埃莱曼斯博士等人在封闭系统中利用压力复制鸟鸣声
鸟儿是怎样唱歌的？事实证明，就像你和我一样。
Coen Elemans 博士等人的研究《鸟类和哺乳动物声音产生和控制的通用机制》发表于2015 年 11 月 27 日《自然通讯》，发现鸟类和哺乳动物使用相同的声音产生物理机制——肌弹性空气动力学（ MEAD）机制。
这项研究的关键是能够通过精细控制该器官下方和外部的封闭系统中的压力来复制鸣管（鸟类的喉部）中的组织振荡。为了获得这种控制，Elemans 博士使用了 Alicat 的双阀压力控制器，因为它们具有高精度和封闭体积内的控制能力。
压力控制驱动 MEAD 振荡
图 1 的一部分来自该团队在《自然》杂志上发表的文章，显示了 MEAD 振荡。单击查看完整图像。
动物的声音由发声组织以每秒数百次的频率振荡产生的离散空气脉冲组成。MEAD 机制描述了如何维持这些振荡，而不需要相同频率的主动肌肉振动，这肯定会让任何动物疲惫不堪（已知最快的肌肉收缩速度不能超过 250 Hz）。
根据 MEAD 理论，气压会在闭合的发声组织下方形成，直到有足够的压力迫使组织打开。组织不对称地打开和关闭，通过的空气因其振动而被切碎，从而发出声音。振动的频率决定了声音的音调，而振动频率则由通过语音盒的流速和其组织的肌肉张力决定。
为了确定 MEAD 在鸟类中的作用是否与在哺乳动物中的作用一样，Elemans 博士的团队必须复制通过鸣管的压力引起的气流。
研究小组希望精确控制声带组织下方支气管气道的压力，以测试 MEAD 振荡的存在。由于鸟的呼吸系统的其余部分实际上是死胡同，艾里卡特的双阀压力控制器是完美的解决方案。两个阀门，一个位于入口，另一个位于出口，允许设备通过根据需要添加或去除体积中的空气来维持封闭系统中的精确压力。
用于封闭容积的压差控制器，带远程显示。请注意前面的双压力感应端口。
研究团队还需要控制高达 3 kPA (0.4 PSIG) 的低正压，以防止损坏他们正在研究的生物结构。为此，艾里卡特指定在压力控制器内使用压差传感器。其中一个遥感端口与鸟的支气管气道相连，另一个则与大气相通。
这使得支气管压力能够不断地参考当地大气压力，无论它在整个实验过程中发生多么轻微的变化。集成的模拟和数字控制信号使团队可以轻松地使滴管承受支气管压力斜坡。
结论：压力控制空间和冗余
图 6 的一部分来自该团队在Nature上的文章，显示了冗余的压力控制空间。单击查看完整图像。
除了证明 MEAD 在鸟类体内的运作之外，Elemens 博士还想确定鸟类的发声是否是由独特的肌肉命令或冗余的控制空间引起的。为了测试这一点，研究小组改变了空洞周围的锁骨间气囊（ICAS）压力，同时让空洞受到支气管压力斜坡和不同程度的肌肉刺激。第二个 PCD 用于在与支气管体积相同的 1-3 kPa 范围内改变模拟 ICAS 压力。
研究小组发现，两个压力区内的多种压力组合以及肌肉刺激能够产生相同的基频，这是 MEAD 常见的冗余特征。
值得注意的是，Elemens 博士的团队还发现，维持发声组织振荡的空气动力引擎并不是由“声道中空气柱的质量惯性产生的，而是由组织波引起的声门内压力变化产生的”（第 6 页）他们的研究）。为了维持通过声带组织的流动而交替的低压和高压并不是由大量空气沿鸟的喉咙向上移动引起的。相反，组织边缘的波动在注射管内产生了必要的压力变化。这在封闭系统中产生了一个低压区域，直到组织再次打开。