กายวิภาคของกล่องเสียงและการผลิตเสียง

กายวิภาคของกล่องเสียงและการผลิตเสียงเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของกล่องเสียงและกระบวนการสร้างเสียงพูด (phonation) ซึ่งอากาศที่หายใจออกจะถูกเปลี่ยนเป็นเสียงพูด กล่องเสียงเป็นที่อยู่ของสายเสียง ซึ่งเนื้อเยื่อที่เป็นชั้นๆ จะถูกทำให้สั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องด้วยกระแสลม ก่อให้เกิดแหล่งกำเนิดเสียงที่อวัยวะออกเสียงจะปรับแต่งเป็นคำพูดและเพลงต่อไป

Definition

การสร้างเสียงพูด (Phonation) คือการผลิตเสียงพูดโดยการสั่นสะเทือนของสายเสียงที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสลมภายในกล่องเสียง ซึ่งถูกควบคุมโดยกล้ามเนื้อกล่องเสียง คุณสมบัติของเนื้อเยื่อ และความดันอากาศใต้กล่องเสียง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างกระดูกอ่อนและกล้ามเนื้อของกล่องเสียง โครงสร้างเป็นชั้น (cover-body) ของสายเสียง กลไกการสร้างเสียงแบบ myoelastic-aerodynamic และการควบคุมระดับเสียง ความดัง และคุณภาพเสียง หัวข้อนี้ถือเป็นกายวิภาคและสรีรวิทยาอ้างอิงภายในกลไกการพูดและการได้ยิน ไม่ใช่แนวทางสำหรับการวินิจฉัยหรือรักษาความผิดปกติของเสียง

Core questions

• กระดูกอ่อน กล้ามเนื้อ และชั้นเนื้อเยื่อใดบ้างที่ประกอบเป็นกล่องเสียงและสายเสียง?
• กระแสลมทำให้สายเสียงสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องได้อย่างไร?
• ระดับเสียง ความดัง และคุณภาพเสียงถูกควบคุมทางสรีรวิทยาได้อย่างไร?

Key concepts

• กระดูกอ่อนไทรอยด์, คริคอยด์ และอารีทีนอยด์
• กล้ามเนื้อกล่องเสียงภายในและภายนอก
• โครงสร้างสายเสียงเป็นชั้น (ส่วนหุ้มและส่วนเนื้อ)
• ความดันใต้กล่องเสียงและปรากฏการณ์แบร์นูลลี
• คลื่นเยื่อบุผิว
• ความถี่พื้นฐาน, ความดัง และคุณภาพเสียง

Key theories

ทฤษฎี Myoelastic-aerodynamic ของการสร้างเสียงพูด

การสั่นสะเทือนของสายเสียงเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของแรงกล้ามเนื้อและแรงยืดหยุ่นกับแรงอากาศพลศาสตร์: ความดันใต้กล่องเสียงจะดันสายเสียงที่หุบเข้าหากันให้แยกออกจากกัน ในขณะที่การคืนตัวของเนื้อเยื่อและปรากฏการณ์แบร์นูลลีจะดึงสายเสียงกลับเข้าหากัน ทำให้เกิดวงจรซ้ำๆ โดยไม่ต้องมีการหดตัวของกล้ามเนื้ออย่างกระตือรือร้นในแต่ละวงจร

ทฤษฎี Cover-body ของโครงสร้างสายเสียง

สายเสียงถูกจำลองเป็นส่วนหุ้มเยื่อบุผิวที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งอยู่เหนือส่วนเนื้อกล้ามเนื้อที่แข็งกว่า ดังนั้นความแข็งสัมพัทธ์ของชั้นเหล่านี้จึงควบคุมพฤติกรรมการสั่นสะเทือน คลื่นเยื่อบุผิว และคุณภาพเสียง

Mechanisms

ในการสร้างเสียงพูด กล้ามเนื้อกล่องเสียงภายในจะหุบสายเสียงเข้าหากึ่งกลาง การหายใจออกจะเพิ่มความดันอากาศใต้กล่องเสียงจนกระทั่งดันสายเสียงแยกออกจากกัน เมื่ออากาศไหลผ่านช่องว่างระหว่างสายเสียงที่แคบลง การลดลงของความดัน (ปรากฏการณ์แบร์นูลลี) ร่วมกับการคืนตัวของเนื้อเยื่อจะดึงสายเสียงกลับเข้าหากัน และวงจรนี้จะเกิดขึ้นซ้ำหลายครั้งต่อวินาที กระบวนการ myoelastic-aerodynamic นี้สร้างแหล่งกำเนิดเสียงกึ่งคาบ (quasi-periodic sound source) ซึ่งอัตราการสั่นสะเทือนกำหนดความถี่พื้นฐาน ความถี่พื้นฐานจะถูกปรับโดยหลักผ่านการเปลี่ยนความยาวและความตึงของสายเสียง ความดังส่วนใหญ่โดยความดันใต้กล่องเสียง และคุณภาพเสียงโดยวิธีการที่สายเสียงมาบรรจบและสั่นสะเทือน รวมถึงระดับการปิดของช่องว่างระหว่างสายเสียงที่แยกเสียงแหบออกจากเสียงกดดัน โครงสร้างเป็นชั้นของสายเสียงรองรับคลื่นเยื่อบุผิวที่เคลื่อนที่ ซึ่งเป็นตัวกำหนดสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดเสียง

Clinical relevance

ความเข้าใจกายวิภาคของกล่องเสียงและสรีรวิทยาของการสร้างเสียงพูดเป็นพื้นฐานอ้างอิงสำหรับการทำความเข้าใจเกี่ยวกับเสียงและวิธีการที่เสียงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ อธิบายถึงการผลิตเสียงปกติและพารามิเตอร์ที่แพทย์พิจารณา ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล และการจัดการข้อกังวลเกี่ยวกับเสียงใดๆ ควรอยู่กับแพทย์ผู้เชี่ยวชาญ

Evidence & guidelines

ความรู้ในหัวข้อนี้ได้มาจากงานวิจัยทางชีวกลศาสตร์และอะคูสติกของเสียง และจากตำราวิทยาศาสตร์เสียงที่เป็นที่ยอมรับ มากกว่าที่จะมาจากงานวิจัยทางคลินิก การศึกษาทางอะคูสติกได้อธิบายลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างการจัดเรียงของช่องว่างระหว่างสายเสียงกับคุณภาพเสียงที่รับรู้ ซึ่งสนับสนุนแบบจำลองที่เชื่อมโยงสรีรวิทยาของกล่องเสียงกับสัญญาณเสียง

History

ความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับการสร้างเสียงพูดได้รับการรวบรวมเมื่อ van den Berg ได้อธิบายทฤษฎี myoelastic-aerodynamic ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 แทนที่คำอธิบาย neurochronaxic ก่อนหน้านี้ งานวิจัยต่อมาเกี่ยวกับโครงสร้างเป็นชั้นของสายเสียงและการวิเคราะห์อะคูสติกเชิงปริมาณของเสียงได้ปรับปรุงความสัมพันธ์ระหว่างสรีรวิทยาของกล่องเสียงกับแหล่งกำเนิดเสียงและคุณภาพเสียงที่รับรู้

Key figures

• Janwillem van den Berg
• Ingo Titze
• Minoru Hirano
• Dennis Klatt

Seminal works

• vandenberg-1958
• titze-2000
• klatt-1990

Frequently asked questions

อะไรทำให้สายเสียงสั่นสะเทือน?

การสั่นสะเทือนเกิดจากการทำงานร่วมกันแบบ myoelastic-aerodynamic: ความดันอากาศใต้กล่องเสียงจะดันสายเสียงที่ปิดอยู่ให้แยกออกจากกัน และการคืนตัวของเนื้อเยื่อร่วมกับปรากฏการณ์แบร์นูลลีจะดึงสายเสียงกลับเข้าหากัน โดยเกิดขึ้นซ้ำหลายครั้งต่อวินาทีโดยไม่ต้องมีการหดตัวของกล้ามเนื้อแยกต่างหากในแต่ละวงจร

การควบคุมระดับเสียงทำได้อย่างไร?

ระดับเสียงสอดคล้องกับความถี่พื้นฐานของการสั่นสะเทือนของสายเสียง ซึ่งจะเพิ่มขึ้นโดยหลักผ่านการเพิ่มความยาวและความตึงของสายเสียง และยังได้รับอิทธิพลจากความดันใต้กล่องเสียงด้วย