Biofísica Da Fonação

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Biofísica Da Fonação
Biofísica
1. Introdução
Os seres vivos possuem a habilidade de se comunicar entre si. Emissões de som (fala e canto) e
linguagem corporal são formas utilizadas de comunicação por estes seres. Através da voz humana, o
homem consegue interagir com várias espécies, o que o torna um ser social. Além dos sons
articulados ao falar e cantar, outros sons que não estão relacionados à linguística, tal qual o riso, a
tosse, o choro, o grito, o gemido, o suspiro, o balbuciar, os estalos com a língua, o bocejo, o ronco, o
espirro, etc. acabam sendo sons propagados através das ondas sonoras (GARCIA, 2000).
O aparelho fonador humano é constituído pelas fossas nasais, boca e anexos, úvula, faringe, laringe,
sistema respiratório (traqueia, brônquios, bronquíolos, pulmões, músculos da parede torácica,
diafragma) e sistema nervoso (centros nervosos coordenadores da fala e do canto e centros
nervosos responsáveis pelo controle da respiração). O ato de emitir sons de vogais envolve centros
de controle específicos da fala na região cerebral, funções mecânicas, por meio das ondas sonoras
na produção da voz e no controle desse som para produzir um fonema definido. As ondas
mecânicas apresentam aplicabilidade em diversas áreas da saúde (medicina, odontologia e
biologia), sendo utilizadas em vários tratamentos e pesquisas, além de se fazer presente na
comunicação dos seres vivos em diferentes espécies (GARCIA, 2000).
2. Fisiologia Da Voz
A voz é determinada pelo resultado da repercussão do ar pulmonar através da vibração das pregas
vocais e de sua passagem pelas cavidades de ressonância, porém, tal explicação mecânica não
abrange o fato de que ela é um produto absolutamente individual e único, que reflete o modo como
o indivíduo sente-se afetivamente, revelando seu interior e constituindo um trabalho duplo da
laringe e da personalidade. A voz depende da atividade muscular que serve à sua produção, além da
integridade de todos os tecidos do aparelho fonador (CIELO, 2009).
2.1. Aparelho Fonador
Para estudar a biofísica da fonação, precisamos, antes, conhecer o aparelho fonador, que é
constituído por um conjunto de três componentes anatômicos essenciais, responsáveis pela fala e,
por que não, pelo canto. Nele, são caracterizados o sistema respiratório, a laringe e os ressonadores
(faringe, boca e cavidades anexas – fossas nasais). Fora os componentes citados, tudo acontece
organizado no sistema nervoso central (cérebro), nos centros nervosos coordenadores da fala e do
canto.
2.2. Sistema respiratório
A produção da fala nos seres humanos é possibilitada por um sistema respiratório pulmonar,
munido com diafragma, pulmões, laringe, vias aéreas superiores e vários outros músculos
(abdominais e da caixa torácica), além de estruturas ósseas e cartilaginosas (traqueia, brônquios e
bronquíolos). Por meio da inspiração, o diafragma (músculo inspirador) move-se para baixo,
havendo o armazenamento do ar necessário dentro dos pulmões, matéria prima da fonação. A
partir daí, o ar que saí dos pulmões passa pela laringe, onde estão localizadas as pregas vocais, que,
no momento da expiração, aproximam-se e vibram, produzindo o som. Este som, que, de início, é
baixo e fraco, será amplificado pelas cavidades de ressonância (que são faringe, boca e nariz). Após
amplificado, o som será articulado na cavidade oral por meio dos lábios, bochechas, língua, palatos
(duro e mole) e mandíbula. Portanto, os sons vocálicos se devem a sucessivas interrupções da
coluna de ar que se movimenta no sistema respiratório.
2.3. Laringe
A laringe, por ser o principal órgão da voz, será mais bem trabalhada anatomo-fisiologicamente.
Esta localizada na extremidade superior do tubo traqueal, onde este último se abre na parte
posterior da garganta (faringe). É na laringe que se situam as pregas vocais, responsáveis pela
produção da voz. As pregas vocais apresentam-se como dois lábios horizontais posicionados na
extremidade superior da traqueia, formando saliências na parede interior da laringe, uma à direita
e outra à esquerda, conforme figura abaixo. Não menos importante, a laringe se encontra dividida
em três regiões anatômicas: a glote (no meio da laringe, onde estão presentes as pregas vocais); a
supraglote (na parte superior, inclui a epiglote, pregas aritenóides, ariepiglóticas e as falsas cordas
vocais); e a subglote (a parte inferior da laringe) (GRACIA, 2000; RAMOS, 2013).
Acoplada na parte anterior, as pregas vocais podem afastar e aproximar uma da outra na parte
posterior e, ao se aproximarem, vibram devido à ação do sopro pulmonar. Há dois tipos de
músculos inseridos na laringe: os músculos intrínsecos (tireoaritenóideo, cricotireóideo,
cricoaritenóideo lateral e cricoaritenóideo posterior), diretamente relacionados ao controle das
vibrações das pregas vocais, e os músculos extrínsecos, que se relacionam à elevação e ao
abaixamento da laringe durante a fonação de frequências agudas e graves, conforme figura abaixo.
Anatomia da laringe em visão sagital mediano (esquerda) e superior (visão endoscópica).
Músculos intrínsecos da laringe
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A proeminência laríngea ou o pomo-de-adão (mais conhecida por este nome) é uma saliência do
osso hióide, presente na laringe e facilmente perceptível no organismo masculino. Essa saliência é
determinada por grandes concentrações de hormônios masculinos, principalmente, a testosterona.
2.4. Ressonadores
Os ressonadores são constituídos por cavidades como as fossas nasais, que se unem à rinofaringe, a
boca, sendo especializados em modular os sons vocálicos, ruídos e consonantais, além de ter anexos
importantes na comunicação, tais como a língua, os dentes, os lábios e as bochechas. Os sons
produzidos na laringe são modificados nos ressonadores.
A faringe é afunilada e se ocupa de uma cavidade muscular que contrai lateralmente ou no sentido
de trás para frente, mediante a ação dos músculos constritores da faringe. Está localizada na porção
entre o sistema respiratório e digestório, logo após a boca e por trás da língua, conforme figura
abaixo. É comum chamar a faringe popularmente de garganta, servindo de corredor para a
propagação dos sons orais e nasais. A laringe se abre em sua porção superior dentro da faringe, o
que interfere nos músculos constritores da faringe. Esses movimentos participam de maneira muito
importante na articulação das vogais. Essa cavidade divide-se em três estágios sobrepostos: a
hipofaringe (ou laringofaringe), a orofaringe e a rinofaringe (nasofaringe) (GRACIA, 2000;
RAMOS, 2013).
A hipofaringe (ou laringofaringe) é toda parte da faringe situada abaixo da porção livre da epiglote.
A orofaringe está localizada por trás da boca e apresenta os pilares anteriores e posteriores do véu
do palato, separadas em baixo pela base da língua, que se aproxima em cima, formando uma ogiva;
nesta, encontramos a úvula. Além disso, neste estágio, ainda podemos ver as tonsilas. Já a
rinofaringe (nasofaringe) se localiza atrás das fossas nasais; quando o véu do palato mole está
abaixado, a orofaringe se comunica com a rinofaringe.
Anatomia da faringe com os três estágios (hipofaringe, orofaringe e rinofaringe).
2.5. A voz humana
A produção da voz e fala é resultado da soma de processos que envolvem diversas partes dos
organismos, todos interconectados, como a cavidade nasal, dentes, laringe, traqueia, cartilagem
cricóide, epiglote, palato mole, língua entre outros constituintes do aparelho fonador (DURÁN,
2003). A voz e fala são consequências do movimento reduzido, aumentado e não-coordenado do
aparelho fonador. A voz é considerada uma expiração sonorizada no processo da respiração,
resultando na produção do som que pode ser ouvido, e proporciona um controle do som, para
produzir uma fonação clara.
Na fonação, a expiração ativa expulsa o ar dos pulmões pela ação dos músculos expiradores,o que é
necessário a produção da voz, fato conhecido por “sopro fonatório”. No decorrer da fonação, o ar da
respiração ocasiona a vibração das pregas vocais que, inicialmente, estão fechadas, resultando em
um som confuso. Observe a abertura e o fechamento das pregas vocais na figura a seguir. Os sons
vocalizados são produzidos por segmentos mudos da corrente respiratória, emitidos entre as pregas
vocais (DURÁN, 2003).
A frequência do som (altura) produzido pelas pregas vocais depende da tensão experimentada e de
sua massa. A massa vocal do homem é maior do que da mulher. Quando há uma determinada
tensão, a frequência da voz masculina é menor (grave) e da feminina é alta (agudo). Com aumento
na tensão e uma diminuição na massa das pregas vocais, haverá uma elevação da frequência, ou,
com diminuição na tensão e um aumento na massa da prega vogal, por unidade de comprimento
das pregas vocais, teremos uma diminuição da frequência vibratória. Com isso, pode-se afirmar que
tensão e massa das pregas vocais são efeitos inversamente proporcionais.
Alguns fatores biofísicos interferem na vibração das pregas vocais, como gradiente de pressão entre
as superfícies superior e inferior das pregas vocais, elasticidade, tensão e efeito Venturi. Com
relação do efeito do gradiente de pressão entre as superfícies superior e inferior das pregas vocais, o
tempo da expiração irá interferir, por ser muito mais longo que a inspiração. O efeito ocorre
durante a expiração, quando o ar proveniente dos pulmões estimula as pregas vocais fechadas,
aumentando a pressão dentro do sistema respiratório abaixo da laringe, caracterizando um
gradiente de pressão entre as superfícies das pregas vocais.
Pregas vocais.
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Com relação a elasticidade, tensão das pregas vocais e efeito Venturi, o comportamento das pregas
vocais, dotadas de elasticidade, é de se manterem tensas pela ação dos músculos da laringe. Em
virtude da progressiva compressão exercida pelos elementos elásticos responsáveis pela expiração,
a diferença de pressão aplicada sobre as pregas vocais cresce até atingir um nível elevado para
forçar a passagem do ar por entre as pregas. O movimento do ar em alta velocidade reduz a pressão
lateral exercida sobre as pregas vocais (Efeito Venturi), atuando nos músculos da laringe e
promovendo o fechamento do espaço entre as pregas vocais. Com a expiração continuada, o
gradiente de pressão volta a aumentar até alcançar novamente a pressão da abertura da glote,
reiniciando o processo de fracionamento da coluna de ar. A frequência do fracionamento é
proporcional à tensão a que estão submetidas as pregas vocais, bem como a velocidade com que se
desenvolve o gradiente de pressão entre as suas superfícies superior e inferior. Existem também
fatores biofísicos capazes de alterar a voz, como as cavidades ressonantes (boca, nariz, faringe, etc.)
e o hormônio testosterona, que aumenta a massa das pregas vocais, interferindo no
desenvolvimento da laringe, que se torna maior e mais baixa, promovendo, assim, alteração e
frequência da voz (GARCIA, 2000).
Os animais de inúmeras espécies utilizam a vocalização para diversos fins, tais quais: localização
por ressonância, para afastar invasores e inimigos, dominar território, em rituais de acasalamento e
na comunicação inter e intraespecífica. Quando algumas espécies de aves abrem o bico e lançam o
seu canto, elas não estão executando um ato voluntariamente artístico. O objetivo é, de alguma
forma, expressar ou manifestar um sentimento específico (acasalamento, domínio territorial).
2.6. Produção do fonema
A corrente respiratória resultante com componentes periódicos e não-periódicos é modulada e
modificada para produzir o fonema, que se inicia com a reunião da faringe, as pregas oral e nasal
para formar uma cavidade ressonante. Na sequência, a cavidade nasal se une a outras cavidades
para produzir o som nasal definido. Os músculos da parte superior da faringe e o palato mole
iniciam, simultaneamente, uma conexão e/ou desligamento com alterações na ressonância. Por sua
vez, a cavidade oral muda as condições de ressonância para uma posição diferencial da língua, do
maxilar inferior e por alterações na abertura dos lábios.
A partir da produção do fonema, a corrente respiratória passa a ser um fonema concreto por meio
da impedância produzida pelos articuladores: língua, dentes e lábios (DURÁN, 2003). Portanto, a
produção da fala é o resultado da soma de válvulas musculoesqueléticas sobre a corrente
respiratória. Com isso, os sons fluem em rápidas sequências agrupadas em palavras e frases em
diferentes velocidades e ritmos característicos de cada idioma e indivíduo.
3. Ondas Mecânicas
As ondas mecânicas são produzidas por perturbação ou distúrbios que se propagam em meios
materiais, como no ar e na água. Portanto, são geradas a partir da propagação de energia que
interagem com a matéria para sua propagação. Podemos defini-las como aquelas que se propagam
através de um meio material, por meio do deslocamento de uma perturbação local, e que interferem
no estado de movimento das partículas desse meio (MOURÃO JÚNIOR, 2018). Existem três tipos
de ondas mecânicas: em cordas (instrumentos musicais), na água e as ondas sonoras (comunicação
dos seres vivos) (DURÁN, 2003). Além disso, podem ser ondas mecânicas transversais ou
longitudinais. A diferença destas ondas é o tipo de perturbação, conforme a figura abaixo.
Perturbação significa produção de uma alteração local no movimento das moléculas. É considerada
a criadora da amplitude da onda e não desloca a massa no sentido da propagação da onda
(MOURÃO JÚNIOR, 2018). As ondas mecânicas transversais à perturbação são perpendiculares à
direção de propagação da onda, como aquela encontrada nas cordas dos instrumentos musicais. Já
as ondas mecânicas longitudinais à perturbação são paralelas à direção de propagação da onda,
como encontrado nas ondas sonoras (DURÁN, 2003).
A velocidade de uma onda mecânica depende do meio em que ela se propaga. Quanto mais denso o
meio, maior a velocidade de propagação. Por isso, a velocidade de propagação das ondas mecânicas
é maior em sólidos, seguida em líquidos e gases (MOURÃO JÚNIOR, 2018).
A viajem das ondas mecânicas em diferentes meios.
4. Som
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O som é um representante da onda sonora que constitui um tipo de onda mecânica longitudinal
importante na biofísica da fonação e da audição. Um fator interessante relacionado com as
características físicas do som é a não transmissão no vácuo, uma vez que é preciso matéria para a
propagação. O som nos oferece uma sensação sonora no ouvido humano, em que o movimento
vibratório de um meio material (sólido, líquido ou gasoso) percorre um meio material elástico entre
o corpo vibrante e a orelha. Os fenômenos sonoros distinguem-se um do outro por três qualidades
fisiológicas: volume, frequência e timbre (MOURÃO JÚNIOR, 2018).
O volume do som é definido como a intensidade da onda sonora: caracterizado pela amplitude das
oscilações. Gritar não significa falar alto, mas sim com maior intensidade. Com a intensidade, é
possível diferenciar um som forte de um som mais fraco. O Volume do som é medido em decibéis. A
frequência do som está relacionada com a altura do som. A frequência determina se um som é mais
alto (agudo) ou mais baixo (grave) que outro. Com isso, quanto maior a frequência da onda sonora,
mais agudo será o som percebido (MOURÃO JÚNIOR, 2018). A unidade da frequência do som é
determinada por Hertz (Hz).
O timbre é conhecido pela qualidade do som, que nos permite diferenciar dois sons de mesma
altura e intensidade emitidos por fontes diferentes (MOURÃO, 2018). O conjunto formado pelo
som fundamental e pelas ondas secundárias produzidas nas cavidades ressoantes caracteriza o
timbre, que pode ser alterado de acordo com a vontade do indivíduo (GARCIA, 2000). Os sons da
voz humana sãoricos em vários timbres, mas sua intensidade diminui muito rápido quando sua
frequência aumenta (DURÁN, 2003). O som gerado nas pregas vocais é produzido pela corrente de
ar expirada.
Será que agora você consegue separar as notas musicais? Para os musicistas, é bem fácil. As notas
musicais são ondas sonoras que possuem identidades próprias com frequências diferentes. A nota
dó tem frequência sempre menor que a nota ré, ao se trabalhar na mesma escala.
4.1. Mecanismos de mudança de frequência
A frequência média de vibração das pregas vocais é conhecida como frequência fundamental, a qual
determina em grande extensão a altura da voz. A frequência fundamental em adultos é bastante
variável, pois depende do gênero (masculino e feminino), das constituições anatomo-fisiológicas e
dos fatores culturais (por que não?). A frequência fundamental em homens varia entre 107 Hz e 130
Hz, e, em mulheres, em torno dos 200 Hz a 220 Hz. Durante a fala, utilizamos uma frequência
vocal muito baixa, o que ocorre quando a intensidade vocal diminui, diferentemente do que ocorre
 na emissão da voz sustentada, como canto, fato no qual há um aumento da intensidade vocal.
Existe a frequência vocal particularmente ideal para o indivíduo, conhecida como frequência
natural. Ela é determinada pelas características físicas do mecanismo individual da voz.
A frequência do som nos ressonadores varia na faixa de 300 a 500 Hz, enquanto, nos brônquios, a
ressonância está entre 1000 a 1700 Hz. Alterações nestas frequências, com perda na qualidade do
som, são ocasionadas pelo aumento ou pela diminuição do volume da língua e no aumento de
tamanho das tonsilas.
4.2. Efeito Doppler
O físico Christian Doppler descreveu o efeito Doppler como o fenômeno no qual ocorre alteração na
percepção do som quando este é emitido por uma fonte em movimento. Se uma fonte emissora de
som se aproxima de um observador parado, a frequência do som percebida pelo observador é maior
(agudo) do que se a fonte estiver em repouso; quando ocorre o contrário, a fonte se afasta do
observador parado, a frequência é menor (baixo) do que se ela estivesse em repouso (MOURÃO
JÚNIOR, 2018). Então, se a fonte e o observador estiverem se aproximando ou se afastando um do
outro, as frequências das ondas não serão as mesmas, resultando no efeito Doppler, assim, o som
fica mais alto (agudo) quando se aproxima do objeto e mais baixo (grave) quando se afasta do
objeto.
5. Distúrbios Relacionados À Fonação
Os distúrbios da fonação englobam distúrbios relacionados com a voz e a fala. Estes distúrbios
chamam atenção de vários pesquisadores. O pai da Psicanálise, Sigmund Freud, foi um dos
primeiros a observar o uso incorreto involuntário da fala e relacionar isso com o inconsciente. A
partir desta observação foi postulado a ato falho – substituição inconsciente de uma expressão por
outra. O estudo da voz e da fala abre o caminho para investigar os processos cerebrais de
planejamento (distúrbios mentais) e produção da fala (doenças orgânicas). Assim sendo, foi
simplificado um modelo com quatro etapas necessárias para a produção inteligente da voz, da fala e
do canto: planejamento, programação, execução e controle. Estas quatro etapas fazem parte dos
pilares da comunicação humana (GARCIA, 2000).
As patologias associadas à comunicação humana e ligadas a estas etapas são conhecidas por:
apraxias – o paciente apresenta alteração de programação e, assim, manifesta uma lesão na área
motora secundária. Por isso, não consegue elaborar uma sequência longa de fonemas ordenados.
Os pacientes apresentam anormalidade de execução. A lesão, por sua vez, é encontrada no córtex
motor primário ou na região dos nervos cranianos orofaciais. Esses pacientes são incapazes de
encontrar uma articulação capaz de produzir uma voz clara e com sentidos explícitos. Na anartria, o
paciente não consegue articular as palavras, embora consiga compreender quando ouve ou lê. Por
fim, a afonia, um termo muito conhecido, é a incapacidade de emitir voz, pois há paralisia das
pregas vocais. Já as afasias são distúrbios do planejamento, sendo a mais conhecida a afasia de
Brocca, uma patologia do sistema central de planejamento e produção da fala caracterizada por
uma verbalização de mensagens de forma telegráfica. Paul Brocca (neurologista) descreveu esta
patologia em pacientes com grande dificuldade de falar as palavras de ligação, suprimindo,
principalmente, as preposições e conjugações. A região cerebral chamada de “área de Brocca”
apresenta lesões no córtex do lobo temporal anterior esquerdo. Já a parafasia é caracterizada pelo
emprego de palavras mal aplicadas, tornando a linguagem incompreensível. 
À vista disso, é notado que diversas áreas do sistema nervoso central (cerebelo, núcleos do tronco
encefálico e o gânglio basal), além das áreas corticais motoras e centros sensitivos, estão envolvidas
com a produção da fala e do canto.
6. Conclusão
Este tópico procurou mostrar, com base nos conceitos biofísicos, como é produzido o som e, para
isso, foi utilizado o ser humano como modelo. Vimos a notoriedade da voz, algo tão natural como a
nossa própria fisionomia e impressão digital. Notamos como há distinção entre o som e a fala, no
que se refere aos elementos do corpo e da respiração – variável segundo o sexo, idade, profissão,
personalidade, estado emocional e a intenção de que a usamos. O som é uma propagação de energia
na forma de ondas e dependente de matéria; a orelha é capaz de perceber essa energia. Esta
percepção sonora varia com o movimento da fonte ou do observador. Podemos perceber como a
fala é percorrida por meio de ondas mecânicas sonoras.
O conhecimento adquirido irá permitir que você possa avançar, de forma mais embasada,
tecnicamente falando, ao conhecer melhor o aparelho fonador, o que será de grande utilidade para
o exercício profissional, visto que cumpre papel de grande importância para o bom funcionamento
da voz, da fala e do canto.
7. Referências
CIELO, C. A.; BEBER, B. C.; MAGGI, C. R.; KÖRBES, D.; OLIVEIRA, C. F; WEBER, D. E.; TUSI, A.
R. Disfonia funcional psicogênica por puberfonia do tipo muda vocal incompleta: aspectos
fisiológicos e psicológicos. Estud. psicol. (Campinas) vol.26 no.2 Campinas Apr./June 2009.
 DURÁN, José Enrique Rodas. Biofísica – Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Pearson
Prentice Hall. 2003.
GARCIA, E. A. C. Biofísica. São Paulo: Sarvier, 387 p. 2000.
MOURÃO JÚNIOR, Carlos Alberto & ABRAMOV, Dimitri Marques. Biofísica Essencial. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan. 2018.
RAMOS, BRUNO THADEU REIS. AS SEIS CANÇÕES TROVADORESCAS DE FRUCTUOSO
VIANNA: Aspectos intertextuais e perspectivas interpretativas para voz de
contratenor na canção de câmara brasileira. Dissertação (Mestrado em Música). Escola de
Música. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte. 2013.
YouTube. (2012). Rafael Lopes. Efeito Doppler (legendado). 02min38. Disponível em<
https://www.youtube.com/watch?v=DVoVQWW6DWQ >.
YouTube. (2016). Dicas da Fono por Paula Moura. Dicas da Fono! - Qual a diferença entre
VOZ e FALA? 03min19. Disponível em< https://www.youtube.com/watch?v=MKJjPynNZAk >.
YouTube. (2019). Saúde. O que é a afasia de Broca?? 02min54. Disponível em<
https://www.youtube.com/watch?v=75wRyeeIOqg >.