クラッキング音　3ページ

５．他の音響特性と比較

１）骨対骨の接触

（１）条件

鶏の大腿骨と脛骨を手を使い直接接触させた時の音

（２）測定結果と比較考察

• 2KHz付近に共振がある。
  クラッキング音の一次共振周波数とよく類似している。おそらく骨自体も発音に影響をあたえている。
• 15KHz付近から減衰が大きい
  クラッキング音より15KHzz付近から減衰が大きい（5db/5KHzに対し8db/5KHz）いのは、手のスピードで接触させるよりキャビテーションの方が高域のエネルギーが高いためであろう。

２）短母指外転筋・屈筋の巧打（指鳴らし）

（１）条件

短母指外転筋・屈筋を巧打（指鳴らし）した時の音

（２）測定結果と比較考察

• 聴感でわかる様に4KHzの単音である。
• クラッキング音の様に顕著な次数共振が見られない。
• クラッキング音には顕著な次数共振が見られる事から、筋肉だけでなく
• 骨・筋肉・靱帯が複合体となって発音にいたっていると思われる。
• 5KHz付近の極がある
• クラッキング音と同じように5KHz付近に減衰極が現れており全体的な周波数レベル配分はよく似ている。
• クラッキング音は筋肉や皮膚面を通して聞こえる事から音響振動に筋肉や皮膚面が関与している。

３）注射器のポンピング音

（１）条件

デスポ注射器（10ml）に栓をして、プランジャを引いて静的キャビテーションを作る。
その後力を外してキャビテーが崩壊した時の音を測定した。

（２）測定結果と比較考察

• 1次共振周波数が少しずれているが、周波数成分はクラッキング音と非常に似ている。
• キャビテーションの崩壊と周辺組織（この場合は注射器）の振動が、合成されてクラッキング音が出ていると考えられる。
• クラックキング音と異なるのは、伸び側でキャビテーションが崩壊するのでは無く戻り側でキャビテーションが崩壊するそのため時間軸でポンピングの揺り返しが見られる。
  それと何度でも音が発生できる。

４）気泡の崩壊（ビール）

（１）条件

缶ビール（350ml）の開栓後、二酸化炭素の気泡が崩壊する音

（２）測定結果と比較考察

• 1.2KHzにピークを持つ単純な音であり、クラッキング音とはまったく異なる。
• もしキャビテーションの音がすべてなら、この様に単純な音として聞こえるはずだが実際のクラッキング音は、複雑な周波数を含んでいる。
  つまりキャビテーション崩壊の音だけでなく複数の要因が絡んでポキポキ音が構成されている。

６．クラッキング音の考察

• 音響測定から、キャビテーションの崩壊により骨や靱帯・筋肉で構成される関節構造物全体でクラッキング音を出している事が解った。
• 人体の関節構造が類似している事から、キャビテーション発生・崩壊する条件がそろえば、どの関節からでもクラッキング音が発生される。
• クラッキング音は、一度鳴ると再び鳴るまでに40分必要といわれています。注射器の実験で見られるような構造なら繰り返し音をだせますが人体の関節では異なります。これは、関節の構造に非線形の構造原因があると考えられます。

・クラッキング音発生時の力作用・・・・・下図

クラッキング音が発生する時は、関節可動端で発生することが多い。
これは関節可動端で加わる力が、筋肉では無く靱帯に作用している事からも関節の距離を制限しているのは靱帯である。
指を伸張した場合も靱帯に力が加わっており条件は、同じである。

・クラッキング音の再発生から

クラッキング音が再び鳴らせるのに約40分かかると言われています。
キャビテーションが発音の原因である事から、その40分間は、キャビテーションが発生出来ない事になる。
クラッキング音が発音する時はキャビテーションが発生できる。その後の40分ではキャビテーションが発生出来なくなっている事になります。
キャビテーション発生は関節腔が飽和水蒸気圧以下になることで発生します。
飽和水蒸気圧は温度に左右されますが、関節腔は、体温の恒常性から温度変化は少なく滑液の成分変化や粘性変化も少ないことから、関節腔内圧力がキャビテーション発生を決めていると考えられます。

CO2が定義されているが、筋の活動代謝であるCO2分圧増加による解離曲線の右偏するボーアの法則からきていると思われる。
しかしCO2は常温で気体であり筋組織から急激に気化するとは考えにくい。
CO2のキャビテーションならば崩壊が高圧か低温度で発生しなくてはならないので現実と合致しない。
さらに関節腔内は、滑液で満たされており、滑液の成分は水分が主であることから滑液が気化することでクラッキングを発生させていると考えたほうが妥当である。

クラッキング音の出る時は、外力により関節腔内圧がキャビテーションの発生まで圧力低下します。
発音後では、外力が加わってもキャビテーションの発生する圧力までは低下しないことになります。
関節腔の圧力は関節を固定している靱帯が非線形の動きをしその回復に時間がかかる。
関節腔内のためと考えられる。

・関節腔の負圧による関節体の結合

関節直径をφ15mm　とすると　関節面は、177mm2となる
標準大気圧101Khp　キャビテーションまでの蒸気圧（成分は水30℃と想定）4Khpとすると1.8Kgの力で静圧のキャビテーションが発生します。

クラッキング音の実験では8Kgが必要としており明らかに関節腔の負圧以外に関節を拘束制限する構造物（靱帯）が考えられる。
実験が英国人なので関節直径を30mmにしてもキャビテーションまで7.3Kgとなり8Kgに及ばない。

・靱帯のコントロール

筋電図から神経電位の持続時間は1〜5msであり頻度が 30〜100Hzである。
クラッキング音は、１桁ほどは速いスピードで発生している。
クラッキング音は神経伝達でコントロールされているのではなく構造的に発音していると考えられる。
ただしクラッキング音の振動や刺激は伝達されている。

・以上の事からクラッキング音発生時の関節距離制限機構は、靱帯が行なっていると言える。
靱帯の構造は、組織に強度と剛性を与える膠原線維と負荷時に張力を与える弾力線維、容積を与える細網線維から構成されておりクラッキングを発生させのに適した構造、組織である。

・まとめ

クラッキング音の発音メカニズム

• 関節面に加わる大気圧と靱帯や筋肉の拘束力を超える。
• 靱帯が伸び関節面が高速で離開し関節内圧が低下しキャビテーションが発生する。
• 靱帯や関節包の変形で関節内に滑膜ヒダや滑液が流れ込む
• 関節内圧が戻りキャビテーションが崩壊する。
• 崩壊したキャビテーションが、靱帯や関節包を振動させる。
• 振動が音となって空気中に放出されクラッキング音となる。
• 再び関節を広げると靱帯が障壁なく伸びるので関節内に滑膜ヒダや滑液がスムーズに出入りし、関節内の圧力がキャビテー発生まで低下せず、クラッキング音が発生しない。
• 40分経つと靱帯が元の状態に戻りクラッキング音が発生する様になる。

発音メカニズムから言えることは

（１）スピードが速いほどクラッキング音が出やすい。

スピードは、キャビテー生成に影響しており障壁を越える時のスピードが速いほどキャビテーが出来やすい。

（２）強い力は要らない。

弾性障壁を超える力は必要だがそれ以上はいらない。

（３）方向が大切

靱帯の波状方向に力を加えるのが最小の力方向

（４）関節の弾性障壁は、大気圧の影響を受けている。

大気圧によって力加減が変化する。

（５）関節構造体の大きさで音域が変わる。

小さい関節構造体は高音域に大きい関節構造体は低音域に音域が移動する。

（６）クラッキング音が出なくても関節可動域は大きくなる。

関節内の圧力がキャビテーション発生までいたらなくても、靱帯が伸び可動域が大きくなる。