聲學/人類聲帶
人類聲帶是一組位於喉內部的唇狀組織，是人類和許多動物發聲的來源。
喉位於氣管頂部。它主要由軟骨和肌肉組成，最大的軟骨，甲狀軟骨，被稱為“喉結”。
該器官有兩個主要功能：充當氣道的最後一道屏障，並充當發聲的聲源。本頁重點介紹後一項功能。
生理學連結
儘管聲帶發聲背後的科學很複雜，但可以把它想象成類似於銅管樂器演奏者的嘴唇，或者用草製成的哨子。基本上，聲帶（或嘴唇或一對草）對氣流形成一個收縮，當空氣被迫透過狹窄的開口時，聲帶就會振動。這會導致氣壓發生週期性變化，被感知為聲音。
當氣流被引入聲帶時，它會迫使最初幾乎閉合的兩個聲帶開啟。由於聲帶的剛性，它們會試圖再次閉合開口。然後氣流會試圖再次迫使聲帶開啟，等等... 這就產生了聲帶的振動，進而，正如我在上面所說，產生聲音。然而，這是一個阻尼振動，這意味著它最終將達到一個平衡位置並停止振動。那麼我們如何“持續”聲音呢？
正如稍後將展示的那樣，答案似乎在於聲帶形狀的變化。在振動的開啟和閉合階段，聲帶具有不同的形狀。這會影響開口處的壓力，併產生額外的壓力，以推動聲帶開啟並維持振動。這部分將在“模型”部分中更詳細地解釋。
這種流致振動，與許多流體力學問題一樣，不是一個容易建模的問題。人們已經進行了許多嘗試來模擬聲帶的振動，從單一質量-彈簧-阻尼器系統到有限元模型。在本頁中，我想使用我的單質量模型來解釋聲帶振動背後的基本物理原理。
關於聲帶模型的資訊：美國國家語音和言語中心
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模擬聲帶運動最簡單的方法是使用上面所示的單一質量-彈簧-阻尼器系統。該質量代表一個聲帶，第二個聲帶假定關於對稱軸是對稱的。位置 3 代表出口（質量末端）的正下方位置，位置 2 代表聲門（兩個聲帶之間的區域）。
推動聲帶振動的主要驅動力是聲門內的壓力。流體力學中的伯努利方程指出
-----EQN 1
忽略勢差並將 EQN 1 應用於圖 1 的位置 2 和 3，
-----EQN 2
請注意，位置 3 處的壓力和速度不會發生變化。這使得 EQN 2 的右側為常數。觀察 EQN 2 表明，為了在 2 處獲得振盪壓力，我們必須在 2 處獲得振盪速度。聲門內的流動速度可以透過孔口流的理論進行研究。
聲帶處氣流的收縮非常類似於一個孔口流，但有一個主要區別：對於聲帶，孔口形狀是不斷變化的。聲帶的孔口形狀可以開啟或關閉，以及改變開口形狀。在圖 1 中，形狀是收斂的，但在振動的另一個階段，它會呈現發散的形狀。
孔口流由 Blevins 描述為
-----EQN 3
其中常數 C 是孔口係數，受孔口形狀和開口大小的控制。該數字是透過實驗確定的，它在振動的不同階段會發生變化。
解方程 2 和 3，可以確定整個聲門區域的壓力力。
正如聲帶影片所示，聲帶在振動過程中可以完全閉合。當這種情況發生時，伯努利方程失效。相反，碰撞力成為主導力量。對於本分析，應用了赫茲碰撞模型。
-----EQN 4
where
這裡，δ 代表聲帶穿透對稱線時的穿透距離。
將壓力和碰撞力代入運動方程，模擬得到結果。
圖 2 顯示，透過聲帶的恆定氣流產生了振盪的容積流量。在模擬振盪時，發現碰撞力限制了振盪幅度，而不是驅動振盪。這意味著壓力才是導致持續振盪的原因。
該模型表明，聲門開口的變化會導致聲帶的容積流量發生振盪。這反過來會導致聲帶後方的壓力發生振盪。這種聲音產生方式不尋常，因為在大多數其他聲音產生方式中，空氣是由揚聲器錐體等固體週期性壓縮的。
經過聲帶後，產生的聲音進入聲道。它指的是口腔和鼻腔。這些腔體充當聲學濾波器，改變聲音的特徵。這些特徵定義了每個人發出的獨特聲音。
- 聲學基礎；Kinsler 等人，John Wiley & Sons，2000
- 聲學：物理原理和應用簡介；Pierce，Allan D.，美國聲學學會，1989。
- Blevins，R.D.（1984）。應用流體力學手冊。範·諾斯特蘭德·萊因霍爾德公司。81-82。
- Titze，I. R.（1994）。發聲原理。普倫蒂斯·霍爾，新澤西州恩格伍德懸崖。
- Lucero，J. C. 和 Koenig，L. L.（2005）。利用動態控制下聲帶的雙質量模型模擬男性和女性口腔氣流的時間模式，《美國聲學學會雜誌》117，1362-1372。
- Titze，I.R.（1988）。聲帶小幅度振盪的物理學。《美國聲學學會雜誌》83，1536–1552