Голосовай аппарат. Голосовой аппарат

• Название: Голосовой аппарат
• Дата: 23.11.2021
• Размер: 1.22 Mb.
• Имя файла: Голосовай аппарат.docx
• Тип: Документы; #280258
• страница: 3 из 5

Резонанс. Остановимся на явлении резонанса — ос­новном механизме, изменяющем первоначальный спектр источ­ника звука в различных музыкальных инструментах. Резонанс слу­жит причиной усиления разных групп обертонов, т. е. основным темброобразующим механизмом. Явление резонанса в быту обще­известно. Резонанс возникает, например, тогда, когда фортепиано с нажатой педалью отвечает сильной раскачкой той струны, тон которой совпадает со звуком, извлеченным на другом инструменте. (Правда, раскачивается еще несколько струн, но значительно сла­бее.) Возникновение отзвука на одном инструменте под влиянием звучания второго и есть резонанс. Это явление, весьма важное для понимания многих феноменов, связанных с певческим голосом, позволяет правильно оценить работу так называемых верхнего и нижнего резонаторов певца, разобраться в формировании тембра певческого голоса и образования звуков речи вообще.
В чем сущность данного феномена, и почему на фортепиано сильно ответила только одна струна, а не все, хотя звуковые волны от другого инструмента дошли до всех его струн? Как известно, струна, натянутая на колок, издает звукопределенной высоты, и это зависит от ее упругости, длины, толщины и ха­рактера материала, из которого она сделана. Каждая струна форте­пиано имеет свою высоту звучания, т.е. собственную ча­стоту колебаний. Звуковые волны, исходящие от другого инструмента, действительно достигают всех струн фортепиано, и под влиянием первой волны они все выходят из покойного состоя­ния и начинают колебаться. Однако под воздействием многочис­ленной серии волн сильно раскачивается только та струна, собственная частота которой совпадает с часто­той подходящих волн. Только при этом совпадении частот резонирующая струна получает в такт своих колебаний с каждой новой подходящей волной новую маленькую порцию энергии; по­степенно она раскачивается все больше и больше. Другие струны не отзываются на эти малые порции ритмически поступающейэнергии, т. е. периодические толчки, потому что они осуществля­ются не в такт собственным колебаниям струн. Так, если качели подталкивать в такт — они раскачаются, если не в такт, они, кач­нувшись от первого толчка, будут остановлены вторым или третьим. Если собственная частота струны ровно вдвое, втрое и т. д. больше, чем частота подходящих волн, то такие струны тоже раскачиваются, получая подталкивание в такт через одно, два и т. д. колебания. Но в этом случае раскачка получается менее сильной. Потому и фортепиано отвечает раскачкой не только той струны, которая по собственной частоте совпадает с частотой под- I ходящих волн, но и октавной струны к этому тону, квинтовой струны через октаву и т. д., составная часть которых в 2, 3, 4 и т. д. раза больше частоты подходящих волн. Следовательно, явление резонанса возникает при совпадении не только основных тонов, но и обертонов. Только в этом случае раскачка получается менее \ сильной.
Т еперь рассмотрим вопрос о том, произошло ли усиление звука в результате резонанса струны, и откуда взялась энергия врезонирующей струне? Легко понять, что для слушающего данный звук оказался усиленным, так как одновременно со звуком от другого инструмента до его уха доходят колебания от резонирующей струны. Однако столь же очевидно, что энергию для своих колеба­ний резонирующая струна получила от другого инструмента, эта энергия не родилась в ней, а лищь постепенно накопилась, акку­мулировалась, аналогично энергии, накапливающейся от нашей руки при раскачивании в такт качелей. Это значит, что при явле­нии резонанса струны фортепиано звук усиливается за счет отдачи накопленной энергии. Сначала звуковая энергия переходит в ме­ханические колебания струны (раскачка), а затем механическая энергия колебания снова переходит в звуковые волны. Между тем в других струнах эта энергия не аккумулируется (один толчок рас­качивает, а второй — останавливает). При резонансезвучание усиливается, хотя новой энергии не возникает. В приведенном примере мы коснулись для нагляд­ности резонанса в струнах. В голосовом аппарате мы имеем дело с резонансом объемов воздуха.

Резонаторы и деки. Под резонатором в акустике подра­зумевается какой-либо объем воздуха, заключенный в упругие стенки и имеющий выходное отверстие. Резонатором он называ­ется потому, что при возбуждении колебания находящегося в нем воздуха он издает звук определенной высоты. На данном принципе построены резонаторы Гельмгольца. Высота звука, рожденная в ре­зонаторе, зависит от объема заключенного в нем воздуха, формы резонатора и  размеров  выходного  отверстия  и  называется собственным тоном резонатора. С точки зрения аку­стики стакан, полый шар, трубка, бутылка являются резонаторами. Чем меньше размеры резонатора и вместе с тем объем за­ключенного в нем воздуха, тем выше собственный тон. Чем меньше выходное отверстие — тем ниже.
В основе резонанса лежит образование так называемой стоячей волны, которая "бегает" в стенках резонатора от дна до края и об­ратно. Поскольку скорость распространения волны в воздухе по­стоянна, то за одно и то же время в небольшом объеме воздуха волна успевает совершить много полных колебаний (т. е. соб­ственный тон имеет высокую частоту), а в больших объемах — ма­ло (т. е. небольшую частоту). Поэтому собственный тон резонато­ров небольшой величины высок, а большой — низок. На явлении собственных колебаний, возникающих в трубках, основано устрой­ство органов, где самые низкие звуки возникают в трубах, имею­щих длину в несколько метров, а самые высокие — 1—2 си.
Когда мы наливаем воду из стакана в бутылку, мы слышим, как звук по мере заполнения ее водой становится все выше, на­поминая свисток тогда, когда вода доходит до горлышка. Это свя­зано с уменьшением столба колеблющегося воздуха, причем источ­ником колебаний служит сотрясение его падающей струей воды.
Явление резонанса в резонаторах возникает по тому же прин­ципу, что и в струнах. Резонатор "отвечает" на звук, совпадающий по частоте (высоте) с его собственным тоном, аккумулирует, на­капливает энергию, содержащуюся в подходящих к нему волнах, а затем отзвучивает — отчего звук для слушателя становится громче.

Рис. 14. Опыт Гельмгольца, доказывающий наличие колебаний в резонаторе. В бутылке, служащей резонатором (1), вместо дна натя­нута перепонка (2), к которой свободно прикасается подвешенный на нитке легкий шарик (3). Когда бутылка резонирует, пере­понка под влиянием раскачки воздуха внут­ри бутылки начинает колебаться, а шарик отскакивать от нее.

В голосовом аппарате человека имеется множество полостей и трубок, в которых могут развиваться явления резонанса. Трахея и бронхи, полость гортани, глотки, рта, носоглотки, носа и окружа­ющие его мелкие придаточные полости обладают достаточно упру­гими специально приспособлены для усиления каких-либо других обер­тонов (например, нос и его придаточные полости). Другие легко меняют свою форму и размеры, например, ротовая полость, глотка,надскладочная полость гортани, т. е. могут использоваться в широ­ких пределах для изменения исходного тембра путем резонатор-ного усиления определенных групп обертонов. Именно благодаря резонаторным явлениям в спектре голоса получаются "пики", уси­ливаются отдельные обертоны, которые часто оказываются сильнее основного тона (см., например, рис. 13 и 23).
В струнных инструментах основным механизмом, меняющим исходный тембр струн, служат деки. Под деками понимаются спе­циально сконструированные деревянные доски, образующие, на­пример, корпус струнных инструментов. Деки отдают воздушной среде те колебания, которые они получили от источника колеба­ний — от струн. Однако они являются не только передатчиками, но и трансформаторами тембра исходного звука струн.
Д ля того чтобы понять, как это происходит, позволим себе привести следующий пример. Всем известен ксилофон — инстру­мент, состоящий из отдельных деревянных дощечек — брусочков различной длины, которые при ударе палочкой издают музыкаль­ный тон определенной высоты. Этот тон зависит от длины брусоч­ка, его толщины и материала, из которого он сделан. Собственно, и резонировать дощечка будет на этот тон. Деки можно себе-пред­ставить как сумму таких дощечек, скрепленных воедино и имею­щих различную форму у разных инструментов. Звук от колеблю­щейся струны в виде убывающего частокола амплитуд передается декам. Последние начинают колебаться с присущими им собствен­ными колебаниями, в результате чего в пространство излучается не столько тот спектр, что рожден струной, сколько тот, который свойствен декам, корпусам инструментов. Общеизвестно, что цен­ность скрипки определяется особенностями строения ее корпуса, дек, а не качеством натянутых струн. То же относится и к фортепиано, где кроме механики ценится прежде всего то, что дает красивый звук, т. е. качество деревянных конструкций, дек. В ре­зультате колебания дек те или иные обертоны, хорошо резониру­ющие в деках, могут оказаться относительно сильнее других. Так, из убывающего частокола частот, характерного для колебаний струны, образуется спектр с отдельными усилениями, "пиками" тех или иных частот (см. рис. 10).
В голосовом аппарате не существует подоб­ных дек. Механизм изменения исходного тембра не связан свибрациями груди, нёбного свода или каких-либо частей орга­низма, как об этом иногда пишут в старых руководствах. Измене­ние исходного тембра гортани целиком зависит от резонаторных явлений, развивающихся в полостях голосового аппарата. В насто­ящее время исследован как звук, возникающий в голосовой щели, так и воздействие на него резонаторных полостей.

Звук голосовой щели. При операциях на гортани был впервые изучен звук, исходящий непосредственно из голосовой щели в ра­невое отверстие. Он был записан и акустически проанализирован. На слух он резко отличается от нормального. Прежде всего изме­нен его индивидуальный тембр, он неузнаваем, носит "пищащий" характер и, кроме того, не имеет формы гласного звука. При по­пытке произнести разные гласные или слова голосовая щель издает однородный тон. Губы и язык делают соответствующие артику­ляционные движения, но поскольку звук гортани идет непосред­ственно в раневое отверстие, а не поступает в ротоглоточный ка­нал, никакого звука изо рта не выходит. Данный факт подтвер­ждает, что в гортани возникает индифферентный звук, не имею­щий формы того или иного гласного, что характер речевого звукаесть результат прохождения исходного тембра гортани через надставную трубку, т. е. ротоглоточный канал.
Форманты гласных звуков речи. Как известно было еще со вре­мен Гельмгольца, каждый гласный звук содержит в своем оберто-новом составе две основные, относительно усиленные области ча­стот, так называемые характеристические  тоны Гельм­гольца, по которым наше ухо отличает один гласный звук от дру­гого. Есть и другие характеристические области частот, в некото­рых гласных их 4—5, но основные — две.

Рис. 15. Вверху — спектр гортани, состоящий из большого числа убывающих по амплитуде обертонов. Внизу спектры гласного звука е, взятого на разной высо­те (слева 100 Гг, справа 200 Гц). Формантные области 700 Гц и 1400 Гц остаются постоянными, несмотря наизменение высоты основного тона.

Эти области частот но­сят название формант гласных. Одна из областей обя­зана своим происхождением резонансу глотки, вторая — j резонансу ротовой полости. Этим определяется необхо­димость при переходе от од­ного гласного к другому пе­ремещать язык из однойпозиции в другую. Язык яв­ляется основным артику­ляционным органом, пере­мещение которого создает в ротовой и глоточной поло­сти нужные для образования формант объемы воздуха. Именно потому невозможно при одном положении языка произнести разные гласные. Зафиксированное положе­ние языка создаст и одинаковые по объему полости в глотке и во рту (следовательно, оди­наковый их резонанс), форманты не смогут образоваться, и гласные не возникнут.

Р ис. 16. Схема образования из пер­вичного спектра гортани спектра звука е. Показаны полости рта и глотки, где в результате резонанса усиливаются обертоны, имеющиеформантное значение, т. е. прида­ющие звуку характер гласного е.

Объемы глоточной и ротовой полостей находятся по величине в обратных отношениях и изменяются при произношении разных гласных в последовательности и-е-а-о-у. На иротовая полость наименьшая по объему, так как спинка языка поднята к передней части твердого нёба. Эта малая полость резонирует на 3000 Гц. В ней образуется ротовая форманта гласного и. На гласном и гло­точная полость, наоборот, наибольшая. Она резонирует на звук высотою в 400 Гц, и в ней образуется глоточная форманта гласного и.Ротовая полость увеличивается при переходе от гласного и к гласному у, глоточная же уменьшается при переходе от и к е, на о и у снова увеличивается.
Таким образом, переход от одного' гласного к другому естьтембральное изменение звука, обязанное своим происхождением изменению резонанса ротогло-точных полостей. Между тем каждый из нас легко различает не только гласный или согласный звук, но также и то, кто их произ­носит: мужчина или женщина, бас, баритон или тенор и т. д. Такое различие зависит не только от разной высоты, на которой говорят

Р ис. 17. Положение артикуляторных органов при произнесении речевых гласных и, а, о, у по рентгенограммам и спектры этих гласных. Спектры сняты в акустической лаборатории Москов­ской государственной консерватории им. Чайковского при со­действии Д. Юрченко и Е. Рудакова. На спектрах хорошо видны формантные области гласных, а на рисунках — полости, в которых эти форманты возникают. Ясно различается переме­щение языка при переходе от одного гласного к другому. Над­гортанник следует за корнем языка, и вход в гортань меняет свои размеры.

м ужчины или дети, но и от формант гласных, которые у детей и женщин сдвинуты вверх по диапазону (рис. 19 и 20). Мы различаем также, знакомый или незнакомый человек произнесслово. Подобные особенности тембра связаны с неформантными областями спектра, т. е. со всем остальным набором обертонов го­лоса, характерных для того или иного человека, что и создает его индивидуальный тембр.

Рис. 19. Спектры речевого звука а вверху, речевого звука и внизу у мужчин и женщин (по Н. Жинкину). А — мужской голос, Б — женский голос. У женских голосов форман­тные области несколько смещены к высо­ким частям.

Р ис. 20. Формантные об­ласти гласного е у муж­чины, женщины и ре­бенка (по Р. Юссону). У женщины и ребенка ос­новные тоны, обозна­ченные крестиками, и формантные области (в виде линий) смещены вверх.

У человека есть два механизма изменения тембра, две возможности воздействия на тембр голоса: можно менять, во-первых, исходный тембр, рождающийся в голосовой щели (например, грудной и фальцетный звук, жесткая или мягкая атака звука), и, во-вторых, форму и размеры резонансных полостей по пути движения звука от голосовых складок до губ.

Ф орманты музыкальных инструментов и певческие форманты. Выше речь шла об образовании речевых формант гласных; термин "форманта" рассматривался только в связи с гласными. Однако этим термином обозначается любое усиление обертонов в спектре,формирующее то или иное характерное качество тембра звука. Особым набором обертонов-формант отличается, например, зву­чание гобоя, флейты, кларнета, фагота и т. п. Знание характерных усиленных частот-формант того или иного инструмента позволяет воспроизводить звучание и искусственно создавать тембры различных музыкальных инструментов. Этой возможностью с давних пор пользуются, например, при конструировании органов, имеющих наряду с клавиатурой регистры, воспроизводящие тембры многих инструментов.
Конечно, особенности звучания инструментов не ограничены определенным набором характерных обертонов — формант, они зависят от характера начала звука, его длительности, от изменения силы звука, вибрато. Например, звук фортепиано начинается с удара молоточка по струне и затем всегда затихает. Кроме того, он не имеет такого вибрато, как скрипичные инструменты. Скрипка же или виолончель могут начать звук с едва слышного pianissimo и развернуть звучание до forte, менять по своему выбору динамику на протяжении звучания, так же как и вибрато.
Спектр звука речевого голоса состоит из усиленных обертонов, определяющих звучание его в форме того или иного гласного речи, т. е. формант гласных и остальных обертонов, расположенных во внеформантных областях. С этим связаны индивидуальные особенности звучания голоса того или иного человека. Конечно, неодинаковое звучание речи у разных людей зависит и от многих других признаков: от высоты, на которой человек говорит, от ме­лодики речи, ее темпа, богатства и индивидуальных особенностей артикуляции, от динамических различий и т. п. Наше ухо чутколовит эти особенности и по ним опознает говорящего. Если осо­бенности речи выходят за пределы норм данного языка, то мы их воспринимаем как акценты, как искажения. При переходе от речи к пению высота каждого звука вместо скольжения по звуковой шкале вверх или вниз приобретает устой­чивость, слоги растягиваются, и в голосе, как правило, появляется приятная вибрация. При обычном бытовом пении голос мало раз­нится по тембру от речи, так как для этого используются привыч­ные речевые установки голосового аппарата. Однако наш слух легко выделяет тех, кто имеет певческий голос.
Следовательно, в певческом голосе содержатся определенные особенности, которые составляют специфику певческого голоса. Они относятся не столько к силе звука или звуковысотным возможностям (громко и высоко могут петь многие), сколько к тембровым качествам, кото­рые особенно хорошо выражены у тех, кто имеет от природы по­ставленный голос или профессионально обработанный.
Х орошо поставленный певческий голос в современной европейской оперной манере отличается, кроме большой силы и боль­ших звуковысотных возможностей, ровностью красивого¹ вокаль­ного тембра. Это означает, что певческий голос всегда звучит ярко, звонко, блестяще, с большим количеством "металла" и вместе с тем округло, мягко, объемно. Кроме того, он всегда имеет льющийся характер; звук хорошо тянется и имеет приятную, ровную пульсацию — вибрато, с чем и связано, как показывают экспери­менты, его свойство литься. Если звук лишить вибрато, то он при­обретает "прямой", безжизненный характер. Вибрато воспринима­ется нами как составная часть тембра звука.
Анализ спектра хорошо поставленного певческого голоса пока­зал, что те его особенности, которые мы хорошо слышим в тембре, такие, как металличность и блеск — с одной стороны, и мягкость, округлость — с другой, зависят от усиления в спектре голоса соот­ветственно двух областей обертонов. Эти области усиления частот, характеризующие специфический певческий тембр голоса, были названы певческими формантами.