复制鸟类的歌声与关闭音量压力控制

鸟怎么唱歌?就像你我一样。

Coen Elemans博士等人在《自然通讯》(2015年11月27日出版的《鸟类和哺乳动物声音产生和控制的普遍机制》)杂志上发表的新研究发现，鸟类和哺乳动物使用相同的声音产生物理机制——肌肉弹性空气动力学(MEAD)机制。对这项研究至关重要的是，通过精细地控制这个器官内外的压力，能够在喉腔(鸟的喉头)中复制组织振动的能力。为此，Elemans博士选择了Alicat  PCD系列双阀绝压和表压压力控制器，因为它具有良好的精度和在封闭体积内的控制能力。

压力控制使米德振荡活跃起来

图1的一部分来自团队在《自然》杂志上的文章，显示了MEAD振荡。点击查看完整图像。

动物的声音是由声音组织振动产生的不连续的空气脉冲组成的，这种振动频率可达每秒数百次。肌肉弹性-空气动力学(MEAD)机制描述了这些振荡是如何持续的，而不需要以相同频率的主动肌肉振动，这肯定会使任何动物疲惫。(已知的最快的肌肉收缩速度不能超过250赫兹。)在米德理论中，空气压力在封闭的声带组织下面形成，直到有足够的压力迫使它们打开。然而，这些组织不对称地打开和关闭，通过的空气被它的振动切断，发出声音。振荡的频率决定了声音的音高，振荡的频率由通过声音箱(哺乳动物的喉头，鸟类的喉头)的流速和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相同，Elemans博士的团队不得不复制压力诱导的气流通过syrinx。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。因为鸟的呼吸系统的其余部分实际上是死的，Alicat的PCD系列双阀绝压和表压压力控制器是一个完美的解决方案。PCD系列双阀绝压和表压压力控制器的两个阀门允许它根据需要从封闭系统中添加或移除空气，从而保持所需的准确压力。

Alicat生产的带远程显示的密闭空间差压控制器。注意前面的双压力传感器端口。

研究小组还需要控制一个相当低的正压(高达3千帕，或0.4 psi，以上的大气)，以防止破坏生物结构。为此，Alicat指定在压力控制器内使用差压传感器。两个遥感端口中的一个被垂直放置在鸟的支气管气道上，另一个则保持对大气的开放。这意味着无论实验过程中支气管压力的变化有多小，支气管压力总是与当地的大气压力相联系的。综合模拟和数字控制信号使研究小组很容易将注射器置于支气管压力斜坡上。

压力控制空间和冗余

图6的一部分来自该团队的文章《自然》，显示了冗余的压力控制空间。点击查看完整图像。

除了证明MEAD在鸟类体内的作用外，Elemens博士还想确定鸟类的发声是由于独特的肌肉指令还是多余的控制空间。为了测试这一点，研究小组改变了锁骨间气囊(ICAS)对syrinx的压力，同时对syrinx施加支气管压力斜坡和不同程度的肌肉刺激。采用第二次PCD，使模拟的ICAS压力在与支气管体积相同的1-3 kPa(G)范围内变化。研究小组发现，两个压力区域内的多种压力组合(以及肌肉刺激)能够产生相同的基本频率，这是MEAD常见的冗余特征。

值得注意的是，埃尔曼斯博士的团队发现，维持声带振荡的空气动力引擎不是由“声带中气柱的质量惯量，而是由组织波引起的耳际压力变化”所产生的(他们研究的第6页)。维持声音组织流动所必需的低压和高压的交替并不是由于大量的空气向上移动到鸟的喉部而引起的，因此在它的后面形成一个低压区，直到组织再次打开。相反，组织边缘的波动产生了必要的压力变化。

艾里卡特Alicat提供先进的质量流量计、质量流量控制器、压力控制器、压力传感器解决方案。

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