Физиология голоса: голосовые складки как источник голоса
Современное понимание об образовании источника голоса основано на миоэластической-аэродинамической теории фонации. Согласно ей, колебание голосовых складок вызывается не активным сокращением мышечных волокон, как утверждали более ранние теории, но происходит пассивно в результате воздействия на них статических и динамических сил воздушного потока.
Изменения характера колебаний голосовых связок проявляются в зависимости от их формы и биомеханических свойств. Аэростатические характеристики голосового аппарата и биомеханические параметры голосовых связок в определенной степени могут контролироваться самим человеком, в то же время, их взаимодействие друг с другом сложно и нелинейно, поэтому невозможно сказать, что они являются независимыми. Регуляция голосообразования в первую очередь представляет собой нахождение нужного баланса между аэростатикой воздушного потока и биодинамикой голосовых складок.
На рисунке ниже схематично изображен один колебательный цикл голосовых складок, необходимый для формирования потока воздуха, проходящего через голосовые складки и формирующего источник голосового сигнала. Предполагается, что давление в трахее соответствует текущим голосовым потребностям и уже было сформировано действием дыхательной мускулатуры.
Изначально голосовые складки находятся в положении аддукции, просвет между ними отсутствует. Снизу на голосовые складки воздействует положительное давление, происходящее из трахеи. В результате нижние края голосовых складок отводятся друг от друга. Затем, по мере распространения воздушной волны, начинают разделяться вышележащие слои голосовых складок. На этом этапе верхние края голосовых складок все еще сомкнуты, поэтому поток воздуха пока не способен пройти через них. Но как только верхние края размыкаются, воздух проходит через голосовую щель.
Здесь необходимо уточнить несколько моментов. Большая часть движения голосовых складок происходит за счет смещения их покровного слоя. Тело складки, образованное щиточерпаловидной мышцей, более ригидной, чем эпителий и соединительная ткань покровного слоя, остается практически неподвижным. В то же время, и покровный слой, и тело складки, являются эластическими несжимаемыми образованиями, которые после их первоначального смещения за счет действия эластической тяги стремятся занять свое изначальное положение. Чем больше степень смещения из положения в покое, тем больше усилие для восстановления.
Положение и очертание голосовых складок во фронтальной проекции и при виде через просвет гортани во время фаз колебательного цикла.
График в центре отображает изменения давления потока воздуха.
(1) Голосовая щель полностью закрыта. (2) Расхождение нижних краев голосовых складок.
(3,4) Постепенное расхождение голосовых складок. (5) Расхождение центральных и верхних отделов голосовых складок.
(6) Голосовая щель полностью раскрыта (7-9). Смыкание нижних краев голосовых складок.
(10) Полное смыкание нижних краев голосовых складок. Верхние края частично сомкнуты.
Учитывая последовательность раскрытия голосовой щели, на этом этапе нижние края голосовых складок находятся друг от друга на большем расстоянии, чем верхние края; за счет этого, эластические силы, стремящиеся вернуть их в изначальное положение, также выше. Из-за того, что часть воздуха прошла через голосовые складки, воздушное давление несколько понижается, поэтому к началу следующего цикла, когда требуется вновь развести голосовые складки, уровень воздушного давления ниже.
С открытием голосовой щели происходит еще одно аэродинамическое явление. Эффект Бернулли проявляется падением давления жидкости, проходящей через сужение. В дыхательных путях подобным сужением является голосовая щель, при открытии которой и формируется поток. Поэтому давление потока воздуха в голосовой щели будет ниже, чем в трахее или в надскладочном пространстве.
Это подразумевает, что усилие по открытию или удержанию голосовых складок уменьшается, когда открытая голосовая щель пропускает поток воздуха. В некоторых случаях давление на уровне голосовой щели ниже атмосферного.
В момент, когда голосовая щель широко открыта, и сквозной поток максимальный, нижние края голосовых складок начинают сближаться, в то время как верхние края продолжают расширяться, еще больше открывая голосовую щель. Расширение голосовой щели нивелирует эффект Бернулли. Теперь верхние края голосовой щели оказываются в положении, в котором до этого находились нижние края; постепенно верхний отдел голосовой щели начинает смыкаться. Конечно, нижние края тоже продолжают смыкаться, усиливая эффект Бернулли, за счет чего нижние края голосовых складок еще больше «подсасываются» друг к другу.
Наконец, нижние края смыкаются, голосовая щель закрывается, движение потока воздуха прекращается. Теперь на верхние края голосовых складок не действует ни эффект Бернулли, ни положительное давление трахеи, поэтому они могут свободно сомкнуться под действием эластических сил. Голосовая щель полностью закрыта, цикл начинается заново.
В результате некоторый объем воздуха достигает голосового тракта. Физиологические характеристики голосового сигнала показаны на рисунках ниже. Обычно, у мужчин данный голосовой цикл повторяется с частотой 110 Гц (повторений в секунду), у женщин с частотой 220 Гц. Данная частота представляет собой базовую частоту голосовой волны (F0), от которой зависит воспринимаемая музыкальная характеристика голоса. Как правило, чем выше частота, тем выше голос, и наоборот. Кратко сведения о частоте колебаний голосовых связок представлены в таблице ниже.
При прочих равных, амплитуда потока воздуха, проходящего через голосовую щель, напрямую зависит от давления в трахее (в физиологии голоса оно называется подскладочным давлением). Эта амплитуда является главным, но не единственным, фактором, влияющим на интенсивность голоса и речи. Интенсивность голоса является главным показателем, определяющим его воспринимаемую громкость.
Модель голосообразования «источник-фильтр».
Легкие обеспечивают энергию воздушного потока, из которого на уровне голосовых складок образуется звук с базовой частотой и обертонами.
Затем эти частоты модифицируются в голосовом тракте.
