Устройство гортани

Гортань - сложное устройство, находящееся между трахеей и глоткой и состоящее из хрящей, мышц и соединительной ткани. Сверху гортань может быть прикрита надгортанником (эпиглоттисом). Основание гортани представляет собой перстневидный хрящ; он расположен на верхнем кольце трахеи и имеет форму перстня с утолщением (печаткой) в задней части. Над перстневидным хрящом находится щитовидный хрящ, состоящий из двух четырехугольных пластинок, соединяющихся под углом в передней части ("адамово яблоко" или кадык). На верхней части печатки перстневидного хряща имеются два черпаловидных (пирамидальных) хряща, которые могут двигаться вперед-назад, вправо-влево и вокруг своей оси. Черпаловидные хрящи имеют по два отростка - мышечному и голосовому.

В гортани находятся две пары лежащих друг над другом складок, протянутые спереди назад. Верхняя пара называется ложными голосовыми связками, а нижняя - истинными. Истинные голосовые связки представляют собой два занавеса из связочно-волокнисто-слизистой ткани, передний конец каждого из которых прикреплен к внутреннему углу щитовидновидного хряща, а задний - к голосовому отростку одного из черпаловидных хрящей. Боковые (нижние) края связок крепятся к ободу перстневидного хряща и только центральные (верхние) их края ни к чему не прикреплены. Пространство между центральными краями голосовых связок (и частично между черпаловидными хрящами) называется голосовой щелью (голосовым проходом, глоттисом). Голосовая щель подразделяется на межсвязочную и межхрящевую. За счет действия голосовых мускулов голосовые связки могут удлиняться или укорачиваться, кроме того возможны разные степени их натяжения (напряжения).

Щитовидный хрящ (а следовательно, и вся гортань) соединен с подъязычной костью, которая, в свою очередь, соединяется с нижними отростками височных костей. Таким образом, гортань находится как бы в "подвешенном" состоянии.

Механизм работы гортани

За счет движения черпаловидных хрящей по горизонтальной оси может меняться конфигурация голосового прохода: а) если голосовые отростки черпаловидных хрящей сведены, но не сомкнуты, то сведены и центральные края связок (это положение называется "речевой позой", нейтральное состояние, которое гортань принимает перед началом речи); б) если голосовые отростки черпаловидных хрящей сомкнуты, то сомкнуты и края связок, в) если разведены, то разведены и связки; кроме крайних степеней смыкания/разведения возможны и промежуточные, возможно тажкже положение, когда голосовые отростки сомкнуты, а мышечные разведены - связки сведены, но открыт "шепотный треугольник" (Рис. 14).

Степень напряженности связок может меняться а) за счет сокращения голосовых мышц внутри связок, б) за счет сближения щитовидного и перстневидного хрящей. Гортань может смещаться вверх/вниз, а также сжиматься и разжиматься.

Механизм образования голоса

При физиологическом дыхании голосовые связки разведены. Перед началом говорения они сближаются - это их нейтральное речевое положение. Когда через голосовую щель продувается воздух, он создает в ней отрицательное давление, что вызывает всасывающий эффект (эффект Бернулли) и ведет к смыканию связок, запиранию воздуха и быстрому увеличению подсвязочного давления, что, в свою очередь, приводит к размыканию связок, за которым опять следует смыкание и т.п. (Рис. 4.41, 4.42). Эта модуляция воздушного потока и есть голос, который является, таким образом, автоколебательным процессом (отдельной команды из мозга на каждый импульс не подается), но наличие/отсутствие колебаний зависит от трех параметров, которые человек может контролировать: 1) скорость потока воздуха через глоттис (чем она выше, тем сильнее всасывающий эффект), которая зависит от перепада давлений над/под связками; 2) ширина голосовой щели (колебания можно прекратить путем смыкания связок или их разведения из положения речевой позы, правда, колебания возможны и при существенном разведении связок в зависимости от 3) напряженности краев голосовых связок (чем они мягче, тем легче вызвать их колебания). Колебания голосовых связок являются (квази)периодическими (каждый импульс почти полностью повторяет предшествующий), их число может доходить до 500 в секунду.

Любой звук может быть как глухим (связки разведены, голосовая щель открыта), так и звонким (связки сближены и ритмично вибрируют при прохождении воздуха через голосовую щель, размер которой варьирует). Сонорные согласные тоже могут быть глухими - в русском и в английском языках они являются позиционными вариантами соответствующих звонких (мха, пар, пыль, play, tray), а в бирманском есть глухие носовые фонемы, в валлийском - глухой [l].

Разные конфигурации глоттиса дают разные модуляции потока воздуха (фонации): нейтральное положение дает нейтральный голос, незначительное разведение черпаловидных хрящей по сравнению с нейтральным и ослабление напряженности связок - "мягкий" (или расслабленный, lax); при дальнейшем разведении ширина глоттиса превышает предел, при котором действует эффект Бернулли, и колеблются только передние (дальние от хрящей) части связок, причем продувание воздуха через задние их части придает голосу шумовую составляющую - это "придыхательный" (breathy) голос, еще дальше - глухое придыхание ([h]). Наоборот, напряжение связок дает "жесткий" (или напряженный, tense) голос, а сближение черпаловидных хрящей - "скрипучий" (creaky), при этом тоже колеблются только передние части связок, но при очень значительном дыхательном усилии.

Фонационные различия могут распространяться на сегменты, слоги, слова, синтагмы. Для согласных функциональную значимость имеет распределение конфигураций глоттиса во времени относительно их артикуляции: 1) если колебания голосовых связок начинаются одновременно или чуть раньше артикуляции согласного, образуются (полно)звонкие согласные (например, русские [б,д,г,з,ж,в]; 2) если приблизительно в середине или ближе к концу артикуляции ‑ полузвонкие (например, английские и немецкие [b,d,g,v]); 3) если одновременно с концом артикуляции или через незначителное время (не более 30 ms.) после него - глухие (например, русские [п,т,к]); 4) если связки начинают колебаться через значительных промежуток времени (30-100 ms.) после окончания консонантной артикуляции - придыхательные (например, английские и немецкие [p^h, t^h, k^h] перед ударным гласным). Интервал между окончанием консонантной артикуляции и моментом начала колебания голосовых связок называется VOT (voice onset time).

Частота колебаний голосовых связок или частота основного тона голоса (ЧОТ), слуховым коррелятом которой является высота голоса, зависит от 1) напряженности связок, которая регулируется сокращением мышечной части связок (увеличение напряженности повышает ЧОТ) или подъемом перстневидного хряща - поэтому передние гласные более высокие; 2) перепада давлений по обе стороны глоттиса - повышение подсвязочного давления приводит к повышению ЧОТ (более громкие звуки являются и более высокими).

Вертикальное смещение гортани вверх используется для производства эйективных (абруптивных) согласных, а вниз - звонких имплозивных. Кроме того, опускание гортани может предотвращать оглушение звонких смычных большой продолжительности путем уменьшения надсвязочного давления (если произносить долгие звонкие взрывные, то инициация вскоре обрывается: надсвязочное и подсвязочное давление выравниваются, воздушный поток и голос прекращаются; их можно продлить, опустив гортань или раздувая щеки).

Другие типы голосовой щели: шепот, гортанная смычка (glottal stop). При шепоте голосовые связки ближе друг к другу, чем при дыхании и при произношении глухих, но дальше, чем при произношении звонких звуков; впрочем, иногда межсвязочная щель может быть полностью закрыта, в этом случае турбулентный шум возникает при прохождении воздушной струи через межхрящевую щель (шепотной треугольник). Фонация предполагает наличие потока воздуха через гортань, поэтому гортанная смычка (полностью закрытая голосовая щель) - не фонационный, а артикуляционный (?) или инициационный (в случае эйективных и звонких имплозивных согласных) тип.