Designing Sound

Muscles
Mouth
Cords closed, mouth closed
Cords open, mouth open
Cords open, mouth closed
Figure 52.1
Opening and closing of the cords to produce pressure pulses and modes of resonance in the
tract.
data to study, so it’s a rich area for analysis. Let’s begin by reviewing the stan-
dard wisdom on the vocal tract due to Morse (1936), Fant (1960), and others.
The Vocal Cords
The cords or laryngeal membranes are a loose area within the respiratory tract
surrounded by muscles that can contract and tense the tissue. This produces
oscillatory motion as air is expired, like the neck of a balloon. Air pressure
forces the constricted section open, leading to a pulse of air. The elastic action
of tissue, combined with the Bernoulli effect as air moves over the cord surfaces,
pulls them back together, stopping the air flow again.
The natural frequency of this apparatus, which we denote
F
0
, is determined
by the size of the cords, the muscular force used to constrict them, and the pres-
sure developed by the lungs. It varies greatly depending on the size, species,
and age of the animal. Our voices have a frequency around 100Hz to 200Hz in
adult male humans, 200Hz to 300Hz in adult female humans, and up to 350Hz
in children. For cats this rises to 500Hz, and for buffalo, walrus, and lions it
can be as low as 30Hz.
How can we know what the vocal cords themselves sound like without the
rest of the vocal tract? Miller and Mathews (1963) and Rothenberg (1968)
found ways of inverse filtering and using air velocity measurements to deter-
mine that the waveform is a slightly asymmetrical pulse, much like a narrowed
raised cosine, which rides on top of the main flow from the lungs. Tightening
of the cords can narrow this pulse slightly without changing the fundamental
frequency.

---