กลไกการสร้างเสียงและการออกเสียง

การออกเสียงคือกระบวนการที่กล่องเสียงเปลี่ยนกระแสลมหายใจออกที่สม่ำเสมอให้เป็นเสียง เมื่อสายเสียงถูกนำมาชิดกันและมีลมผ่าน สายเสียงจะเกิดการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องด้วยตัวเอง ทำให้กระแสลมถูกแบ่งออกเป็นชุดของพัลส์ ซึ่งจากนั้นช่องเสียงจะปรับแต่งให้เป็นคำพูดและบทเพลง

Definition

การออกเสียงคือการสร้างเสียงก้องผ่านการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องด้วยตัวเองของสายเสียง ซึ่งขับเคลื่อนโดยการไหลของลมหายใจออก ทำให้เกิดแหล่งกำเนิดเสียงอะคูสติกที่เป็นคาบ ซึ่งช่องเสียงจะกรองในภายหลัง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกทางอากาศพลศาสตร์และเนื้อเยื่อของการออกเสียง: แรงดันใต้กล่องเสียงและการไหลของอากาศมีปฏิสัมพันธ์กับสายเสียงที่ยืดหยุ่นอย่างไรเพื่อเริ่มต้นและรักษากระบวนการสั่นสะเทือน, การควบคุมระดับเสียงสูงต่ำและความดัง, และบทบาทสำคัญของคลื่นเยื่อบุผิว เป็นการอ้างอิงถึงสรีรวิทยาของเสียงปกติ ไม่ใช่คู่มือสำหรับการบำบัดเสียงหรือการจัดการความผิดปกติของเสียง

Core questions

• แรงใดที่เริ่มต้นและรักษากระบวนการสั่นสะเทือนของสายเสียง?
• เหตุใดการออกเสียงจึงเป็นการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องด้วยตัวเอง แทนที่จะถูกกระตุ้นด้วยระบบประสาททีละรอบ?
• ระดับเสียงสูงต่ำ (ความถี่พื้นฐาน) และความดังถูกควบคุมอย่างไร?
• แรงดันเกณฑ์การออกเสียงคืออะไร?

Key concepts

• แรงดันใต้กล่องเสียง (แรงขับเคลื่อน)
• แรงดันเกณฑ์การออกเสียง
• คลื่นเยื่อบุผิว
• ความถี่พื้นฐานและการควบคุมระดับเสียงสูงต่ำ
• ความเข้มของเสียงและความดัง
• การจัดกรอบแหล่งกำเนิด-ตัวกรองของเสียงก้อง

Key theories

ทฤษฎีกล้ามเนื้อ-ยืดหยุ่น-อากาศพลศาสตร์

การสั่นสะเทือนของสายเสียงเกิดจากการทำงานร่วมกันของแรงกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อที่ยืดหยุ่นกับแรงทางอากาศพลศาสตร์: แรงดันใต้กล่องเสียงผลักสายเสียงที่ประกบกันให้แยกออกจากกัน การหดตัวของสายเสียงและปรากฏการณ์แบร์นูลลีดึงสายเสียงกลับมาชิดกัน และวงจรนี้จะซ้ำ ทำให้การสั่นสะเทือนเป็นการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องด้วยตัวเอง แทนที่จะถูกขับเคลื่อนทีละรอบด้วยแรงกระตุ้นจากเส้นประสาท

Mechanisms

การออกเสียงเริ่มต้นเมื่อกล้ามเนื้อกล่องเสียงภายในนำสายเสียงมาประกบกันข้ามช่องสายเสียง ลมหายใจออกจะเพิ่มแรงดันใต้สายเสียงที่ปิดอยู่จนกระทั่งเกินแรงดันเกณฑ์การออกเสียงและพัดสายเสียงให้แยกออกจากกันจากด้านล่างขึ้นด้านบน; ขณะที่อากาศไหลผ่าน แรงดันภายในช่องสายเสียงที่ลดลง (ปรากฏการณ์แบร์นูลลี) ร่วมกับการหดตัวของสายเสียงจะดึงสายเสียงกลับมาชิดกัน และวงจรนี้จะซ้ำหลายครั้งต่อวินาที เนื่องจากพลังงานในการรักษากระบวนการสั่นสะเทือนถูกดึงมาจากกระแสลมที่ทำปฏิกิริยากับเนื้อเยื่ออย่างต่อเนื่อง กระบวนการนี้จึงเป็นการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องด้วยตัวเอง — ซึ่งเป็นแก่นของทฤษฎีกล้ามเนื้อ-ยืดหยุ่น-อากาศพลศาสตร์ (myoelastic-aerodynamic theory) (van den Berg, 1958; Titze, 1994) โครงสร้างที่เป็นชั้นของสายเสียงทำให้ส่วนหุ้มเคลื่อนที่ในลักษณะคลื่นเยื่อบุผิวเหนือส่วนเนื้อ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการถ่ายโอนพลังงาน (Hirano, 1974; Titze, 1976) ระดับเสียงสูงต่ำจะเพิ่มขึ้นโดยหลักจากการเพิ่มความตึงและความยาวของสายเสียง (การทำงานของกล้ามเนื้อ cricothyroid) และความดังจะเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มแรงดันใต้กล่องเสียงและความแข็งแรงของการปิดของสายเสียง

Clinical relevance

กลไกของการออกเสียงอธิบายว่าเหตุใดการเปลี่ยนแปลงมวล ความแข็ง หรือการปิดของสายเสียงจึงส่งผลต่อคุณภาพเสียง และเป็นพื้นฐานของเหตุผลในการประเมินและฟื้นฟูเสียง บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาของเสียงปกติเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือรักษาความผิดปกติของเสียงใดๆ

History

วิทยาศาสตร์เสียงสมัยใหม่มีมาตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 เมื่อ van den Berg ได้อธิบายทฤษฎีกล้ามเนื้อ-ยืดหยุ่น-อากาศพลศาสตร์ ซึ่งเข้ามาแทนที่แนวคิด neurochronaxic ก่อนหน้านี้ที่เชื่อว่าแต่ละรอบการสั่นสะเทือนถูกกระตุ้นด้วยเส้นประสาท ต่อมางานวิจัยทางชีวกลศาสตร์และการสร้างแบบจำลองโดย Titze และคนอื่นๆ ได้ระบุปริมาณเงื่อนไขสำหรับการสั่นสะเทือนและบทบาทของสายเสียงที่เป็นชั้น (van den Berg, 1958; Titze, 1976, 1994)

Key figures

• Janwillem van den Berg
• Ingo Titze
• Minoru Hirano

Seminal works

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

Frequently asked questions

การสั่นสะเทือนแต่ละครั้งของสายเสียงจำเป็นต้องมีแรงกระตุ้นจากเส้นประสาทแยกต่างหากหรือไม่?

ไม่ เมื่อสายเสียงอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมและมีอากาศไหลผ่าน การสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยตัวเองโดยแรงทางอากาศพลศาสตร์และแรงยืดหยุ่น ระบบประสาทจะกำหนดเงื่อนไข (ความตึง การปิด การไหลของอากาศ) แทนที่จะกระตุ้นทุกรอบ

อะไรควบคุมระดับเสียงสูงต่ำของเสียง?

ระดับเสียงสูงต่ำขึ้นอยู่กับความตึงและความยาวของสายเสียงเป็นหลัก ซึ่งส่วนใหญ่เพิ่มขึ้นโดยกล้ามเนื้อ cricothyroid ร่วมกับแรงดันใต้กล่องเสียง สายเสียงที่แข็งขึ้น ยาวขึ้น และตึงขึ้นจะสั่นสะเทือนเร็วขึ้นและมีเสียงสูงขึ้น