LA REATTANZA INERTIVA: il segreto fisico della voce libera e risonante

di Marco Fantini

La voce non è il semplice risultato acustico della vibrazione delle corde vocali all’interno di una cavità di risonanza, bensì l’interazione complessa e non lineare tra il flusso d’aria espiratorio, la glottide e le cavità risonanziali, rappresentate dal vocal tract. Quest'ultimo è lo spazio anatomico appartenente alle alte vie aero-digestive comprendente vestibolo laringeo, ipo-oro-rinofaringe, cavo orale e cavità nasali (figura 1).  E' ormai noto che il tratto vocale non è un semplice insieme di cavità di risonanza, bensì una struttura che riveste un ruolo attivo nella generazione di energia acustica.

Figura 1. Il Vocal Tract

Il segreto alla base della voce libera e risonante può essere svelato in termini fisico-acustici come risultato di un’interazione virtuosa (scientificamente si direbbe a feedback positivo) tra sorgente del suono e vocal tract. Di fatto il tratto vocale può facilitare o – per contro –  ostacolare l’amplificazione dell’energia acustica dell’oscillatore glottico, acquisendo una funzione cruciale ai fini del raggiungimento di un’emissione vocale efficiente.

Qual è il ruolo del soggetto fonante in tale contesto?

Egli mette semplicemente in atto le condizioni che consentono un’interazione virtuosa tra il vocal tract e la sorgente glottica; sarà poi l’energia acustica che egli stesso genera a occuparsi del resto! Potremmo quindi dire che l’azione volontaria del soggetto consiste nell’intenzione iniziale: ciò permette al sistema fonatorio di “viaggiare” in autonomia e – se le condizioni di partenza sono positive – di autorifornirsi di energia acustica generando un prodotto vocale caratterizzato da presenza sonora e ricchezza armonica. Non serve dunque un controllo muscolare attivo e volontario lungo tutta la vocalizzazione al fine di ottenere una voce risonante, bensì una coordinazione neuromotoria iniziale finalizzata all’instaurarsi delle condizioni che favoriscono un’emissione efficiente!

Ma qual è la spiegazione fisica di tale fenomeno che, esposto in questi termini, sembra quasi “magico”?

La spiegazione è una sola e - a dirla tutta - anche un po’ “nerd”, ovvero reattanza inertiva.

Una noiosa parentesi fisica è d’obbligo. In particolare un approfondimento sull’impedenza acustica rappresenta un punto cruciale per comprendere il segreto della reattanza inertiva.

L’impedenza si potrebbe descrivere come una misura di mancanza di risposta (movimento, deformazione, flusso, corrente elettrica etc) ad un determinato stimolo (che può essere una forza, una pressione, un voltaggio etc). L’impedenza può essere resistiva, reattiva o entrambe.

L’impedenza resistiva, più comunemente nota come resistenza, si verifica quando l’applicazione di uno stimolo è in fase rispetto alla risposta. Quando ciò non accade, l’impedenza sviluppa una componente reattiva, la cosiddetta reattanza. La reattanza si può ulteriormente suddividere in reattanza inertiva e reattanza compliante, a seconda che l’alterazione di fase della risposta sia rispettivamente in anticipo o in ritardo.

Al fine di comprendere tali definizioni, lo scienziato americano Ingo Titze propone un’efficace esemplificazione: immaginiamo di avere uno stimolo (rappresentato da una folla di persone in marcia) e un’impedenza (rappresentata da una porta ad ante scorrevoli). Se la porta si apre nell’esatto momento in cui un gruppo di persone tenta di passarvi attraverso, l’impedenza sarà resistiva. In altre parole, la porta rappresenterà una resistenza all’afflusso di persone, che sarà tanto più grande quanto più sono ridotte le dimensioni della porta. Se le ante scorrevoli necessitano del suono di un campanello per aprirsi, tutte le volte che un gruppo di persone tenterà di entrare ci sarà una certa inerzia nella risposta (rappresentata dall’apertura delle porte) che obbligherà le persone a fermarsi davanti alla porta prima che sia permesso loro di entrare. Al contrario, se sulla porta si trova una fotocellula che permette l’apertura quando le persone sono in avvicinamento, il fenomeno “apertura” si verificherà con un certo anticipo rispetto allo stimolo e si determinerà una condizione analoga a quella di un’impedenza compliante.

Il concetto di impedenza può essere applicato all’acustica vocale in termini di resistenza, inertanza e complianza acustica. L’impedenza acustica del vocal tract è una misura del rapporto tra la pressione e il flusso oscillanti all’ingresso del vocal tract (ovvero in prossimità della rima glottica). Se la sinusoide della pressione è in fase con la sinusoide di flusso si ha una condizione di impedenza resistiva, se la sinusoide di pressione è in anticipo rispetto alla sinusoide di flusso si verifica una condizione di reattanza inertiva, se la sinusoide di pressione è in ritardo rispetto a alla sinusoide di flusso si ha una condizione di reattanza compliante (fig. 2).

Figura 2. Relazione tra flusso e pressione in condizioni di (a) resistenza; (b) reattanza inertiva e (c) reattanza compliante (modificato da Titze, 2012[1])

Il vocal tract, in qualità di complessa camera di risonanza acustica, si caratterizza per poter dare  risposte inertive e complianti in determinati range frequenziali. E’ stato dimostrato che la reattanza intertiva del tratto vocale sopraglottico facilita la vibrazione cordale, mentre la reattanza compliante la ostacola. Considerato ciò, l’obiettivo del cantante dovrebbe essere quello di mettere il vocal tract in una condizione di reattanza inertiva per più frequenze possibili, in modo da ottenere massima assistenza per la vibrazione cordale.

Di preciso, cosa succede quando il vocal tract “assiste” la vibrazione cordale?

Quando si crea una condizione di reattanza inertiva, il vocal tract dà una spinta “extra” ad ogni ciclo vibratorio cordale, rendendo l’emissione vocale via via più efficiente.

Questa spinta si verifica quando il movimento della colonna d’aria ha un preciso ritardo rispetto al movimento di apertura-chiusura delle corde vocali. Quando le corde vocali cominciano a separarsi all’inizio di un’oscillazione, la colonna d’aria tracheale viene spinta dalla risalita del diaframma nello spazio glottico e va a comprimere l’aria ferma a livello del vestibolo. L’inerzia della colonna d’aria nel vestibolo fa incrementare la pressione a livello della rima glottica, che viene ulteriormente spinta ad aprirsi.  Quando il richiamo elastico spinge le corde ad addursi nella fase di chiusura glottica, il flusso d’aria attraverso la glottide si riduce. Per via dell’inerzia tuttavia, la colonna d’aria continua a muoversi verso l’alto, lasciando una condizione di vuoto a livello e sopra la glottide, che aiuta le corde ad unirsi con più efficacia e potenza (figura 3). 

La forza e l’efficacia di queste spinte alternate sulle corde vocali dipendono dall’inertanza del vocal tract, come descritto dalla formula X = I (2πf), dove X rappresenta la reattanza, I è l’inertanza e f è la frequenza ciclica espressa in Hz. 

In definitiva, similmente a quanto succede con una spinta correttamente cadenzata ad un’altalena (che determina un progressivo incremento di ampiezza di oscillazione della stessa), più grande è l’inertanza incontrata dalla colonna d’aria sopraglottica, più efficace sarà l’effetto di “tira e molla” sulle corde vocali.  

Figura 3. flusso e pressione durante un ciclo glottico
(modificato da Titze, 2008 [2])

Le dirette conseguenze fisiologiche della reattanza inertiva sono una minore Phonatory Threshold Pressure (PTP), un arricchimento risonanziale della finestra 2000-4000Hz nel power spectrum e un incremento del parametro Maximum Flow Declination Rate (MFDR),  considerato oggi il principale responsabile dell’intensità vocale. Il performer sperimenterà dunque una minor fatica d’emissione, maggiore risonanza e potenza vocale.

Va precisato che il vocal tract non si comporta in maniera inertiva in tutte le condizioni morfo-strutturali che può assumere durante una performance vocale. Il compito (e il segreto) del bravo performer è proprio quello di “aggiustare” la forma del vocal tract in modo da ottenere i benefici della reattanza inertiva lungo la maggior parte del range dinamico-frequenziale!

E’ naturale chiedersi a questo punto quali siano le strategie per incrementare e controllare la reattanza inertiva del vocal tract al fine di ottenere un’emissione efficiente e risonante. 

Risulta putroppo evidente che conoscere l’esistenza del fenomeno della reattanza inertiva non sia condizione sufficiente affinché esso - magicamente -  si realizzi!

Ingo Titze ha descritto due principali “atteggiamenti” del vocal tract che favoriscono uno sfruttamento ottimale della reattanza inertiva. Il primo è stato definito megaphone shape e si caratterizza per un piccolo spazio laringeo-paralaringeo ed una grande apertura della rima buccale, che rende il vocal tract nel suo complesso simile ad una “tromba”. Questo atteggiamento è tipico dei belters.

Il secondo atteggiamento è quello definito inverted megaphone shape, nel quale il vestibolo laringeo è piccolo, lo spazio faringeo (la “gola”) è mantenuta ampia e la cavità orale ha spazi relativamente ridotti. Tale atteggiamento è invece più tipico del canto classico (figura 4).

In termini fisici, a prescindere dal tipo di vocalità, l'esperto performer vocale ricerca la morfologia del vocal tract tale per cui, per una data vocale a un determinato pitch, il maggior numero di elementi frequenziali armonici prodotti dalla sorgente glottica sperimentino una condizione di reattanza inertiva. 

Figura 4. Conformazioni a megafono e a megafono invertito del vocal tract
(modificato da Titze, 2008 [2])

Sempre Titze ha proposto un “trucco” per favorire la comparsa di una risposta inertiva da parte del vocal tract in modo rapido, efficiente e sicuro: la vocalizzazione in semi-occlusione.  Ingo Titze è noto in tutto il mondo per essere stato l’inventore della tecnica della fonazione nelle cannucce (straw phonation) e in un certo senso rappresenta uno dei padri fondatori delle esercitazioni a vocal tract semi occluso. Tutti gli esercizi vocali ad impedenza aumentata (i cosiddetti SOVTE) hanno la caratteristica di incrementare le interazioni sorgente-vocal tract, facilitando l’instaurarsi di una condizione di reattanza inertiva su più frequenze dello spettro armonico. In altre parole, gli esercizi in semi-occlusione “aiutano” il vocal tract a trovare la condizione ottimale di reattanza inertiva (e quindi di emissione efficiente) per un dato suono, mettendo il performer in uno stato di partenza ottimale per lavorare o esercitare la voce.

Per approfondire i principi e le applicazioni degli esercizi a vocal tract semi occluso -->   ESERCIZI A VOCAL TRACT SEMI-OCCLUSO: principi e applicazioni.

Fonti bibliografiche:

1. Titze I, Abbott KV. Vocology - The Science and Practice of Voice Habilitation. National Center for Voice and Speech editore, 2012.

2. Titze I. The Human Istrument. Scientific American, 2008.

3. Titze I. Voice training and therapy with a semi-occluded vocal tract: rationale and scientific underpinnings. J Speech Lang Hear Res. 2006 Apr;49(2):448-59.

4. Story BH, Laukkanen AM, Titze IR. Acoustic impedance of an artificially lengthened and constricted vocal tract. J Voice. 2000 Dec;14(4):455-69.

Quest'opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione - Non commerciale - Non opere derivate 4.0 Internazionale.

IDRATAZIONE e VOCE : cosa sappiamo e cosa c'è da scoprire?

di Marco Fantini

Introduzione

Quello dell’idratazione è da sempre un tema di grande interesse scientifico ed è oggi acclarato che un corretto bilancio dei liquidi corporei sia fondamentale per la salute ed il funzionamento ottimale dell’organismo. Le funzioni vitali dell’acqua includono quelle di sostanza strutturale, di solvente per reazioni chimiche, di mezzo di trasporto per nutrienti e cataboliti, di termoregolatore, lubrificante e ammortizzatore[i]. L’acqua ha un ruolo integrativo fondamentale in ogni apparato dell’organismo (cardiovascolare, respiratorio, ematopoietico, linfatico, digestivo, endocrino, muscolare, nervoso, tegumentario, urinario etc.). L’omeostasi idrica dell’organismo è finemente regolata da sistemi ormonali che controllano l’intake di liquidi tramite la sensazione della sete e l’escrezione di liquidi (essenzialmente tramite l’apparato urinario, digestivo, tegumentario e respiratorio) a vari volumi e tonicità. Tramite questi meccanismi di fine regolazione, il corpo è in grado di raggiungere un equilibrio idro-elettrolitico ottimale nei compartimenti cellulari e tissutali, definito in fisiologia eu-idratazione. Alterazioni dei sistemi di regolazione dell’omeostasi idrica possono condurre a condizioni subpatologiche o francamente patologiche di disidratazione o iperidratazione, con conseguenze negative pressoché ad ogni livello dell’organismo.

Anche l’apparato fonatorio risente dello stato di idratazione corporea. Le corde vocali sono strutture – per quanto piccole – complesse, costituite da vari tessuti (epiteliale, connettivo, muscolare) la cui interazione è fondamentale ai fini di un corretto funzionamento. Un’ottimale idratazione cordale è quindi necessaria per il mantenimento delle proprietà visco-elastiche delle pliche vocali. 

Fisiologia dell’omeostasi idrica cordale

La struttura anatomica delle corde vocali è caratterizzata dalla presenza di 3 tessuti interfacciati ed interagenti (figura 1):

• Epitelio squamoso stratificato e membrana basale
• Lamina propria, trilaminare, composta da uno strato mixoide (spazio di Reinke), uno strato intermedio di connettivo in cui prevalgono le fibre elastiche e uno strato profondo di connettivo in cui prevalgono le fibre di collagene (lo strato intermedio e quello profondo costituiscono il legamento vocale.
• Muscolo vocale (muscolo tiro-aritenoideo)

Figura 1. Istologia della corda vocale

L’epitelio gioca un ruolo fondamentale nella regolazione dell’omeostasi idrica di superficie delle corde vocali attraverso sistemi di trasporto di molecole d’acqua e ioni.

Una recente review di Leydon et al[ii]. ha raccolto le evidenze in letteratura circa i meccanismi biomelacolari che sottostanno ai fenomeni di regolazione idrica cordale. Quello che emerge dai più recenti studi è che l’epitelio cordale contribuirebbe attivamente a mantenere l’omeostasi del film acquoso di superficie tramite trasportatori ionici e sistemi di trasporto idrico bidirezionali.

Nello specifico, sono stati identificati almeno cinque/sei tipologie di trasportatori molecolari sulla membrana delle cellule dell’epitelio cordale (figura 2):

• Na-K ATPasi (pompe sodio-potassio): identificate sul versante basolaterale delle cellule, contribuiscono a mantenere un gradiente elettrochimico transmembranale (essenziale per il corretto funzionamento cellulare) tramite il trasporto di ioni K (potassio) e Na (sodio) con dispendio energetico sotto forma di ATP[iii] [iv]. 
• Cotrasportatore Na K 2Cl: è stato anch’esso identificato sul versante baso-laterale delle cellule epiteliali cordali, dove garantirebbe un “libero ingresso” di ioni sodio, potassio e cloro[v].
• Canali ionici per il sodio (ENaC) e per il cloro (CFTR) sono stati identificati sul versante luminale delle cellule epiteliali cordali. Il primo favorirebbe il movimento di sodio dal film acquoso superficiale verso l’interno delle cellule, il secondo invece sembrerebbe implicato nella secrezione di ioni cloro verso l’esterno [v] [vi]. 
• Canali per le molecole d’acqua (acquaporine): localizzate sul versante luminare, garantiscono un flusso acquoso bidirezionale attraverso la membrana cellulare[vii].

Figura 2. fisiologia biomolecolare dell'idratazione cordale
(da Leydon et al[ii])

Il trasporto di ioni sodio e cloro attraverso la membrana, grazie ai sopraesposti meccanismi biomolecolari, rappresenta il “motore” chimico per la generazione di flussi d’acqua transepiteliali. Essi sarebbero responsabili del mantenimento del film acquoso che riveste la mucosa glottica, importante al fine di mantenere le proprietà visco-elastiche del cover cordale.

Come idratare le corde vocali?

L’idratazione delle corde vocali si può ottenere essenzialmente attraverso due modalità:

• Idratazione sistemica: una corretta assunzione di liquidi per os (in termini quantitativi e posologici) permette di porre i tessuti costituenti le corde vocali in uno stato di idratazione ottimale.
• Idratazione locale: l’ispirazione di aria umidificata (tramite inalazioni umidificate o inspirazioni attraverso garze umide) consente di incrementare l’idratazione superficiale delle corde vocali arricchendo il sottile film acquoso che normalmente riveste le mucose del vestibolo laringeo e della glottide e contribuendo alla turgidità della lamina propria della mucosa.

Queste modalità di idratazione non vanno considerate come indipendenti ma integrative, in quanto possono influenzarsi e sostenersi a vicenda.

Impatto dell’idratazione sulla voce: cosa sappiamo?

Negli ultimi anni sono state pubblicate alcune revisioni di letteratura e metanalisi sull’argomento idratazione e voce. In una recente review di Naomi et al.[viii] è stato messo in evidenza che crescenti evidenze scientifiche sembrano concordi sul fatto che stati di disidratazione sistemica e locale alterino le proprietà visco-elastiche della mucosa e abbiano effetti sfavorevoli sulla performance muscolare, con conseguenze negative di tipo aerodinamico ed acustico sulla fonazione [ii] [ix] [x] [xi] [xii] [xiii].

Non c’è purtroppo lo stesso grado di sicurezza circa gli effetti positivi dell’idratazione cordale sulla performance vocale. Alcuni studi sull’argomento hanno infatti riportato risultati non significativi o caratterizzati da grande variabilità[xiv] [xv] [xvi]. Altri studi hanno invece riportato risultati positivi: alcune delle conseguenze vantaggiose che potrebbero derivare da stati di ottimale idratazione (locale e sistemica) sono rappresentate dalla riduzione della pressione di soglia fonatoria (PTP)[xvii] [xviii] [xix], dal miglioramento di alcuni parametri acustici vocali di regolarità d’onda (per es. Jitt%, Shimm% NHR)[xx], dal miglioramento di alcuni aspetti laringostroboscopici (maggiore ampiezza e regolarità d’onda mucosa, miglioramento della viscosità delle secrezioni mucose etc.)[xxi] e dalla sensazione di maggior comfort fonatorio[xxii].

L’idratazione e la lubrificazione locale: il Gelling Effect

Il gruppo di Borragan A.T. (Centro di Foniatria e Logopedia – Santander)[xxiii] ha descritto gli effetti positivi che derivano da procedure di idratazione e lubrificazione topica delle corde vocali (da associare comunque ad una corretta idratazione sistemica) denominati Gelling Effect[xxiv]. Sono stati identificati due approcci sinergici: l’idratazione cordale e la lubrificazione cordale. L’idratazione può essere ottenuta tramite le tecniche sopraesposte (in particolare respirazione attraverso garze umidificate o inalazioni umidificate durante vocalizzazioni per circa 10 minuti) garantendo maggiore elasticità e morbidezza alla lamina propria delle corde vocali. Le conseguenze sembrerebbero essere rappresentate da un aumento di ampiezza e regolarità dell’onda mucosa, una riduzione dello sforzo fonatorio e minore rischio di traumatismi vocali da sforzo.

Effetti dell'idratazione cordale 

(CFL - Santander) [xxiii]

 La lubrificazione prevede invece l’impiego di sostanze con qualità di surfattante (ovvero con la capacità di ridurre la tensione superficiale dell’acqua, rendendola più “incline” ad adattarsi alle superfici). Tali sostanze favorirebbero un miglioramento delle proprietà di elasticità e viscosità dell’epitelio cordale. Ai fini della lubrificazione cordale, viene proposto di vocalizzare tenendo nel cavo orale (senza deglutire per qualche minuto) sostanze con qualità di surfattante come il gel di pectina con Aloe vera. Una buona lubrificazione avrebbe un effetto coadiuvante all’idratazione, sostenendone l’efficacia e la durata nel tempo.

 Effetti della lubrificazione cordale 

(CFL - Santander) [xxiii]

Non ancora “evidence based”

Purtroppo ad oggi non esiste un solido grado di sicurezza scientifica circa i benefici vocali ottenibili con protocolli di idratazione cordale. In altre parole, esistono valide ragioni derivanti dall'esperienza e dalla pratica clinica per credere che una corretta idratazione (sia sistemica che locale) sia benefica per la voce, ma ci sono ancora molti aspetti da definire circa i risultati e le modalità (quantità, tempistiche, tipologia di idratazione) con cui essi possano essere raggiunti.

Per esempio, una metanalisi condotta da Leydon et al.[xxv] ha preso in esame gli effetti dell’idratazione sulla pressone di soglia fonatoria assunta come indice indiretto di fatica vocale, rivelando una grossa variabilità di outcome tra gli studi analizzati. Sebbene si sia riscontrata una tendenza alla riduzione della PTP (e quindi una minore fatica vocale) in seguito a vari protocolli di idratazione sistemica e topica, l’effetto complessivo degli studi considerati non è risultato significativo. Una delle possibili motivazioni alla base della difficoltosa validazione degli effetti dell’idratazione cordale sulla salute vocale potrebbe essere rappresentata dalla grande variabilità metodologica che tende a caratterizzare gli studi in questione, aspetto che rende difficile un’efficace comparazione.

Un altro esempio circa lo scarso livello di certezza scientifica nel quale ci troviamo attualmente è rappresentato dal fatto che una comune indicazione clinico-comportamentale per chi fa un uso professionale della voce – oltre a porre attenzione ad una corretta idratazione sistemica –  è quella di evitare sostanze con potere disidratante come la caffeina, l’alcool, i decongestionanti, i diuretici etc. Tuttavia la letteratura scientifica riporta una scarsa evidenza a supporto degli effetti negativi che tali sostanze avrebbero sulla qualità vocale e sulla performance fonatoria [xxvi] [xxvii] [xxviii] [xxix] [xxx] [xxxi].

Conclusioni e prospettive

La letteratura fino ad ora prodotta sull’argomento indica che sembrerebbe esistere un’interessante relazione tra idratazione e salute vocale, tuttavia molti aspetti restano da approfondire. Ciò che oggi si può affermare con un ragionevole grado di sicurezza è che la disidratazione ha conseguenze negative sulla fisiologia cordale e sulla produzione vocale, quindi va prevenuta. Non si può essere altrettanto sicuri riguardo all'entità dei benefici di protocolli di idratazione cordale condotti a prescindere dallo stato di idratazione globale del soggetto (quindi anche in condizioni di buona idratazione basale), sebbene complessivamente esistano trend di correlazione positiva tra l’idratazione e il miglioramento della performance vocale.

In futuro altre ricerche saranno necessarie per chiarire e quantificare gli effetti dell’idratazione topica e sistemica sulla voce, oltre che per indicare quali procedure si debbano impiegare (e in quali circostanze) al fine di garantire risultati vocali ottimali. 

Bibliografia

---

[i] Jequier E, Constant F. Water as an essential nutrient: the physiological basis of hydration. Eur J Clin Nutr. 2010;64:115–123.

[ii] Leydon C, Sivasankar M, Falciglia DL, Atkins C, Fisher KV. Vocal fold surface hydration: a review. J Voice. 2009;23:658–665. 


[iii] Fisher KV, Telser A, Phillips JE, Yeates DB. Regulation of vocal fold transepithelial water flux. J Appl Physiol. 2001;91:1401–1411. 


[iv] Hille B. Ion Channels of Excitable Membranes. Sunderland, MA: Sinauer; 2001. 


[v] Leydon C. Stimulating Chloride Ion Fluxes Across Vocal Fold Epithelium. Communication sciences and disorders [Ph.D.]. Evanston, IL: Northwestern University; 2005. 


[vi] Fisher KV, Lodewyck D, Menco B, Telser A, Yeates D. Sodium dependent 
transepithelial water fluxes of the vocal fold. Paper presented at The International Conference on Voice Physiology and Biomechanics; September 2002; Denver, CO. 


[vii] Lodewyck D, Menco BP, Fisher KV. Immunolocalization of aquaporins in vocal fold epithelia. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 2007;33: 557–563. 


[viii] Hartley NA, Thibeault SL. Systemic hydration: relating science to clinical practice in vocal health. J Voice. 2014 Sep;28(5):652.

[ix] Sivasankar M, Leydon C. The role of hydration in vocal fold physiology. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 2010;18:171–175. 


[x] Ayala KJ, Cruz KJ, Sivasankar M. Increased hydration in voice therapy: is there support for its widespread use? Tex J Audiol Speech Lang Pathol. 2007;30:47–57. 


[xi] Fisher KV, Ligon J, Sobecks JL, Roxe DM. Phonatory effects of body fluid 
removal. J Speech Lang Hear Res. 2001;44:354–367. 


[xii]  Ori Y, Sabo R, Binder Y, et al. Effect of hemodialysis on the thickness of vocal folds: a possible explanation for postdialysis hoarseness. Nephron Clin Pract. 2006;103:c144–c148.

[xiii] Hamdan AL, Ashkar J, Sibai A, Oubari D, Husseini ST. Effect of fasting on 
voice in males. Am J Otolaryngol. 2011;32:124–129. 


[xiv] Verdolini-Marston K, Sandage M, Titze IR. Effect of hydration treatments on laryngeal nodules and polyps and related voice measures. J Voice. 1994; 
8:30–47. 


[xv] Verdolini-Marston K, Titze IR, Druker DG. Changes in phonation threshold 
pressure with induced conditions of hydration. J Voice. 1990;4:142–151. 


[xvi] Solomon NP, Glaze LE, Arnold RR, van Mersbergen M. Effects of a vocally
fatiguing task and systemic hydration on men’s voices. J Voice. 2003;17:31–46. 


[xvii] Solomon NP, DiMattia MS. Effects of a vocally fatiguing task and systemic hydration on phonation threshold pressure. J Voice. 2000;14:341–362. 


[xviii] Roy N, Tanner K, Gray S, et al. An evaluation of the effects of three laryngeal lubricants on phonation threshold pressure. J Voice 2003;17:331–42

[xix] Verdolini K,TitzeIR, Fennel A. Dependence of phonatory effort on hydration level. J Speech Hear Res. 1994;37:1001–1007.


[xx] Franca MC, Simpson KO. Effects of hydration on voice acoustics. Contemp 
Issues Commun Sci Disord. 2009;36:142–148. 


[xxi] Fujita R, Ferreira AE, Sarkovas C. Videokymography assessment of vocal fold vibration before and after hydration. Rev Bras Otorrinolaringol. 2004; 70:742–746. 


[xxii] Yiu EML, Chan RMM. Effect of hydration and vocal rest on the vocal 
fatigue in amateur karaoke singers. J Voice. 2003;17:216–227. 


[xxiii] Centro de Foniatria y Logopedia (CFL) - Santander (http://foniatriaylogopedia.com)

[xxiv] Borragan AT. Hidratación y Lubrificación para un alto rendimiento de la voz. Online-publication avaliable at http://gellingeffect.com/publicazione/

[xxv] Leydon C, Wroblewski M, Eichorn N, Sivasankar M. A meta-analysis of outcomes of hydration intervention on phonation threshold pressure. J Voice. 2010;24:637–643. 


[xxvi] Verdolini K, Min Y, Titze IR, et al. Biological mechanisms underlying voice changes due to dehydration. J Speech Lang Hear Res. 2002;45: 268–281. 


[xxvii] Roh JL, Kim HS, Kim AY. The effect of acute xerostomia on vocal function. 
Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 2006;132:542–546. 


[xxviii] Tanaka K, Kitajima K, Tanaka H. Relationship between transglottal pres- sure and fundamental frequency of phonation, with effects of dehydration produced by atropine, in healthy volunteers. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2001;110:1066–1071.

[xxix] Akhtar S, Wood G, Rubin JS, O’Flynn PE, Ratcliffe P. Effect of caffeine on the vocal folds: a pilot study. J Laryngol Otol. 1999;113:341–345.

[xxx] Erickson-Levendoski E, Sivasankar M. Investigating the effects of caffeine on phonation. J Voice. 2011;25:e215–e219.

[xxxi] Ahmed S, Coomber S, Chetwood T. A pilot randomised control trial: the effects of decaffeinated drinks on voice quality. Clin Otolaryngol. 2012; 37:428–431.

ESERCIZI A VOCAL TRACT SEMI-OCCLUSO: principi e applicazioni.

di Marco Fantini

Gli esercizi a vocal tract semi-occluso o SOVTE (Semi Occluded Vocal Tract Exercises) sono esercizi di riscaldamento vocale che si basano sulla parziale occlusione del vocal tract durante la fonazione. Sono impiegati da molto tempo in tutto il mondo come approcci volti a ridurre la tensione eccessiva del tratto vocale e a migliorare la qualità risonanziale della voce. Inizialmente sono stati sfruttati da cantanti e professionisti della voce come esercizi di riscaldamento; più recentemente hanno iniziato ad essere inseriti in approcci riabilitativi logopedici. Essi hanno come principio comune una riduzione dell’area coronale del vocal tract nella sua parte distale (in corrispondenza o vicino alle labbra) che determina un incremento di impedenza acustica del vocal tract. In fisica, l’impedenza acustica è la grandezza che descrive come un fluido si oppone al passaggio delle onde sonore. L’impedenza non è sinonimo di resistenza, infatti è descritta dalla formula:

Z = R + iX

in cui R rappresenta la resistenza e X la reattanza. A differenza della resistenza, la reattanza è una grandezza che descrive la capacità di un sistema di immagazzinare energia sotto forma di energia inerziale che può essere reimmessa nel sistema stesso (per cui si parla di reattanza inertiva). L’impedenza acustica descrive quindi la resistenza e la reattanza del mezzo attraversato dalle onde sonore. In questo senso si può affermare che il complesso sorgente vocale + vocal tract rappresenti un sistema non lineare, in cui esistono forti interazioni di feedback tra la sorgente e il filtro, in grado di influenzarsi reciprocamente.

L’aumento di impedenza nel vocal tract si accompagna ad un incremento della pressione sopraglottica e ad una riduzione della pressione transglottica (rappresentata dalla differenza tra la pressione sotto e sopraglottica).  La bassa pressione transglottica garantisce una produzione vocale economica dal punto di vista del carico di lavoro sulle corde vocali e al tempo stesso favorisce la comparsa di forti feedback vibratori lungo il vocal tract. L’impedenza acustica è quindi un elemento molto importante ai fini della produzione vocale: se l’impedenza aumenta eccessivamente la pressione sopraglottica eguaglia la pressione sottoglottica e la vibrazione cordale cessa; tuttavia un incremento di impedenza acustica nel vocal tract tale da garantire una pressione transglottica sufficientemente bassa risulta benefico in termini di economia ed efficienza vocale. In base a quanto esposto, si può ipotizzare che l’applicazione dei SOVTE aiuti a raggiungere una produzione vocale economica ed efficiente (massimo risultato con minimo sforzo)[1].

MODIFICAZIONI FISICO-ACUSTICHE PROMOSSE DAI SOVTE

I SOVTE esplicano le loro funzioni agendo a vari livelli e determinando cambiamenti di natura aerodinamica, vibratoria ed acustica nell’organo vocale[2] [3][4][5][6][7].

Titze ha teorizzato le ragioni per cui un aumento di impedenza (in particolare di reattanza) del vocal tract possa risultare benefico ai fini della produzione vocale [8], influenzando la funzione della sorgente sonora  a due livelli:

1. Interazioni di natura acustico-aerodinamica: l’impedenza nel vocal tract influenza le caratteristiche (ampiezza e contenuto armonico) del flusso glottico e dell’onda sonora. La fonazione che avviene con F0 vicina F1 garantisce una riduzione del flusso glottico ma allo stesso tempo una produzione vocale ricca in armonici. L’incremento di impedenza nel vocal tract ottenibile con i SOVTE favorirebbe un decremento della frequenza della prima formante e faciliterebbe la produzione di una frequenza fondamentale (F0) vicina ad F1, permettendo all’esecutore di sperimentare  una produzione vocale più economica in termini di lavoro ma allo stesso tempo efficiente dal punto di vista della ricchezza armonica [2] [6]. La relazione favorevole di vicinanza tra F0 ed F1 è stata descritta in molti studi [9] [10] [11] [12] [13], tra cui studi di analisi di SOVTE [14] [15] [16] [17].

2. Interazioni di natura meccano-acustica: la pressione nel vocal tract influenza le caratteristiche vibratorie cordali. È stato dimostrato che la pressione di soglia fonatoria o phonatory threshold pressure (PTP) - che rappresenta la minore pressione sottoglottica richiesta per innescare la vibrazione cordale - può essere ridotta incrementando l’impedenza del vocal tract [18] [19] . La PTP tende ad aumentare dopo un eccessivo uso vocale [20] e a volte dopo esercizi vocali sostenuti ad alte frequenze [21]. La riduzione del PTP al contrario facilita l’onset vocale e riduce il carico di lavoro sulle corde vocali [22]. Una bassa PTP garantisce inoltre un più ampio range di valori di pressione sottoglottica sfruttabili ai fini della fonazione.  I SOVTE promuovono quindi variazioni dei pattern vibratori cordali favorendo una minore richiesta di lavoro muscolare a parità di output vocale, garantendo così un incremento dell’economia vocale[23].

TIPI DI ESERCIZI A VOCAL TRACT SEMI-OSTRUITO

Esistono molti tipi di esercizi caratterizzati dalla parziale occlusione del vocal tract. Alcuni di essi possono essere eseguiti autonomamente, altri richiedono l’ausilio di particolari dispositivi meccanici.

I primi annoverano alcuni tra gli esercizi vocali di più ampia diffusione, come i trilli linguali, i trilli labiali, le fricative bilabiali [β:], gli hummings e i suoni nasalizzati, ma anche i finger kazoo (fonazione a labbra protruse e poggiate contro il dito indice che funge da elemento resistivo), i finger-trills (esercizi in cui il trillo è ottenuto con un dito che si muove ritmicamente tra le labbra) e la mano contro la bocca (che crea una sorta di camera di resistenza).

Tra i secondi, alcuni dei più noti sono rappresentati dagli esercizi vocali con i tubi di risonanza (resonance tubes) e la variante LaxVox, gli esercizi con le cannucce (flow resistance straws) o con le mascherine da ventilazione.

I tubi di risonanza rappresentano una tecnica Finlandese nata negli anni ’60, proposta da Antti Sovijarvi dell’Università di Helsinki. Tale tecnica prevede l’impiego di tubi di vetro di lunghezza e diametro variabile, la cui estremità prossimale viene tenuta tra le labbra, mentre l’estremità distale può essere tenuta libera in aria o sotto la superficie dell’acqua contenuta in un bicchiere o in una bottiglia [24]. Similmente, la variante LaxVox prevede l’impiego di tubi di silicone la cui estremità distale è tenuta sotto il livello dell’acqua [25] (Link 2). La tecnica della fonazione con le cannucce è stata proposta da Ingo Titze dell’Università dell’Utah (Salt Lake City) [22] [32] e prevede l’esecuzione di esercizi vocali con comuni cannucce (di diametro e lunghezze variabili) tenute tra le labbra (Link 1). 

Link 1: Ingo Titze dimostra la modalità di impiego delle cannucce nel riscaldamento vocale

Link 2: tecnica Lax Vox

L’impiego della mascherina è stato proposto da Alfonso Borragan Torre (Centro di Foniatria e Logopedia, Santander), e prevede la fonazione all’interno di una maschera facciale da ventilazione posta sul volto, il cui raccordo viene occluso con il palmo della mano (Figura 1).

Tutti gli esercizi descritti hanno come comune denominatore l’aumento della resistenza al flusso espiratorio durante la fonazione e quindi un incremento pressorio retrogrado nel vocal tract, con le conseguenze fisico-acustiche sopra illustrate. 

Figura1. Maschera da ventilazione

EFFETTI DEI SOVTE e AMBITI DI IMPIEGO[26]

I SOVTE hanno una lunga storia di impiego nello studio del canto e nei professionisti della voce, sia come esercizi di riscaldamento/defaticamento sia come mezzi per incrementare le potenzialità vocali. Alcuni studi hanno dimostrato miglioramenti nella qualità vocale percepita e in alcuni parametri acustici vocali immediatamente dopo l’esecuzione di SOVTE [27] [28] [29] [30] [31].

Più recentemente i SOVTE hanno trovato una certa diffusione anche in ambito riabilitativo tra i logopedisti specializzati nella patologia vocale. Titze sostiene che gli esercizi a vocal tract semi-ostruito siano in grado di ridurre l’impatto di collisione tra le corde vocali durante la fonazione, risultando ad alta economia vocale [32]. In effetti i SOVTE sembrerebbero rappresentare un valido strumento riabilitativo in grado di migliorare la qualità vocale, limitare i traumatismi cordali e ridurre l’ipercinesia laringea in soggetti disfonici  [17] [33].

Uno studio recente di Guzman et al. ha indagato gli effetti a breve termine sulla fonazione dopo esercizi con tubi di risonanza e cannucce [34], dimostrando come tali esercizi possano avere effetti positivi sia in ambito di didattica vocale sia in ambito riabilitativo. Per quanto riguarda la qualità vocale, vari studi hanno riscontrato effetti positivi quali un decremento del valore assoluto del Singing Power Ratio (SPR, differenza in dB tra i picchi armonici più intensi nelle finestre 0-2000Hz e  2000-400Hz del power spectrum) e un incremento dell’energia spettrale nella zona cluster della formante di canto. Questo dato ha trovato riscontro nell’incremento del rapporto tra l’area trasversale ipofaringea e quella epilaringea osservato in TC. Anche le analisi percettive hanno confermato complessivamente una migliore qualità vocale dopo gli esercizi proposti. Dal punto di vista terapeutico, i reperti di imaging di una migliore chiusura velare, un allargamento faringeo e un abbassamento laringeo suggerirebbero possibili impieghi di tali esercizi nella correzione dell’ipernasalità e delle ipercinesie laringee.

SOVTE A CONFRONTO e CLASSIFICAZIONE

Un recente studio di Andrade et al. ha messo a confronto e classificato alcuni dei SOVTE più diffusi [35]. Gli esercizi presi in considerazione sono stati gli hummings, il trillo linguale, il trillo labiale, la mano sulla bocca, il LaxVox, le cannucce e il trillo linguale combinato con la mano sulla bocca.  Gli esercizi sono stati classificati in due gruppi sulla base di indagini elettroglottografiche ed acustiche (Fig 4):

• GRUPPO 1 - statici (hummings, mano sulla bocca e cannucce): tali esercizi sfruttano una singola sorgente vibratoria nel vocal tract (le corde vocali) e sono caratterizzati da un valore stabile di quoziente di chiusura glottica (CQ) e F0. In questo gruppo di esercizi si determina un minore valore F1-F0, quindi teoricamente una maggiore impedenza (reattanza), che si accompagna ad una maggiore economia fonatoria.
• GRUPPO 2 - fluttuanti (trilli labiali, trilli linguali e LaxVox): tali esercizi usano una sorgente vibratoria secondaria nel vocal tract, con fluttuazione di CQ ed F0. Questo garantisce una sorta di “effetto massaggio” sulle cavità del vocal tract, attraverso un feedback vibratorio positivo. In questi esercizi il valore F1-F0 è più alto rispetto a quello degli esercizi di gruppo 1, determinando minori variazioni di impedenza nel vocal tract e una minore economia vocale.

Figura 2: classificazione dei SOVTE su base fisiologica e acustica [35]

Da queste premesse risulta che i due gruppi di esercizi abbiano presupposti e  conseguenze sulla fonazione leggermente diversi. Il massimo guadagno vocale sembrerebbe derivare dalla combinazione di un esercizio di gruppo 1 (statico) con un esercizio di gruppo 2 (fluttuante). Come esemplificato nello studio in questione, l’abbinamento del trillo linguale (esercizio fluttuante) con la mano sulla bocca (esercizio statico) garantisce il mantenimento del feedback vibratorio sul vocal tract, ma allo stesso tempo favorisce una riduzione del valore F1-F0 (Fig 5). 

Figura 3. Relazione tra CQ ed F1-F0 tra SOVTE di gruppo 1, gruppo 1 + 2 e gruppo 2 [35]

CONCLUSIONI

I SOVTE risultano validi esercizi per il riscaldamento, il defaticamento e la riabilitazione vocale. Le evidenze disponibili in letteratura sembrano confermare la loro efficacia sia in ambito canoro che logopedico. Sicuramente i vantaggi più grandi forniti dai SOVTE sono rappresentati dal fatto che:

• sono esercizi a basso costo vocale, mettono "al sicuro" la voce durante il warming up.  
• sono esercizi ad alta efficienza (garantiscono una produzione vocale più economica, ma al contempo favoriscono più brillantezza e proiezione vocale dopo il warming up).
• sono esercizi che innescano forti feedback somatosensitivi (stimoli pressori e vibrotattili) che incrementano la sensazione di comfort fonatorio e consentono al performer/paziente di lavorare sulla propriocezione vocale.

Certo è che i SOVTE non devono essere considerati come "miracolosi", bensì vanno eseguiti con cognizione e sotto la supervisione di un esperto in materia (insegnante o logopedista).
I più grandi limiti degli studi fino ad ora condotti su questo argomento sono rappresentati dalla mancanza di risultati a lungo termine e dallo scarso numero di soggetti mediamente arruolati negli studi. Disponendo di una grande varietà di esercizi a vocal tract semi-occluso e di premesse scientifiche incoraggianti, un futuro obiettivo potrebbe consistere nello studio degli effetti dei diversi SOVTE  con indagini più “forti” dal punto di vista scientifico (es. RCT) e in varie categorie di soggetti (stratificati per genere, età, stile canoro, tipo di patologia etc). Si potrà così garantire in futuro l’applicazione di tali tecniche in maniera sempre più personalizzata a seconda degli ambiti e delle esigenze.

BIBLIOGRAFIA

1. Bele IV. Artificially lengthened and constricted vocal tract in vocal training methods. Logoped Phoniatr Vocol. 2005;30:34–40. 


2. Story B, Laukkanen A-M, Titze I. Acoustic impedance of an artificially lengthened and constricted vocal tract. J Voice. 2000;14:455–69. 


3. Peterson KL, Verdolini-Marston K, Barkmeier JM, Hoffman HT. Comparison of Aerodynamic and Electroglottographic Parameters in Evaluating Clinically Relevant Voicing Patterns. Ann Otol Rhinol Laryngol. 1994;103(51):335-46
. 

4. Fant G, Lin Q. Glottal source-vocal tract acoustic interaction.  Stockholm: Royal Institute of Technology, STL-QPSR; 1987.  Report No 1.


5. Ishizaka K, Flanagan J. Synthesis of voiced sounds from a twomass model of the vocal cords. Bell System Technical/
Journal. 1972;51:1233-68.

6. Titze I. The physics of small-amplitude oscillation of the vocal folds. J Acoustic Soc Am. 1988;83:1536-52.


7. Miller D, Schutte HK. Effects of downstream occlusions on pressures near the glottis in singing. In: Gauffin J, Hammar- berg X, editors. Vocal fold physiology. Acoustic, perceptual and physiological aspects of voice mechanism. Stockholm, Royal Institute of Technology: Singular Publishing Group; 1991. 

8. Titze IR. Voice training and therapy with a semi-occluded vocal tract: rationale and scientific underpinnings. J Speech Lang Hear Res. 2006;49: 448–459. 


9. Sundberg J. Formant technique in a professional female singer. Acustica. 1975;32:89–96. 


9. Sundberg J. Formants and fundamental frequency control in singing: an experimental study of coupling between vocal tract and voice source. Acustica. 1981;49:47–54. 


11. Fant G. Glottal flow: models and interaction. J Phonetics. 1986;14: 393–399. 


12. Schutte H, Miller D. The effect of F0/F1 coincidence in soprano high notes on pressure at the glottis. J Phonetics. 1986;14:385–392. 


13. Titze IR. A theoretical study of F0-F1 interaction with application to resonant speaking and singing voice. J Voice. 2004;18:292–298.

14. Gaskill CS, Erickson ML. The effect of a voiced lip trill on estimated glottal closed quotient. J Voice. 2008;22:634–643.


15. Gaskill CS, Quinney DM. The effect of resonance tubes on glottal contact quotient with and without task instruction: a comparison of trained and untrained voices. J Voice. 2012;26:79–93.

16. Gaskill CS, Erickson ML. The effects of an artificially lengthened vocal tract on estimated glottal contact quotient in untrained male voices. J Voice. 2010;24:57–71.

17. Guzman M, Higueras D, Fincheira C, Muñoz D, Guajardo C, Dowdall J. Immediate acoustic effects of straw phonation exercises in subjects with dysphonic voices. Logoped Phoniatr Vocol. 2013 Apr;38(1):35-45. 
18. Titze IR. Phonation threshold pressure measurement with a semi-occluded vocal tract. J Speech Lang Hear Res. 2009;52:1062–1072. 
19. Titze I, Story BH. Acoustic interactions of the voice source with the lower vocal tract. J Acoust Soc Am. 1997;101:2234–2243. 
20. Milbrath RL, Solomon NP. Do vocal warm-up exercises alleviate vocal fa- tigue? J Speech Lang Hear Res. 2003;46:422–436.
21. Motel T, Fisher KV, Leydon C. Vocal warm-up increases phonation threshold pressure in soprano singers at high pitch. J Voice. 2003;17: 160–167.
22. Titze I, Finnegan E, Laukkanen A, Jaiswal S. Raising lung pressure and pitch in vocal warm-ups: the use of flow-resistant straws. J Sing. 2002; 58:329–338.
23. Laukkanen AM, Lindholm P, Vilkman E, Haataja K, Alku PA. Physiological and acoustic study on voiced bilabial fricative /b:/ as a vocal exercise. J Voice. 1996;10:67–77. 

24. Simberg S, Laine A. The resonance tube method in voice therapy: description and practical implementations. Logoped Phoniatr Vocol. 2007;32: 165–170.
25. Sihvo M, Denizoglu I. Lax Vox Voice Therapy Technique. Downloadable handouts. Available at: www.laxvox.com. Accessed November 12, 2014.
26. Dargin TC, Searl J. Semi-Occluded Vocal Tract Exercises: Aerodynamic and Electroglottographic Measurements in Singers. J Voice. 2014 Sep 25. pii: S0892-1997(14)00113-1.
27. Sampaio M, Oliveira G, Behlau M. Investigation of the immediate effects of two semi-ocluded vocal tract exercises. Pro Fono. 2008;20:261–6.
28. Enflo L, Sundberg J, Romedahl C, McAllister A. Effects on vocal fold collision and phonation threshold pressure of resonance tube phonation with tube end in water. J Speech Lang Hear Res. 2013;56:1530–8.
29. Schwarz K, Cielo CA. Vocal and laryngeal modifications produced by the sonorous tongue vibration technique. Pro Fono. 2009;21:161–6.
30. Miller R. Sotto voce: what does humming accomplish? J Sing. 1996;52: 49–50.
31. Laukkanen A-M. About the so called ‘resonance tubes’ used in Finnish voice training practice: an electroglottographic and acoustic investigation on the effects of this method on the voice quality of subjects with normal voice. Scand J Log Phon. 1992;17:151–161.
32. Titze IR. How to use the flow-resistant straws. J Sing. 2002;58: 429–430. 
33. Paes SM, Zambon F, Yamasaki R, Simberg S, Behlau M. Immediate effects of the Finnish resonance tube method on behavioral dysphonia. J Voice. 2013 Nov;27(6):717-22.
34. Guzman M, Laukkanen AM, Krupa P, Horacek J, Svec JG, Geneid A. Vocal tract and glottal function during and after vocal exercising with resonance tube and straw. J Voice. 2013;27:523.e19–34.
35. Andrade PA, Wood G, Ratcliffe P, Epstein R, Pijper A, Svec JG. Electroglottographic study of seven semi-occluded exercises: LaxVox, straw, lip-trill, tongue-trill, humming, hand-over-mouth, and tongue-trill combined with hand-over-mouth. J Voice. 2014 Sep;28(5):589-95.

Quest'opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione - Non commerciale - Non opere derivate 4.0 Internazionale.