СПОСОБ РЕЛАКСАЦИИ ГОЛОСОВЫХ СКЛАДОК ПРИ РЕЗОНАНСНОМ РЕЧЕОБРАЗОВАНИИ Российский патент 2008 года по МПК A61B5/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицине, логопедии, фониатрии. Может быть использовано при лечении дизартрии, заикания и логоневрозов, постановке голоса, нормализации функционального состояния нервных центров, связанных с управлением речевой функции.

Уровень техники

В настоящее время известно, что спазм голосовых складок (иногда используется термин "связки") является патологическим состоянием, которое наблюдается при различных нарушениях управления речевым аппаратом со стороны моторных нервных речевых центров, которые совместно с сенсорными и ассоциативными нервными речевыми центрами составляют единый речевой круг. Как правило, повышенный тонус моторных речевых центров вызывает избыточное напряжение мышц, регулирующих тонус голосовых складок. Данные патологические состояния наблюдаются при некоторых неврологических заболеваниях, например, при спастической дизартрии; в момент речевых спазмов при заикании и логоневрозах; при фониатрической патологии - гипертонусной дисфонии. Функциональная система - речевой круг (П.К.Анохин) является системой, использующей механизм биологической обратной связи (БОС). Соответственно, восстановление эффективного речеобразования и регулирования тонуса голосовых складок и по механизму БОС вызывает нормализацию функционального состояния нервных центров, связанных с управлением речевой функции.

Е.В.Лаврова дает следующее определение голоса. Голос - это совокупность разнообразных по своим характеристикам звуков, возникающих в результате колебания эластичных голосовых складок (Лаврова Е.В. Нарушения голоса // Логопедия / под ред. Волковой Л.С. - М., Просвещение, 1989, с.197).

Обратимся к рассмотрению понятия звук голоса. Как указывает Телеляева Л.М., звук голоса - это колебание частиц воздуха, распространяющихся в виде волн сгущения и разрежения (Дмитриев Л.Б., Телеляева Л.М., Таптапова С.Л., Ермакова И.И. Фониатрия и фонопедия. - М., Медицина, 1990, с.24). Источником возникновения этих волн являются голосовые складки человека. И все бесконечное разнообразие звуков человеческого голоса является следствием изменения во времени только трех важнейших акустических параметров звука: частоты колебаний, их амплитуды и состава сложного звука, его спектра - соответственно высоты, силы и тембра звука. Именно эти три характеристики голоса выделяются в качестве основных большинством исследователей: Л.В.Нейманом, О.В.Правдиной, С.Л.Таптаповой, Е.В.Лавровой.

Е.В.Лаврова, Д.Вильсон рассматривают наряду с основными характеристиками явление резонанса. Причем Е.В.Лаврова акцентирует внимание на головном и грудном резонансе, а Д.Вильсон указывает на соотношение носового и ротового резонанса.

Основываясь на данных названных выше исследователей, подробнее остановимся на рассмотрении таких характеристик звука, как сила, высота, тембр, резонанс, поскольку они являются определяющими для качества звучания голоса.

Высота звука - это субъективное восприятие органом слуха частоты колебательных движений. Чем чаще совершаются периодические колебания воздуха, тем выше мы воспринимаем звук. Качество высоты звука зависит от частоты колебательных движений голосовых складок в 1 секунду. Сколько смыканий и размыканий осуществляют они в процессе своих колебаний и сколько порций сгущенного подскладочного воздуха пропустят, такова и будет частота рожденного звука, то есть высота тона. Частота основного тона измеряется в Герцах и может изменяться в обычной разговорной речи у мужчин в пределах от 85 до 200 Гц, у женщин - от 160 до 340 Гц. Высота тона (ее изменения) определяет выразительность речи, является важнейшим средством передачи смысловой и эмоциональной информации при речевом общении людей (Правдина О.В. Логопедия. - М., Просвещение, 1969, с.49).

Силой звука голоса называют субъективное ощущение размаха колебательных движений, его амплитуды. Чем больше амплитуда колебательных движений, тем сильнее звучит голос. Сила звука голоса, также как и его высота, задается гортанью и растет с увеличением подскладочного давления (Дмитриев Л.Б., Телеляева Л.М., Таптапова С.Л., Ермакова И.И. Фониатрия и фонопедия. - М., Медицина, 1990, с.26). Чем с большим напором прорываются сквозь голосовую щель порции воздуха, тем больше энергия, которую они несут, тем выше амплитуда колебаний частиц воздуха и, следовательно, сильнее их давление на барабанную перепонку уха. Только небольшая часть давления подскладочного пространства переходит в звук. Мышцы гортани вместе с мышцами, участвующими в выдохе, способствуют повышению подскладочного давления, то есть энергия звука, возникающего в гортани, есть результат работы дыхательных и гортанных мышц.

Р.Юссон отмечал, что "только 1/10-1/50 звуковой энергии, образовавшейся в гортани, выходит из ротового отверстия, остальная же часть вызывает вибрацию головы, шеи и груди". То есть коэффициент полезного действия голосового аппарата очень мал, и в работе над голосом необходимо учитывать механизмы, которые могут его повысить; вырабатывать такие способы постановки голоса, когда при наименьшей затрате мышечной энергии можно добиться хорошего акустического эффекта.

Тембр или окраска звука является существенной характеристикой качества голоса. Он отражает акустический состав сложных звуков и зависит от частоты и силы колебаний. В сложном звуке различают основной тон, который обуславливает высоту его звучания, и частичные звуки, или обертоны, сумма звучания которых определяет характер сложного звука. Частота обертонов обычно в 2, 3, 4 и т.д. раз больше, чем частота основного тона голоса. Возникновение обертонов связано с тем, что голосовые складки колеблются не только своей длиной, воспроизводя основной тон, но и отдельными частями. Эти частичные тоны дают общую форму колебания, которая определяет тембр; кроме того, тембр может изменяться от состояния надставной трубы. Тембр каждого речевого звука зависит от физиологического уклада, свойственного тому или иному звуку. Окраска же голоса каждого человека зависит от строения и функционирования всего голосового аппарата. Таким образом, индивидуальную окраску голосу придают обертоны, возникающие в результате колебаний отдельных частей голосовых складок. Усиление различных обертонов происходит вследствие явления резонанса, то есть можно говорить о том, что резонанс оказывает существенное влияние на тембр голоса (Лаврова Е.В. Нарушения голоса // Логопедия / под ред. Волковой Л.С. - М., Просвещение, 1989, с.62).

Резонанс - резкое возрастание амплитуды колебаний, возникающее при совпадении частоты колебаний внешней силы с частотой собственных колебаний системы. Под резонатором в акустике подразумевают какой-либо объем воздуха, заключенный в упругие стенки с выходным отверстием (Дмитриев Л.Б., Телеляева Л.М., Таптапова С.Л., Ермакова И.И. Фониатрия и фонопедия. - М., Медицина, 1990, с.30). В голосовом аппарате человека имеется множество полостей и трубок, в которых могут развиться явления резонанса: трахея и бронхи, полость гортани, глотки, рта, носоглотки, носа и околоносовых пазух. Л.Б.Дмитриев, Л.М.Телеляева отмечают, что одни из этих полостей (например, полость носа и околоносовые пазухи) не изменяются по форме и размерам, следовательно, всегда усиливают одни и те же обертоны, порождают постоянно присутствующие в голосе призвуки, они не могут быть специально приспособлены для усиления каких-либо других обертонов. Другие легко меняют свою форму и размеры (глотка, ротовая полость) и могут быть использованы для изменения исходного тембра, усиливая определенные группы тонов. Е.В.Лаврова акцентирует внимание на двух основных резонаторах: головном и грудном. Под головным понимаются полости, расположенные выше небного свода, в лицевой части головы. При использовании этого резонанса голос приобретает яркий полетный характер, возникает ощущение вибрации лицевой части головы. При грудном резонировании ясно ощущается вибрация грудной клетки. Резонаторами здесь являются трахея и крупные бронхи. Голос при грудном резонировании насыщенный, тембр "мягкий". Хороший, полноценный голос одновременно озвучивает головной и грудной резонаторы.

От ощущений резонирования звука в голове и груди получили свое название регистры голоса - головной, грудной и смешанный (микст). Головной регистр включает в себя высокие звуки. Он отличается бедностью обертонов. Типичным образцом головного регистра является фальцетный голос. Грудной регистр богат обертонами. К нему относятся низкие тоны голоса. К миксту относятся средние тоны голоса. Для смешанного регистра характерно и головное и грудное резонирование; и такой голос принято считать наиболее приемлемым в речи.

Система взаимосвязанных резонаторов (гортань, глотка, ротовая полость) не только резонирует, накапливая звуковую энергию, но и, колеблясь, создает работающим голосовым складкам определенное сопротивление сверху. Это сопротивление называется импедансом. Л.Б.Дмитриев, Л.М.Телеляева, С.П.Таптапова, Е.В.Лаврова отмечают, что оптимальные условия для функции голосового аппарата появляются при создании в надскладочных полостях определенного сопротивления порциям подскладочного воздуха, который проходит сквозь колеблющиеся голосовые складки, так как при этом голосовые мышцы совершают колебательные движения с умеренной затратой энергии, извлекая звук большой силы.

Таким образом, постановку голоса следует рассматривать как процесс нахождения правильной взаимосвязи между резонаторами, расположенными над голосовыми складками, напряжением мышц голосовых складок, величиной подскладочного давления и резонаторами, расположенными под голосовыми складками. Данный процесс осуществляется при помощи функциональной системы - речевой круг, использующей механизм биологической обратной связи и состоящей из моторных, сенсорных и ассоциативных нервных речевых центров.

Из вышесказанного следует, что максимально возможная релаксация голосовых складок в процессе речеобразования происходит только при резонансном речеобразовании, когда голосовые мышцы совершают колебательные движения с минимальной затратой энергии.

Определение частоты резонаторов по измерению анатомических размеров данных резонаторов проводились Л.Б.Дмитриевым в 1955-1962 гг. Показано, что длина верхних резонаторов (над голосовыми складками) тем больше, чем ниже тип голоса. Измерение длины резонаторов по рентгеновским снимкам дали следующие цифры: у сопрано - 15,3-18,5 см; у теноров - 19,0-22,0 см; у басов - 22,3-25,0 см.

В настоящее время известны аналоги - способы резонансного пения и речеобразования, которые определяют степень вовлечения резонаторов по субъективным признакам, основанным на субъективных ощущениях вибрации грудной клетки, ощущении голоса в голове и т.п.

Например, в своей книге Кристин Линклэйтер (Освобождение голоса. М.: Издательство ГИТИС, 1993) пишет: "Ощущая головное резонирование, певец ориентируется в работе голосовых складок. В результате головного резонирования голос обретает "полетность", собранность, "металл". Грудное резонирование сообщает звуку полноту и объемность звучания." Недостатком данного метода является невозможность объективного контроля степени напряжения голосовых складок и степени вовлечения резонаторов.

Другой аналог способа описан в монографии Морозова В.П. "Искусство резонансного пения. Основы резонансной теории и техники". М., Изд. МГК, ИП РАН, 2002. Описаны опыты, в которых степень вибрации грудного резонатора определялась на поверхности грудной клетки при помощи пьезодатчиков. Показано, что при резонансном голосообразовании увеличивается степень вибрации грудной клетки, увеличивается интенсивность звука при снижении или не увеличении напряжения тонуса мышц голосовых складок. Данное известное техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкий по достигаемому результату аналог.

К недостаткам прототипа следует отнести невозможность точного определения резонансной высоты основного тона на основе объективных данных измерения размеров анатомических резонаторов и состояния гарантированной релаксации голосовых складок в процессе речеобразования. Предлагаемое изобретение направлено на сохранение всех положительных свойств прототипа и достижение положительного результата, который выражается в устойчивой фактической перестройке у тренирующегося высоты и тембра голоса, который психологически воспринимается как ненапряженный голос, богатый обертонами. В конечном итоге указанный положительный результат позволяет максимально эффективно использовать речеобразующую функциональную систему при минимальном напряжении голосовых складок за счет резонансного речеобразования.

Сущность изобретения

Указанный положительный результат обеспечивается последовательным проведением измерения длины позвоночника одним из известных способов. Потом определяют резонансную частоту основного тона по длине позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора, компьютерный анализ речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, проводят путем его спектрального анализа с определением частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона, затем проводят практическое занятие с использованием компьютерного спектрального анализа текущего речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, путем мониторирования в режиме реального времени частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона, при этом пациент посредством перестройки высоты и спектра своего голоса выполняет задание по удержанию реальной частоты основного тона на резонансной частоте и по уменьшению значений спектральной плотности мощности основного тона ниже значений первого обертона, что является индикатором степени резонансного речеобразования и обеспечивает гарантированную релаксацию голосовых складок.

Резонансную частоту основного тона определяют по формуле λ=V/(K·L), где λ - частота основного тона (Гц), V - скорость звука в окружающей среде - воздухе (м/сек), L - длина позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора (м), К - коэффициент типа голоса, который выбирают из отношения чисел ряда Фибоначчи F_(n)=0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34... В частности:

К=21/3 - для очень низкого мужского голоса (бас профундо)

К=5/1 - для низкого мужского голоса (бас)

К = пределу Р_(n+3)/Р_(n) = число Фидия в кубе ˜4.236 (драматический баритон)

К=8/2 - для стандартного мужского голоса (баритон)

К=3/1- для низкого женского голоса (тенор, контральто)

К = пределу Р_(n+2)/Р_(n) = число Фидия в квадрате ˜2.618 (драматическое меццо-сопрано)

К=5/2 - для стандартного женского голоса (меццо-сопрано)

К=2/1 - для высокого женского голоса (сопрано)

К = пределу Р_(n+1)/Р_(n) = число Фидия ˜1.618 (лирическое сопрано)

К=3/2 - для очень высокого женского голоса (колоратурное сопрано)

К=1/1 - для ребенка

Коэффициент типа голоса для любого анатомического резонатора выбирают из отношения чисел ряда Фибоначчи F_(n)=0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34... Данный выбор обусловлен известным свойством ряда Фибоначчи, отражающим математические принципы построения анатомических и функциональных систем организма, а также известным отношением между членами данного ряда, стремящимся к "золотому сечению", обнаруживаемому в пропорциях построения человеческого организма. Коэффициенты типа голоса являются отношением целочисленных значений, соответствующих общим обертонам резонатора и основного тона при линейном резонансе, числа Фидия в различных степенях являются коэффициентами объемных резонаторов.

Мониторирование в режиме реального времени частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона осуществляют посредством компьютера.

На чертеже представлен график спектральной плотности мощности произносимой речи при практическом занятии.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Имеются известные методы определения длины позвоночника. Например, при помощи "Измерителя профиля позвоночника (Курвиметра)", созданного в лаборатории биомеханики Института ортопедии и травматологии, г.Киев. После измерения длины позвоночника рассчитывают резонансную частоту основного тона по формуле λ=V/(K·L), где λ - частота основного тона (Гц), V - скорость звука в окружающей среде - воздухе (м/сек), L - длина позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора (м), К - коэффициент типа голоса, который выбирают из отношения чисел ряда Фибоначчи F_(n)=0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34... В частности:

К=21/3 - для очень низкого мужского голоса (бас профундо)

К=5/1 - для низкого мужского голоса (бас)

К = пределу Р_(n+3)/Р_(n) = число Фидия в кубе ˜4.236 (драматический баритон)

К=8/2 - для стандартного мужского голоса (баритон)

К=3/1- для низкого женского голоса (тенор, контральто)

К = пределу Р_(n+2)/Р_(n) = число Фидия в квадрате ˜2.618 (драматическое меццо-сопрано)

К=5/2 - для стандартного женского голоса (меццо-сопрано)

К=2/1 - для высокого женского голоса (сопрано)

К = пределу Р_(n+1)/Р_(n) = число Фидия ˜1.618 (лирическое сопрано)

К=3/2 - для очень высокого женского голоса (колоратурное сопрано)

К=1/1 - для ребенка

Компьютерный спектральный анализ осуществляют с использованием специального программно-аппаратного комплекса, который позволяет в режиме реального времени обрабатывать речевой сигнал, получаемый посредством микрофона, и определять граничные значения основного тона и первого обертона, а также их спектральные плотности мощности. На чертеже представлен график спектральной плотности мощности речевого сигнала, обработанного при помощи быстрого преобразования Фурье. Спектральная плотность мощности в данном случае является величиной, характеризующей среднюю мощность речевого сигнала в определенном диапазоне частот.

Преимущественная частота в спектре речи, определяющая высоту голоса, признается основным тоном (заштрихованная область на графике) и зависит от частоты колебаний голосовых складок. При резонансном образовании основной тон становится меньше, чем первый обертон, имеющий частоту в два раза выше основного тона, что является индикатором степени резонансного речеобразования и обеспечивает гарантированную релаксацию голосовых складок..

В современной медицине получили распространение методы вмешательства в процесс управления отдельными функциями организма, которые получили название методов регуляции биологической обратной связи. Они особенно эффективны при многих видах функциональных и органических расстройств и основаны на создании и использовании дополнительных циклов, управляющих функциональными системами, в данном случае высотой и тембром голоса за счет визуализации спектра речи.

Визуализация резонансной частоты в виде линии на оси частот показывает, насколько реальная высота голоса отличается от резонансной.

Лечебный эффект при проведении практического занятия достигается, когда пациенту посредством перестройки высоты и спектра своего голоса удается удержать реальную частоту основного тона на резонансной частоте и уменьшить значение спектральной плотности мощности основного тона ниже значения первого обертона, что является индикатором степени резонансного речеобразования и обеспечивает гарантированную релаксацию голосовых складок.

Таким образом, все отличительные от прототипа признаки, как общие, так и частные, обеспечивают достижение положительного результата.

Изобретение относится к медицине, логопедии, фониатрии и может быть использовано при лечении дизартрии, заикания и логоневрозов, постановки голоса. Определяют резонансную частоту основного тона по длине позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора. Проводят компьютерный анализ речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, путем его спектрального анализа с определением частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона. Затем проводят практическое занятие с использованием компьютерного спектрального анализа текущего речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, путем мониторирования в режиме реального времени частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона. При этом пациент посредством перестройки высоты и спектра своего голоса выполняет задание по удержанию реальной частоты основного тона на резонансной частоте и по уменьшению значений спектральной плотности мощности основного тона ниже значений первого обертона. Резонансную частоту основного тона определяют по формуле λ=V/(K·L), где λ - частота основного тона (Гц), V - скорость звука в окружающей среде - воздухе (м/сек), L - длина позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора (м), К - коэффициент типа голоса, а именно: К=21/3 - для очень низкого мужского голоса (бас профундо); К=5/1 - для низкого мужского голоса (бас); К = пределу Р_(n+3)/Р_(n) = число Фидия в кубе ˜4.236 (драматический баритон); К=8/2 - для стандартного мужского голоса (баритон); К=3/1 - для низкого женского голоса (тенор, контральто); К = пределу Р_(n+2)/Р_(n) = число Фидия в квадрате ˜2.618 (драматическое меццо-сопрано); К=5/2 - для стандартного женского голоса (меццо-сопрано); К=2/1 - для высокого женского голоса (сопрано); К = пределу P_(n+1)/P_(n) = число Фидия ˜1.618 (лирическое сопрано); К=3/2 - для очень высокого женского голоса (колоратурное сопрано); К=1/1 - для ребенка. Способ позволяет максимально эффективно использовать речеобразующую функциональную систему при минимальном напряжении голосовых складок за счет резонансного речеобразования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ релаксации голосовых складок при резонансном речеобразовании, включающий определение резонансной частоты основного тона по размеру одного из анатомических резонаторов, компьютерный анализ речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, и практическое занятие, отличающийся тем, что определяют резонансную частоту основного тона по длине позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора, компьютерный анализ речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, проводят путем его спектрального анализа с определением частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона, затем проводят практическое занятие с использованием компьютерного спектрального анализа текущего речевого сигнала, получаемого посредством микрофона от пациента, путем мониторирования в режиме реального времени частоты, спектральной плотности мощности основного тона и первого обертона, при этом пациент посредством перестройки высоты и спектра своего голоса выполняет задание по удержанию реальной частоты основного тона на резонансной частоте и по уменьшению значений спектральной плотности мощности основного тона ниже значений первого обертона.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что резонансную частоту основного тона определяют по формуле λ=V/(K·L), где λ - частота основного тона (Гц), V - скорость звука в окружающей среде - воздухе (м/с), L - длина позвоночника, выступающего в качестве анатомического резонатора (м), К - коэффициент типа голоса, а именно:

К=21/3 - для очень низкого мужского голоса (бас профундо);

К=5/1 - для низкого мужского голоса (бас);

К = пределу Р_(n+3)/Р_(n) = число Фидия в кубе ˜4,236 (драматический баритон);

К=8/2 - для стандартного мужского голоса (баритон);

К=3/1 - для низкого женского голоса (тенор, контральто);

К = пределу Р_(n+2)/Р_(n) = число Фидия в квадрате ˜2,618 (драматическое меццо-сопрано);

К=5/2 - для стандартного женского голоса (меццо-сопрано);

К=2/1 - для высокого женского голоса (сопрано);

К = пределу P_(n+1)/P_(n) = число Фидия ˜1,618 (лирическое сопрано);

К=3/2 - для очень высокого женского голоса (колоратурное сопрано);

К=1/1 - для ребенка.