Allein an seiner Größe gemessen erscheint unser Kehlkopf (fachlich: Larynx) wenig beeindruckend, in einem klassischen Orchester rangierte er auf einer Stufe mit der Pikkoloflöte. Wie also gelingt es Solisten, gegen Streicher und Bläser zu bestehen – und obendrein eine enorme Bandbreite von Lauten hervorzubringen? Mehr als ein halbes Jahrhundert lang erklärten Wissenschaftler solche Fähigkeiten mit einer linearen Theorie, der zufolge Tonerzeugung und -verstärkung unabhängig voneinander arbeiten sollten. Inzwischen wissen sie: Nichtlineare Wechselwirkungen spielen bei der Stimmtonerzeugung (fachlich: Phonation) eine zentrale Rolle.

Wie bei jedem Instrument lassen sich auch beim menschlichen Vokaltrakt drei Grundkomponenten unterscheiden: Tonquelle, Resonanzkörper und Schallöffnung. Die Quelle erzeugt einen Klang, der sich aus einer Grundfrequenz und Vielfachen davon, den Obertönen, zusammensetzt; Erstere bestimmt die Tonhöhe, Letztere machen die Klangfarbe aus. Durch Mitschwingen eines Resonanzkörpers wird der Schall verstärkt und über eine Öffnung oder Fläche in die Umgebung abgestrahlt.

Bei der Trompete etwa entsteht die Grundschwingung, weil die gespannten Lippen des Musikers vibrieren, wenn Luft durch das Mundstück gepumpt wird. Metallrohre verstärken den Ton, der sich weitende Schalltrichter sendet ihn aus. Die Tonhöhe ändert der Musiker zum einen durch die Lippenspannung, zum anderen über Ventile, die weitere Rohre zuschalten und so die effektive Länge des Instruments verändern. Die Geige hingegen verdankt ihren Klang den schwingenden Saiten, deren Ton vom hölzernen Korpus intensiviert und von den so genannten f-Löchern abgestrahlt wird.

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