Механика голосообразования и фонация

Фонация — это процесс, при котором гортань преобразует постоянный поток выдыхаемого воздуха в звук. Когда голосовые складки смыкаются и воздух проходит через них, они начинают самоподдерживающиеся колебания, разделяя воздушный поток на серию импульсов, которые затем формируются голосовым трактом в речь и пение.

Definition

Фонация — это генерация озвонченного звука посредством самоподдерживающейся вибрации голосовых складок, приводимой в движение выдыхаемым воздушным потоком, что создает периодический акустический источник, который впоследствии фильтруется голосовым трактом.

Scope

Тема охватывает аэродинамику и тканевую механику фонации: как подскладочное давление и воздушный поток взаимодействуют с эластичными голосовыми складками, чтобы начать и поддерживать вибрацию, как контролируются высота и громкость голоса, а также центральную роль слизистой волны. Это справочное описание нормальной физиологии голоса, а не руководство по голосовой терапии или лечению голосовых расстройств.

Core questions

• Какие силы запускают и поддерживают вибрацию голосовых складок?
• Почему голосообразование является самоподдерживающимся, а не нейронно запускаемым цикл за циклом?
• Как регулируются высота (основная частота) и громкость голоса?
• Что такое пороговое давление фонации?

Key concepts

• Подскладочное (движущее) давление
• Пороговое давление фонации
• Слизистая волна
• Основная частота и контроль высоты голоса
• Интенсивность голоса и громкость
• Модель «источник-фильтр» для озвонченного звука

Key theories

Миоэластическая-аэродинамическая теория

Вибрация голосовых складок возникает в результате взаимодействия мышечных и эластических тканевых сил с аэродинамическими силами: подскладочное давление раздвигает приведенные складки, эластическая отдача и эффект Бернулли снова сводят их вместе, и цикл повторяется, так что колебания являются самоподдерживающимися, а не запускаются нервными импульсами цикл за циклом.

Mechanisms

Фонация начинается, когда внутренние мышцы гортани приводят голосовые складки через голосовую щель. Выдыхаемый воздух повышает давление под сомкнутыми складками до тех пор, пока оно не превысит пороговое давление фонации и не раздвинет их снизу вверх; по мере того как воздух проносится, падающее внутрискладочное давление (эффект Бернулли) вместе с эластической отдачей складок снова сводит их вместе, и цикл повторяется много раз в секунду. Поскольку энергия для поддержания колебаний непрерывно поступает из воздушного потока, взаимодействующего с тканью, процесс является самоподдерживающимся — в этом суть миоэластической-аэродинамической теории (ван ден Берг, 1958; Титце, 1994). Слоистая структура складки позволяет покрову перемещаться в виде слизистой волны над телом, что повышает эффективность передачи энергии (Хирано, 1974; Титце, 1976). Высота голоса повышается главным образом за счет увеличения натяжения и длины голосовых складок (действие перстнещитовидной мышцы), а громкость — за счет увеличения подскладочного давления и силы смыкания складок.

Clinical relevance

Механика фонации объясняет, почему изменения массы, жесткости или смыкания голосовых складок изменяют качество голоса, и лежит в основе обоснования оценки и реабилитации голоса. Эта статья описывает нормальную физиологию голоса для справки и образования и не является основанием для диагностики или лечения каких-либо голосовых расстройств.

History

Современная наука о голосе берет свое начало с середины двадцатого века, когда ван ден Берг сформулировал миоэластическую-аэродинамическую теорию, вытеснив более ранние нейрохронаксические идеи о том, что каждый вибрационный цикл запускался нервом. Позднее биомеханические и модельные работы Титце и других количественно определили условия для колебаний и роль слоистой голосовой складки (ван ден Берг, 1958; Титце, 1976, 1994).

Key figures

• Janwillem van den Berg
• Ingo Titze
• Minoru Hirano

Seminal works

• vandenberg-1958
• titze-1994
• titze-1976

Frequently asked questions

Требуется ли для каждой вибрации голосовых складок отдельный нервный импульс?

Нет. Как только складки расположены и воздух движется, вибрация самоподдерживается аэродинамическими и эластическими силами; нервная система устанавливает условия (натяжение, смыкание, воздушный поток), а не запускает каждый цикл.

Что контролирует высоту голоса?

Высота голоса зависит главным образом от натяжения и длины голосовых складок, увеличиваемых в основном перстнещитовидной мышцей, а также от подскладочного давления; более жесткие, длинные, более напряженные складки вибрируют быстрее и звучат выше.