প্রকৌশল শব্দবিজ্ঞান/মানব স্বররজ্জু

স্বরযন্ত্রের শারীরবৃত্তীয় গঠন

মানব স্বরযন্ত্রের ভেতরে অবস্থিত ঠোঁটের মতো দুটি টিস্যু হল স্বরকোমল, যা মানুষের এবং অনেক প্রাণীর শব্দ উৎপাদনের উৎস।

স্বরযন্ত্রটি শ্বাসনালীর উপরে অবস্থিত। এটি মূলত তরুণাস্থি এবং পেশি দ্বারা গঠিত, এবং এর বৃহত্তম তরুণাস্থিটি হল থাইরয়েড কার্টিলেজ, যা সাধারণভাবে "অ্যাডামের আপেল" নামে পরিচিত।

এই অঙ্গটির দুটি প্রধান কাজ আছে: শ্বাসনালীর সর্বশেষ প্রহরী হিসেবে কাজ করা এবং কণ্ঠস্বর উৎপাদনের উৎস হিসেবে কাজ করা। এই পৃষ্ঠাটি দ্বিতীয় কাজটি নিয়ে আলোকপাত করে।

শারীরবৃত্তীয় সংক্রান্ত লিংকসমূহ: স্বরযন্ত্র আবিষ্কার করুন

কণ্ঠস্বর উৎপাদন

যদিও স্বরকোমলের মাধ্যমে শব্দ উৎপাদনের পেছনের বিজ্ঞান জটিল, তবুও এটি তামা বাজানোর যন্ত্রের ঠোঁট বা ঘাসের বাঁশির মতো বিবেচনা করা যেতে পারে। মূলত, স্বরকোমল (বা ঠোঁট বা দুটি ঘাস) বায়ুপ্রবাহের উপর একটি সংকোচন সৃষ্টি করে, এবং সংকীর্ণ ফাঁক দিয়ে বায়ু প্রবাহিত হওয়ার সময় স্বরকোমল দুলতে থাকে। এই দোলন বায়ুচাপের পর্যায়ক্রমিক পরিবর্তন ঘটায়, যা শব্দ হিসেবে অনুভূত হয়।

স্বরকোমল ভিডিও

যখন স্বরকোমলের দিকে বায়ু প্রবাহিত হয়, এটি প্রাথমিকভাবে প্রায় বন্ধ থাকা দুই স্বরকোমলকে জোর করে খোলে। ফোল্ডগুলোর কঠোরতার কারণে তারা আবার বন্ধ হতে চায়। এবং তখন বায়ুপ্রবাহ আবার তাদের খুলতে চায়... এভাবে স্বরকোমলে একপ্রকার দোলনের সৃষ্টি হয়, যা শব্দ উৎপাদন করে। তবে এটি একটি নিভু নিভু দোলন, অর্থাৎ এটি ধীরে ধীরে একটি সমতল অবস্থানে পৌঁছে দোলন বন্ধ হয়ে যায়। তাহলে আমরা কীভাবে "ধারাবাহিক" শব্দ উৎপাদন করি?

পরে যেমনটি ব্যাখ্যা করা হবে, এর উত্তর নিহিত রয়েছে স্বরকোমলের পরিবর্তনশীল আকারে। দোলনের উন্মুক্ত এবং বন্ধ অবস্থায় স্বরকোমলের আকৃতি ভিন্ন হয়। এটি ফাঁকটির চাপকে প্রভাবিত করে এবং স্বরকোমলকে পুনরায় খোলার জন্য অতিরিক্ত চাপ তৈরি করে, যা দোলন অব্যাহত রাখতে সাহায্য করে। এই অংশটি "মডেল" বিভাগে আরও বিস্তারিতভাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

এই প্রবাহ-প্রণোদিত দোলন, অন্যান্য তরলগত সমস্যা গুলোর মতো, মডেল করা সহজ নয়। একক ভর-স্প্রিং-ড্যাম্পার সিস্টেম থেকে শুরু করে ফাইনাইট এলিমেন্ট মডেল পর্যন্ত বহু প্রচেষ্টা করা হয়েছে। এই পৃষ্ঠায় আমি আমার একক ভর মডেল ব্যবহার করে স্বরকোমলের দোলনের পেছনের মৌলিক পদার্থবিদ্যা ব্যাখ্যা করব।

স্বরকোমল মডেল সংক্রান্ত তথ্য: National Center for Voice and Speech

মডেল

চিত্র ১: পরিকল্পচিত্র

স্বরকোমলের গতিবিধি অনুকরণ করার সবচেয়ে সহজ উপায় হল একটি একক ভর-স্প্রিং-ড্যাম্পার সিস্টেম ব্যবহার করা, যেমনটি উপরে দেখানো হয়েছে। এখানে ভর একটি স্বরকোমলকে উপস্থাপন করে, এবং দ্বিতীয় স্বরকোমলটি কল্পনা করা হয়েছে প্রতিসাম্য অক্ষে প্রতিফলিত। অবস্থান ৩ নির্দেশ করে একটি স্থানে, যা ভরের ঠিক শেষে (বহির্গমন পয়েন্ট), এবং অবস্থান ২ নির্দেশ করে গ্লোটিস (দুই স্বরকোমলের মধ্যবর্তী অঞ্চল)।

চাপ বল

স্বরকোমলের দোলনের মূল চালক হল গ্লোটিসের ভেতরের চাপ। তরলবিজ্ঞানের বার্নুলির সমীকরণ অনুযায়ী: টেমপ্লেট:NumBlk

উচ্চতার পার্থক্য উপেক্ষা করে, চিত্র ১-এর অবস্থান ২ ও ৩ তে টেমপ্লেট:EquationNote প্রয়োগ করলে:

অবস্থানে ৩ এর চাপ এবং গতি অপরিবর্তনীয় ধরা হয়েছে। ফলে টেমপ্লেট:EquationNote-এর ডান পাশ ধ্রুবক। এটি পর্যবেক্ষণ করলে দেখা যায়, অবস্থান ২-এ চাপ দোলনের জন্য গতি দোলন প্রয়োজন। গ্লোটিসের ভেতরে প্রবাহ গতি অরিফিস প্রবাহের তত্ত্বের মাধ্যমে বিশ্লেষণ করা যায়।

স্বরকোমলের ফাঁকটি এক ধরনের অরিফিস প্রবাহ, তবে একটি গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্য রয়েছে: এখানে অরিফিসের আকার ক্রমাগত পরিবর্তিত হয়। এই ফাঁকটি খুলতে, বন্ধ হতে পারে এবং এর আকারও পরিবর্তিত হতে পারে। চিত্র ১-এ ফাঁকটি সংকুচিত, তবে অন্য পর্যায়ে এটি বিস্তৃত হতে পারে।

ব্লেভিন্স অরিফিস প্রবাহকে এভাবে বর্ণনা করেছেন:

এখানে C হল অরিফিস সহগ, যা ফাঁকের আকৃতি এবং প্রস্থের উপর নির্ভর করে। এটি পরীক্ষামূলকভাবে নির্ধারিত হয় এবং দোলনের বিভিন্ন পর্যায়ে পরিবর্তিত হয়।

টেমপ্লেট:EquationNote এবং টেমপ্লেট:EquationNote সমাধানের মাধ্যমে গ্লোটিস অঞ্চলের চাপ বল নির্ধারণ করা যায়।

সংঘর্ষ বল

স্বরকোমলের ভিডিওতে দেখা যায়, দোলনের সময় ফোল্ডগুলো সম্পূর্ণ বন্ধ হয়ে যেতে পারে। তখন বার্নুলির সমীকরণ প্রযোজ্য হয় না। তখন সংঘর্ষ বল প্রধান চালক হয়ে ওঠে। এই বিশ্লেষণে হার্টজ সংঘর্ষ মডেল প্রয়োগ করা হয়েছে:

যেখানে

$k_{H}={\frac {4}{3}}{\frac {E}{1-\mu _{H}^{2}}}{\sqrt {r}}$

এখানে δ হল প্রতিসাম্য রেখা অতিক্রম করে স্বরকোমলের অনুপ্রবেশ দূরত্ব।

মডেলের সিমুলেশন

চাপ এবং সংঘর্ষ বল সমীকরণে প্রতিস্থাপন করে ফলাফল সিমুলেট করা হয়।

চিত্র ২: ফাঁকের ক্ষেত্রফল ও আয়তনগত প্রবাহ হার

চিত্র ২ দেখায় যে, স্বরকোমলের মাধ্যমে একটি ধ্রুব বায়ুপ্রবাহ প্রবাহিত করে একটি দোলমান আয়তন প্রবাহ হারে রূপান্তর করা যায়। সিমুলেশনে দেখা যায় যে, সংঘর্ষ বল দোলনের মাত্রা সীমিত করে, কিন্তু দোলন সৃষ্টি করে না। অর্থাৎ চাপ বলই দোলনকে টিকিয়ে রাখে।

শব্দগত আউটপুট

এই মডেলটি দেখায় যে, গ্লোটাল ফাঁকের পরিবর্তনশীল প্রোফাইল একটি দোলমান আয়তন প্রবাহ হারের সৃষ্টি করে। ফলে স্বরকোমলের পরে একটি দোলমান বায়ুচাপ তৈরি হয়। এই ধরণের শব্দ উৎপাদন অস্বাভাবিক, কারণ অধিকাংশ শব্দ উৎপাদনে, যেমন স্পিকারের কন, বায়ু একটি কঠিন পৃষ্ঠ দ্বারা পর্যায়ক্রমে সংকুচিত হয়।

স্বরকোমল অতিক্রম করার পর, উৎপন্ন শব্দ প্রবেশ করে স্বরযন্ত্রে। এটি মূলত মুখগহ্বর এবং নাসাগহ্বরের গহ্বর। এই গহ্বরগুলো একটি শব্দগত ছাঁকনি হিসেবে কাজ করে, শব্দের চরিত্রকে পরিবর্তন করে। স্বরযন্ত্রের শব্দতত্ত্ব ঐতিহ্যগতভাবে সোর্স-ফিল্টার তত্ত্ব দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়। যেখানে গ্লোটিস বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সির শব্দ তৈরি করে, স্বরযন্ত্র তার কিছু নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন করে মুখ থেকে নির্গত করে। এই বৈশিষ্ট্যগুলোই একজন ব্যক্তির কণ্ঠস্বরের স্বতন্ত্রতা নির্ধারণ করে।

সম্পর্কিত লিংক

FEA মডেল

দুই ভর মডেল

তথ্যসূত্র

[1] Fundamentals of Acoustics; Kinsler et al., John Wiley & Sons, 2000

[2] Acoustics: An introduction to its Physical Principles and Applications ; Pierce, Allan D., Acoustical Society of America, 1989.

[3] Blevins, R.D. (1984). Applied Fluid Dynamics Handbook. Van Nostrand Reinhold Co. 81-82.

[4] Horacek, J., Sidlof, P., Svec, J.G. Self-Oscillations of Human Vocal Folds. Institute of Thermomechanics, Academy of Sciences of the Czech Republic

[5] Lucero, J.C., Koenig, L.L. (2005). Simulations of temporal patterns of oral airflow in men and women using a two-mass model of the vocal folds under dynamic control, Journal of the Acoustical Society of America 117, 1362-1372.

[6] Titze, I.R. (1988). The physics of small-amplitude oscillation of the vocal folds. Journal of the Acoustical Society of America 83, 1536–1552

---

মূল পৃষ্ঠায় ফিরে যান

রচয়িতা: শোহেই শিবাতা