噪聲干擾下健康成人發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)分析

傅德慧 黃永望

近年來，隨著檢測(cè)技術(shù)和測(cè)量方法精確性及實(shí)用性的改善，發(fā)聲時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)變化逐漸成為嗓音醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。正常成人舒適發(fā)聲及響亮發(fā)聲時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)改變及性別差異的研究鮮見報(bào)道。因此，本研究對(duì)健康成年受試者在無噪聲及有噪聲干擾下的發(fā)聲狀態(tài)進(jìn)行了空氣動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 隨機(jī)選取37例健康成年受試者，男18例，年齡19 ～47 歲，平均31±8.9 歲；女19例，年齡22～48歲，平均33±11歲。所有受試者喉部正常，無煙酒嗜好，無咽喉、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等影響呼吸功能的疾病及病史，聽力及嗓音正常，未經(jīng)過專業(yè)發(fā)聲或歌唱訓(xùn)練。

1.2 研究方法 采用美國(guó)KAYPENTAX（凱益—賓得）公司的言語(yǔ)發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)6600（Phonatory aerodynamic system 6600，PAS 6600），對(duì)受試者在無噪聲及有噪聲環(huán)境下進(jìn)行發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，采集聲強(qiáng)、音頻（pitch）、平均氣流率（mean airflow rate，MFR）、聲門下壓（subglottic pressure，SGP）、空氣動(dòng)力功率（aerodynamic power，ADP）、聲門阻力（glottal resistance，GR）、發(fā)聲效率（vocal efficiency，VEF）等7項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果。

應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化率，即噪聲干擾后與噪聲干擾前各指標(biāo)自身變化的百分比，比較男、女空氣動(dòng)力學(xué)變化程度的性別差異，以聲強(qiáng)變化率為例，公式如下：

數(shù)據(jù)采集前先進(jìn)行系統(tǒng)校對(duì)，對(duì)患者進(jìn)行簡(jiǎn)單訓(xùn)練，使其能夠自然的按照指令發(fā)聲，配合檢查。

1.2.1 無噪聲干擾舒適發(fā)聲（comfortable speech，CS）時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)檢測(cè) 受試者在環(huán)境噪聲＜25 dB（A）的檢查室內(nèi)，取自然、舒適的坐位，于檢測(cè)儀上連接口內(nèi)管，受試者戴嚴(yán)面罩，口內(nèi)管置于舌上方中央，保證橡膠管末端與門齒距離約1cm，避免牙齒及舌堵住口內(nèi)管。然后在自然舒適的發(fā)聲狀態(tài)下，以1.5～2個(gè)音節(jié)／秒的語(yǔ)速連續(xù)發(fā)5～7個(gè)／pa／音節(jié)，同時(shí)記錄聲音、氣流、氣壓信號(hào)。

1.2.2 噪聲干擾下響亮發(fā)聲（loud speech，LS）時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)檢測(cè) 采用FONIX 公司生產(chǎn)的FA－18數(shù)字聽力計(jì)（FA－18Digital Audiometer）產(chǎn)生頻率為1 kHz、響度為70 dB SPL 的言語(yǔ)噪聲（speech noise），為受試者提供發(fā)聲過程中的噪聲干擾。受試者佩戴耳機(jī)，耳機(jī)內(nèi)播放言語(yǔ)噪聲，讓受試者在舒適狀態(tài)下，在能夠聽清自己聲音并感覺所發(fā)聲強(qiáng)度與無噪聲干擾舒適發(fā)聲時(shí)的發(fā)聲強(qiáng)度“相同”的情況下，以1.5～2個(gè)音節(jié)／秒的語(yǔ)速連續(xù)發(fā)5～7個(gè)／pa／音節(jié)。同法記錄聲音、氣流、氣壓信號(hào)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 通過SPSS Statistics 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)、非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 兩種狀態(tài)發(fā)聲時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的性別差異 無噪聲干擾下舒適發(fā)聲時(shí)，女性發(fā)聲音頻、聲門阻力明顯高于男性，平均氣流率、空氣動(dòng)力功率則明顯低于男性，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；男、女之間聲強(qiáng)、聲門下壓、發(fā)聲效率之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。

70dB SPL 噪聲干擾下響亮發(fā)聲時(shí)，女性發(fā)聲平均氣流率、空氣動(dòng)力功率均小于男性，聲門阻力明顯高于男性，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1）。

兩種發(fā)聲狀態(tài)下，除音頻變化率性別差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）外，其他空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表2）。

表1 男、女受試者兩種發(fā)聲狀態(tài)下發(fā)聲時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果（±s）

表1 男、女受試者兩種發(fā)聲狀態(tài)下發(fā)聲時(shí)空氣動(dòng)力學(xué)各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果（±s）

注：＊相同發(fā)聲狀態(tài)同一指標(biāo)與男性比較，P＜0.05；＃與噪聲干擾下（LS）同性別同一指標(biāo)比較，P＜0.05

性別 例數(shù)發(fā)聲狀態(tài)聲強(qiáng)（dB SPL）音頻（Hz）平均氣流率（L／s）聲門下壓（cmH2O）空氣動(dòng)力功率（W）聲門阻力［cmH2O／（L／s）］發(fā)聲效率（×10－6）女 19CS 85.00±6.53＃ 232.19±24.73＊＃ 0.11±0.06＊7.94±0.06＃0.10±0.07＊＃ 76.25±22.36＊＃ 850.95±949.30＃LS 95.06±7.84 206.26±28.37 0.12±0.08＊15.15±6.21 0.20±0.153＊ 151.05±85.53＊ 3 394.28±2 579.20男 18CS 85.28±6.46＃ 148.64±36.13＃0.23±0.11＃7.09±2.73＃0.18±0.16＃33.68±19.90＃781.88±1416.22＃LS 94.04±7.61 187.48±44.56 0.28±0.14 11.54±4.55 0.37±0.29 47.40±33.14 2 478.76±2 470.96

表2 男、女受試者兩種發(fā)聲狀態(tài)下空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化率（%，±s）

表2 男、女受試者兩種發(fā)聲狀態(tài)下空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化率（%，±s）

注：＊與女性比較，P＜0.05

性別例數(shù)聲強(qiáng)音頻平均氣流率聲門下壓空氣動(dòng)力功率聲門阻力發(fā)聲效率女19 11.99±7.17－9.49±19.57 10.64±133.00 92.26±57.49 114.31±99.54 90.59±86.23 798.67±1 2 09.77男18 10.35±5.59 27.45±22.93＊ 28.08±52.81 65.91±44.39 130.12±167.05 40.0 7±44.77 665.77±1 099.74

2.2 兩種發(fā)聲狀態(tài)下同性別空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化 女性響亮發(fā)聲較舒適發(fā)聲時(shí)，聲強(qiáng)、聲門下壓、空氣動(dòng)力功率、聲門阻力均顯著升高，音頻顯著下降，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；平均氣流率改變無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。

男性響亮發(fā)聲較舒適發(fā)聲時(shí)，聲強(qiáng)、音頻、平均氣流率、聲門下壓、空氣動(dòng)力功率、發(fā)聲效率、聲門阻力均明顯升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1）。

3 討論

發(fā)聲是一個(gè)復(fù)雜的過程，在氣流推動(dòng)下聲帶周期性地振動(dòng)是發(fā)聲的基本條件，氣流與聲帶之間的相互作用關(guān)系也一直是嗓音醫(yī)學(xué)中的研究熱點(diǎn)，空氣動(dòng)力學(xué)檢查就是針對(duì)該方面的簡(jiǎn)單、易行、準(zhǔn)確的研究檢測(cè)方法。

本實(shí)驗(yàn)涉及的空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)包括平均氣流率、聲門下壓、空氣動(dòng)力功率、發(fā)聲效率、聲門阻力?？諝鈩?dòng)力學(xué)檢查是基于唇中音阻斷法原理對(duì)發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，除了氣流率和聲門下壓可以直接采集外，其他指標(biāo)均是在此基礎(chǔ)上，結(jié)合聲強(qiáng)或音頻推算而得。平均氣流率為發(fā)聲過程中平均單位時(shí)間內(nèi)通過聲門的氣流量；聲門下壓是指發(fā)聲過程中，聲帶下方區(qū)域內(nèi)的壓力，是促使以及維持聲帶振動(dòng)的重要作用力；空氣動(dòng)力功率又可稱為發(fā)聲功率（phonatory power）或聲門下功率（subglottic power），與聲門下壓、平均氣流率密切相關(guān)，為兩者的乘積；聲門阻力為聲門上下壓力差與平均氣流率的比值，反映聲帶組織對(duì)通過聲門氣流的阻力，是影響聲門下壓的重要因素；發(fā)聲效率為經(jīng)口輻射而出的聲功率與經(jīng)肺產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)功率的比值，人類的發(fā)聲效率不高，發(fā)聲時(shí)的聲功率僅占可獲得的空氣動(dòng)力功率的0.0001～0.01，高發(fā)聲效率易導(dǎo)致聲帶損傷［1～3］。

3.1 性別與發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)的關(guān)系 本研究結(jié)果顯示舒適發(fā)聲時(shí)，女性平均氣流率明顯低于男性，與Zhuang等［4］的檢測(cè)結(jié)果相近，女性聲門阻力明顯高于男性，而聲門下壓、發(fā)聲效率不存在性別差異。平均氣流率和聲門阻力的性別差異與男女間解剖和生理特性差異有關(guān)，男性聲帶明顯長(zhǎng)于女性［5］，因此女性聲門面積明顯小于男性；平均氣流率、聲門下壓、聲門阻力三項(xiàng)空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)與聲門面積之間存在密切聯(lián)系；在聲門下壓一定的情況下，增加聲門面積，則平均氣流量增加、聲門阻力降低［6］；由于女性聲門面積小于男性，而聲門下壓又不存在明顯性別差異，因此女性發(fā)聲的平均氣流率低于男性，而聲門阻力高于男性。

從文中結(jié)果看，響亮發(fā)聲時(shí)，女性的平均氣流率和空氣動(dòng)力功率仍較男性小，聲門阻力較男性高，但音強(qiáng)和音頻與男性幾乎無差異。除音頻變化率外，其他指標(biāo)變化率無明顯差異，說明在噪聲影響下，男、女性空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)變化程度，即發(fā)聲調(diào)整程度相近。這些結(jié)果提示，同樣的發(fā)聲效率和發(fā)聲狀態(tài)下，女性能夠用來維持發(fā)聲的空氣動(dòng)能明顯小于男性，因此需要通過緊張聲帶、增加聲帶的閉合力度等一系列措施來增加聲門阻力，將空氣動(dòng)力能充分轉(zhuǎn)化為聲能，達(dá)到同樣的發(fā)聲效果，這可能也是女性嗓音疾病高發(fā)的原因之一。

3.2 噪聲對(duì)發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)的影響 在噪聲環(huán)境下，說話人改變發(fā)音狀態(tài)以補(bǔ)償噪聲的現(xiàn)象，稱為朗伯特效應(yīng)（Lombard effect），此時(shí)說話人所發(fā)出的語(yǔ)音可稱之為響亮發(fā)聲（loud speech）。自發(fā)現(xiàn)朗伯特效應(yīng)以來，許多學(xué)科針對(duì)其專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，在言語(yǔ)、語(yǔ)言學(xué)方面的研究提示，受試者在噪聲環(huán)境下言語(yǔ)音量增加、頻譜能量分布改變、句間距增加、語(yǔ)速減慢［7］，發(fā)聲初肺容量增加而發(fā)聲末肺容量降低［8］。本研究結(jié)果顯示在噪聲影響下健康成人發(fā)聲空氣動(dòng)力學(xué)的指標(biāo)明顯改變，噪聲下，女性聲強(qiáng)、聲門下壓、空氣動(dòng)力功率、聲門阻力和發(fā)聲效率升高，但是音頻下降，平均氣流率無明顯改變。男性各項(xiàng)空氣動(dòng)力學(xué)指標(biāo)均顯著提高?？梢娫谕瑯拥脑肼暛h(huán)境下，男、女性響亮發(fā)聲的習(xí)慣不同。

據(jù)楊寶琦等［9］的研究，平均氣流率與音調(diào)和聲強(qiáng)之間無相關(guān)關(guān)系，提示在一般的發(fā)聲狀態(tài)下，提高音調(diào)和聲音響度對(duì)提高平均氣流率并無作用。本研究結(jié)果顯示，在70dB SPL噪聲干擾下，女性發(fā)聲強(qiáng)度增加、音頻下降、平均氣流率改變不大，而男性此三者均有改變。

本研究結(jié)果可見，噪聲干擾下男女聲門阻力均顯著提高，但男性響亮發(fā)聲時(shí)聲門阻力仍較女性舒適發(fā)聲時(shí)聲門阻力小，結(jié)合男、女間平均氣流率變化的差異，提示男性響亮發(fā)聲的代償能力較女性強(qiáng)。但即便如此，由于受試者的發(fā)聲效率均超過正常范圍，聲帶損傷的風(fēng)險(xiǎn)增加?？梢娙玳L(zhǎng)期處于噪聲環(huán)境下，以響亮發(fā)聲代償噪聲干擾的人群出現(xiàn)聲帶損傷的幾率更大，女性尤為明顯。

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