Designing Sound

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Birds
Bronchus
Bronchus
Thermistors
Labia
Syringeal muscles
Tracheal muscles and cartilage
Syrinx cavity
Airflow from lung
Airflow to beak
Trachea
Avian syrinx
Interbronchial foramen (clavical/thoracic air sac)
Internal tympanic membrane (semilunar)
External typmanic membrane (resonator)
Pessulus
Figure 51.1
Anatomy of avian syrinx.
from each bronchus. The flow of air within the bronchi is controlled by muscles
and cartilage that dilate or constrict to control the pressure.
Pressure pulses are developed by the bronchial muscles acting with labia
at the entrance to the syrinx. The whole syrinx is surrounded by muscles, but
further up towards the trachea there is another set; thus the pressure into and
out of the syrinx is controllable. Sound production is not perfectly understood
but is certainly a combination of resonances from the membranes and inter-
actions of the labia, cartilage, and trachea entrance as the creature carefully
changes these impedances to create song (Fagerlund 2004). It seems the bird
can feel the airflow using tiny hairs, called thermistors, in each bronchus, so
this almost certainly plays a part in some feedback mechanism. One attempt
at understanding the sound of the syrinx focuses on the FM/AM nature. If
we assume the output impedance is high and each side of the cavity to be a
Helmholtz resonator, then the frequency of it is dependent on the volume, but
the effective volume varies in inverse proportion to the pressure on the opposite
side of the syrinx.
As the pessulus moves across to the left side, pivoting on the clavical sac,
it simultaneously reduces the volume and increases the pressure on that side.
At the same time the labia move together, constricting air flow through this
side. The speed of the air moving past the opposite side is now fast and the
pressure lower, so the pessulus moves back to the right side, opening the left
labia and letting out a pulse of air that has built up. These pulses of air enter
the resonant cavity and produce a burst of frequency. By varying the syrinx
muscles the bird can control the frequency of these bursts, and by varying the
tracheal muscles it can control the impedance of the outlet port to perform
amplitude modulation.

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