Физиология речевого аппарата

В данном разделе мы коснемся физиологии и периферического речевого аппарата. Процессы в ЦНС, лежащие в основе речи, нарушение которых куда более тяжело отражается на коммуникации, чем поражение этих структур, здесь не рассматриваются.

Основные свойства акустических речевых сигналов

Из повседневного опыта нам известно, что голоса разных людей отличаются по «высоте». У мужчин, например, они приблизительно на октаву ниже, чем у женщин. Более того, высота звучания речи и в еще большей степени пения может сильно меняться у одного и того же человека. Если спеть «ла-ла-ла» на какой-нибудь мотив, гласный звук «а» ясно выделяется в каждом слоге, хотя высота его при пении может меняться. И, напротив, если сохранять высоту тона, но изменять гласные в последовательных слогах (на «е», «о», «и», «у»), слушатель прекрасно это заметит. Таким образом, акустические сигналы, производимые речью или пением и анализируемые слуховой системой, должны обладать по крайней мере, двумя независимыми параметрами, один из которых обеспечивает информацию о высоте звука, а другой — о фонемном составе, например, передавая характеристики звука «а». Так на самом деле и есть. Эти два параметра обеспечиваются двумя фундаментально различными механизмами. Контролирующий высоту звука называется фонацией и локализован в гортани; его физическая основа - колебания голосовых связок. Механизм, определяющий фонемную структуру, называется артикуляцией. Его физическая основа резонанс ротовой полости (в некоторых случаях и носоглоточной области). То, что два этих механизма действительно различны, хорошо заметно при шепоте. У него вообще нет высоты тона, поскольку фонация отсутствует и происходит только артикуляция.

Фонация

Функциональная анатомия гортани. Гортань расположена над трахеей. Она состоит из кольцевого перстневидного, а также щитовидного и парных черпаловидных хрящей. Щитовидный хрящ движется относительно перстневидного двумя способами - скользит вперед и отклоняется вперед и вниз. Черпаловидные хрящи помещаются на заднем верхнем краю перстневидного и могут сдвигаться или раздвигаться, скользя по нему, вращаться вокруг своей длинной оси, а также наклоняться вперед. Между щитовидным хрящом и голосовыми отростками черпаловидных хрящей расположены окутанные складками слизистой оболочки голосовые связки; щель между ними называется голосовой. Через нее во время речи и дыхания проходит воздух. У мускулатуры гортани особое функциональное значение. Перстнещитовидная мышца расположена вентрально между перстнещитовидным и щитовидным хрящами; перстнечерпаловидные мышцы состоят из двух частей с каждой стороны: латеральной, проходящей от черпаловидного хряща к боковой поверхности перстневидного, и задней, соединенной с задней поверхностью последнего; черпаловидные мышцы соединяют дорсальные поверхности тех же хрящей; голосовые (внутри голосовых связок) идут от щитовидного хряща к черпаловидным; латеральнее них лежат щиточерпаловидные мышцы.

Гортань иннервируется двумя ветвями блуждающего нерва. Верхний гортанный нерв содержит сенсорные волокна, идущие от слизистой, и двигательные волокна, обслуживающие перстнещитовидную мышцу. Нижний гортанный нерв-это концевая ветвь возвратного, включающая двигательные волокна, иннервирующие остальные мышцы гортани, и сенсорные волокна из области под голосовой щелью.

Роль гортанных мышц состоит в изменении ширины этой щели и степени натяжения голосовых связок, что необходимо для фонации. Такое действие оказывают и другие мышцы, прямо или косвенно связанные с гортанью, например грудино-подъязычная. Голосовая щель расширяется задней перстнечерпаловидной мышцей, которая растягивает черпаловидный хрящ, разворачивая его голосовые отростки в стороны, а сужается черпаловидными, латеральными перстнечерпаловидными и щиточерпаловидными мышцами. Натяжение голосовых связок регулируется также перстнещитовидной и голосовыми мышцами. Первая из них наклоняет щитовидный хрящ вперед, отодвигая его от голосовых отростков черпаловидных хрящей, вследствие чего голосовые связки натягиваются. Голосовые мышцы увеличивают их натяжение путем изменения модуля упругости системы, связанного со степенью сокращения ее мускулатуры. В процессе нормального дыхания задние перстнечерпаловидные мышцы удерживают голосовую щель широко открытой.

Механизм фонации (формирование голоса). Первая фаза речи или пения - подготовка к выдоху. В отличие, однако, от нормального дыхания голосовая щель при этом закрыта или лишь слабо приоткрыта. В результате в грудной клетке возникает более высокое, чем при обычном выдохе, предголосовое давление, всегда превышающее 400-600 Па (4-6 см вод. ст.), легко достигающее 2000 Па (20 см вод. ст.) и более. При закрытой голосовой щели голосовые связки под его действием выгибаются; в этот момент воздух проходит через нее в ротоглоточную полость. Поскольку голосовая щель - узкое место на пути выдыхаемого воздуха, скорость его потока здесь значительно выше, чем в трахее, а давление (по закону Бернулли) — намного ниже. Вследствие этого голосовая щель закрывается, и весь процесс повторяется снова. Таким образом, голосовые связки совершают колебания Бернулли. Постоянно прерываемый в их ритме воздушный поток дает слышимый звук — голос-с основной частотой («высотой»), соответствующей частоте этого прерывания.

Поскольку такое открывание - замыкание голосовой щели не может синусоидально модулировать воздушный поток, возникает не чистый тон, а смесь тонов, богатая гармониками. Число открываний и замыканий в единицу времени, т.е. основная частота звука, зависит в первую очередь от натяжения голосовых связок и только во вторую — от предголосового давления. Оба этих параметра изменяются при сокращении мышц гортани и грудной клетки. Повышение натяжения голосовых связок (или предголосового давления) увеличивает основную частоту звука. Таким образом, во время речи или пения ее можно регулировать сознательно. Именно такие действия лежат в основе приведенного выше примера с произнесением звука «а», который поется на разные лады. Анатомические различия гортаней, особенно по длине голосовых связок, сказывающейся на их колебательных свойствах, приводят к разделению голосов на бас, тенор, альт и сопрано. В каждом из этих диапазонов есть несколько регистров.

Чтобы воспроизводить и поддерживать звучание нужного «тона», певцу необходима очень тонкая координация участвующих в этом процессе мышц. К механизмам такой регуляции относятся проприоцепция мышц и слизистой гортани, а также слуховая обратная связь. Результат удивительно точен. Профессиональный певец может повторить тон с отклонением по частоте менее 1%. Особенно трудно изменять интенсивность его звучания, сохраняя прежнюю высоту. Поскольку повышение предголосового давления, требующееся для повышения силы звука, также несколько увеличивает частоту колебаний голосовых связок, это компенсируется уменьшением их натяжения путем расслабления перстнещитовидной мышцы. Такой процесс продемонстрирован электромиографически. Обратная слуховая связь чрезвычайно важна для речи. У оглохших людей она существенно нарушается, а глухие от рождения дети не научаются говорить. При шепоте голосовые связки не вибрируют. Они прилегают друг к другу, оставляя мелкое треугольное отверстие в области черпаловидных хрящей. Воздух, проходящий через него, вызывает шум, который можно использовать для артикуляции и речи.