstand zwischen den Nullpunkten der Schwingungskurve. Jetzt gibt es aber auch wie bei der Querflöte mehrere Frequenzbereiche in denen es zu Schwingungen kommt. Es kommt dann zu einer Frequenzüberlagerung, was zu einer Addierung der Kurven führt. Es entstehen Kurven wie die folgende. Bild Nr.2 Oszilloskopbild

Nun zum Vergleich der Frequenzspektren der Instrumente.

Man sieht, dass die Stimmgabel eine nicht so große Intensität hat wie die zum Beispiel die Bratsche oder die Geige und sie hat sie hat auch kein so großen Frequenzbereich wie eben die Bratsche oder die Geige. Bei der Geige und der Bratsche sind das viele Töne mitschwingen was nicht so rein klingt wie beim Cello oder der Stimmgabel.

Bild Nr.3 Frequenzspektern einzelner Instrumente

Anhand dieses Versuchs kann man außerdem sehr gut folgende Fragen beantworten: Mit welchem Bild kann man ein Akustisches Signal beschreiben? Welch Begriffe sind für diese Beschreibung notwendig? Was ist die Fourier-Transformation? Man kann ein Akustisches Signal, einmal mit einem Oszilloskopbild und mit einem Frequenzspektrum darstellen.

Die Begriffe die dafür notwendig sind Amplitude, welche die maximale Auslenkung einer Kurve ist, in unserem Fall ist das die Lautstärke.

Die Frequenz ist der nächste Begriff, sie beschreibt einen immer wieder auftretenden Vorgang, in unserem Fall ist das die Schwingung.

Unter der Fourier-Transformation, versteht man quasi das Gegenstück zur Kurve einer Frequenzüberlagerung. Dabei wird die Kurve wieder in ihre ei.....

Nun möchte ich noch ein paar Fragen Beantworten, die ich vorher nicht einbringen konnte.

1.    Warum kann man über die Stimme einen Menschen identifiziern?

2.    Wie funktioniert das?

3.    Wie funktioniert das Identifizieren eines Menschen durch Stimmaufnahmen?

4.    Welche Schwierigkeiten sind dabei zu berücksichtigt werden?

Also das Identifizieren von Menschen anhand der Stimme ist möglich, da die Stimme von jedem Menschen individuell ist und keine zwei Menschen die gleiche Stimme haben. Außerdem ist es möglich fast überall die Stimme eines Menschen einzufangen und zu analysieren, so kann man zum Beispiel über Telefonüberwachung oder Videos mit Ton die Stimme eines Menschen erkennen.

Wie das funktioniert, es funktioniert so dass man bestimmte Kriterien und Merkmale festgelegt hat um heraus zu finden welche Besonderheiten die Stimme eines Menschen aufweist, um dann ein Voice-Print von ihm zu erstellen. Es gibt natürlich auch Schwierigkeiten bei der Analyse denn wenn die Aufnahmen nicht gut ist könnte es sein, dass man wichtige Details nicht hört.

Wenn man aber viel Menschen vergleicht kann es immer sein dass sich zwei Stimmen ähnlich anhören und man sie dann vermischt, dennoch sind die Chancen sehr groß, dass man einen Menschen wiedererkennt.

.....