Высокой певческой форманты1

Верхнюю певческую форманту следу-

ет считать основным и важнейшим ка-

чеством хорошо поставленного певче-

ского голоса.

С.Н. Ржевкин

Перейдем теперь к рассмотрению конкретной роли различных

резонаторов в формировании и генерировании важнейших особен-

ностей певческого голоса. Этой задаче будет посвящен не только

настоящий раздел, но и последующие.

Система певческих резонаторов в целом является множествен-

ным резонатором, способным перенастраиваться на усиление раз-

личных звуковых частот в определенных пределах. Вместе с тем

есть области частот, которые певческими резонаторами усилива-

ются наиболее значительно и постоянно. Это высокая и низ-

кая певческие форманты. Напомним, что формантами назы-

ваются области значительного усиления амплитуды тех или иных

обертонов голоса, что существенно влияет на тембр, фонетические

свойства и силу певческого звука в целом.

Высокая певческая форманта (ВПФ) - это группа усиленных

обертонов в основном в области re-sol четвертой октавы (пример-

но 2400-2700 Гц у мужчин и 2700-3500 Гц у женщин), придающих

голосу звонкость и полетность (см. § 3.4.2.). В этой области у мас-

теров пения, как нами показано (Морозов, 1965, 1967, 1977), со-

средоточивается от 20 до 50% (и даже более) энергии певческого

голоса (см. рис. 9, а также Приложение 2). У неквалифицирован-

ных певцов (с точки зрения академического сольного пения) ВПФ

выражена слабо (3-10%).

1 Раздел печатается по материалам доклада, сделанного автором на XI Сессии Россий-

ского Акустического Общества (Морозов, 2001а).

52 В.П. Морозов

Рис. 9. Огибающие спектров пяти русских гласных, пропетых на ноте mi (165 Гц) вы-

сококвалифицированным оперным певцом Н. Охотниковым (А) и невокалистом Л.П-

ком (Б). Вершина ВПФ указана стрелкой, вершина основного тона - крестиком, глас-

ные обозначены соответствующими буквами.

По горизонтали - средние частоты прозрачности полосовых 1/4-октавных фильтров спектрометра

SM1/2i-3a, немецкой фирмы RFT в Гц; по вертикали- интенсивность спектральных составляю-

щих (дБ над уровн. 1 мВ) (по Морозов, 1977).

Сравнение спектров А и Б. Показывает их весьма значительные различия. Певческие гласные

имеют четко выраженную ВПФ, практически одинаковую для всех гласных по уровню (=40%) и

частотному расположению (=2400 Гц). Речевые же гласные имеют в этой области спектральные

максимумы, значительно различающиеся, как по уровням, так и частотному расположению.

Данным а к у с т и ч е с к и м различиям А и Б соответствуют значительные различия слухового

в о с п р и я т и я и ф и з и о л о г и ч е с к и х механизмов образования вокальных и речевых

гласных.

В литературе существуют разноречивые предположения о ме-

ханизмах образования ВПФ и НПФ. Происхождение ВПФ еще

С.Н. Ржевкин (1936) предположительно объяснял резонансом не-

Искусство резонансного пения 53

большой надгортанной полости. Л.Б. Дмитриев экспериментально

с помощью рентгеновских снимков показал образование такой по-

лости у хороших певцов за счет сужения входа в гортань

(Дмитриев, 1968)- рис.10. Однако акустических доказательств

происхождения ВПФ не было получено.

Рис. 10 Контуры над-

связочной полости гор-

тани у хороших (а) и

плохих (б) певцов. (Для

сравнения взяты певче-

ские гласные а на средней

части диапазона каждого

голоса.)

1 - вход в гортань; 2 - контур черпаловидных хрящей; 3 - контур надгортанника; 4 - голосовые

связки; 5 - просвет трахеи; 6 - надсвязочное пространство гортани (по: Дмитриев, 1968).

Примечание. Внимание! Любому вокалисту очень важно знать,

что этот несомненно интересный объективно установленный фе-

номен (сужение входа в гортань) - у лучших певцов отнюдь НЕ со-

провождается ощущением сжатия горла во время пения, а наоборот, -

сопроваждается субъективным ощущением широкой глотки, как

при зевке, и эластической свободы гортани без каких-либо ее зажатий!

См. об этом психофизиологическом парадоксе в гл. 5, § 5.3.2., 5.1.6., а

также 4.9.2., 4.9.3., гл. 7, § 7.5. и др.

Ибо зажатие гортани ведет к горлопению и потере голоса. Об этом

предупреждали все выдающиеся певцы - Ф.И. Шаляпин, Л. Тетраци-

ни, Э. Карузо и др.

Э. Карузо. Самая худшая ошибка многих певцов состоит в том, что

они издают горловой звук... При самой крепкой конституции этого не

может выдержать даже самый мощный голосовой аппарат.

Л. Тетрацини. Самое главное - в подаче звука. Абсолютное

большинство певцов страдают от изъяна, называемого «горлопени-

ем» при подаче звука, то есть атакующий звук или начало ноты у них

образуется в горле (очевидно, по ощущению. -В.М.). Рано или

поздно такое пение приводит к потере даже самого кра-

сивого голоса»).

Е.А. Рудаков считал причиной происхождения ВПФ «краевой

тон» голосовых связок (Рудаков, 1963), т.е. собственно голосовой

54 В.П. Морозов

источник, для чего, по его мнению, «вовсе не нужна резонаторная

надставная трубка» (Рудаков, 1963, с. 167). Гипотеза Е.А. Рудакова,

которую он назвал «новой теорией образования ВПФ» (Рудаков,

1964), до настоящего времени не получила критической оценки

специалистов. Между тем она весьма малоубедительна, поскольку

спектр голосового источника по своей природе не содержит сколь-

ко-нибудь выраженных максимумов (Фант, 1964). Кроме того,

края голосовых связок при пении нот разной силы и высоты силь-

но изменяют свои физические свойства (плотность смыкания, дли-

ну колеблющейся части, просвет голосовой щели в фазе размыка-

ния и др.). Это должно было бы сказываться и на изменении час-

тотных характеристик ВПФ. Однако этого не происходит, и у хо-

роших певцов частота ВПФ при изменении силы и высоты голоса

остается практически неизменной (см. рис. 11). Это говорит скорее

о резонансном механизме ее происхождения.

Рис. 11. Огибающие спектров певческой гласной А на различных по высоте нотах.

Тенор В. П-й, 1 - sol1, 392 Гц; 2 - mi1, 330 Гц; 3 - do1, 262 Гц; 4 - sol, 196 Гц; 5 - mi,

165 Гц. Высота основного тона обозначена крестиками, вершина ВПФ - стрелкой.

Спектры показывают, что несмотря на изменение частоты основного тона и перых формант,

частота ВПФ стабильно остается в одной и той же области - 2500 Гц (по: Морозов, 1977).

Исходя из своей концепции «шумоподобного» механизма обра-

зования ВПФ голосовой щелью, Рудаков также писал, что голосо-

вая щель порождает высокочастотные составляющие, негармонич-

ные по отношению к основному тону. Это мнение также не под-

Искусство резонансного пения 55

тверждается экспериментально. На любых спектрах, как мужских,

так и женских голосов (рис. 12, 13, 14, 15), полученных при доста-

точно узкополосном компьютерном анализе (1/20-1/8 октавы и

уже), можно видеть, что область ВПФ включает гармониче-

ские составляющие спектра голосового источника с небольшими

отклонениями от гармоничности, вызванными нестационарностью

работы живого голосового источника и воздействием резонатор-

ной системы голосового тракта.

Наконец, как известно из музыкальной акустики, в образовании

звука в лабиальных системах, использующих в качестве возбудителя

шум струи воздуха, рассекаемой щелью, т.е. «краевые тоны» по Руда-

кову (свистки, органные трубы, флейты), прилежащий резонатор все-

гда является неотъемлемой и важнейшей частью, формирующей зву-

ковысотные, громкостные и тембровые свойства системы.

Рис. 12. Спектр голоса Ф. Шаляпина, «Легенда о двенадцати разбойниках», гласная О

в заключительной фразе «...за Кудеяра-разб О йника будем мы Бога молить» в слове

«разбойника», нота mi1. Область ВПФ отмечена полосой затенения. Цифры справа:

ВПФ=57,8%- относительный уровень ВПФ (Кзв голоса); Fmax=2527 Гц- частота

вершины ВПФ; Fl, F2, F3 и т.д. - частота первой, второй, третьей и др. спектральных

составляющих.

Спектр, полученный при разрешении фильтровой функции компьютера 1/20 октавы, позволяет

видеть «микроструктуру» ВПФ, которая состоит из двух основных максимально усиленных гар-

моник (F8 и F9) и двух дополнительных (F7 и F10), входящих в зону ВПФ лишь частично и пото-

му менее усиленных.

Резонансная природа образования ВПФ (точнее- 3-й речевой

форманты, соответствующей области ВПФ) была эксперименталь-

но подтверждена нами с использованием данных теории речеобра-

зования В.Н. Сорокина (1985, 1992). Спектры речевых гласных от-

личаются от певческих значительной вариабельностью частотного

положения формантных максимумов, в частности - третьей фор-

манты, расположенной в зоне ВПФ и поблизости от нее (Фант,

1964; Sundberg, 1987, р.103). По теории В.Н. Сорокина расчет час-

56 5.77. Морозов

тоты формант производился по совокупности размеров и конфигу-

рации всего артикуляционного тракта в целом, с учетом акустиче-

ского взаимодействия различных его частей. Однако, согласно тео-

рии рупора Рокара (Y. Rocard), частоты спектра выше 2 кГц мало

зависимы от резонансных процессов, обусловливающих низкочас-

тотные области спектра (Husson, 1960, 1962). Это дает основание

предположить, что надгортанную полость, порождающую высоко-

частотные максимумы спектра, можно рассматривать как локаль-

ный резонатор Гельмгольца, практически независимый от резо-

нансных характеристик глотки и ротовой полости, с собственной

резонансной частотой F0.

Таблица 1

Расчет надсвязочного резонатора

голосового тракта для разных гласных

А Э И О У Ы

Объем V см3 4,22 4,23 2,57 4,26 4,83 4,82

Длина излуч. Е см 0.88 0,88 0,66 0,88 0,88 1,10

Площадь излуч. S см 0,68 0,65 0,68 0,65 0,67 0,65

Резон, частота Fo Гц 2345 2345 3769 2282 1948 1918

3-я форманта F3 Гц

(по Сорокину, 1992)

2405 2235 3094 2316 2042 1874

Разница.F=F3 - F0% -2,5% +4,9% +21,8% -1,5% -4,6% +2,3%

Это предположение было подтверждено нами эксперименталь-

но (см. табл. 1). Расчет собственной резонансной частоты надгор-

танной полости по формуле резонатора Гельмгольца (2) показал,

что данная частота F 0, изменяется на различных речевых гласных

от 1874 Гц до 3094 Гц и определяется параметрами надгортанного

резонатора, т.е. его объемом V, который варьировался в данной

модели речи от 2,57 см3 до 4,83 см3 для разных гласных, длиной

«горла» резонатора L, которая составляла от 1,34 см до 3,08 см, и

площадью поперечного сечения «горла» S (т.е. сужения входа в

гортань), изменявшейся незначительно от 0,65 см2 до 0,68 см2. Вы-

численные таким образом значения резонансной частоты надгор-

танного резонатора по формуле резонатора Гельмгольца (2) прак-

тически совпали с частотами третьей форманты гласных по моде-

ли В.Н. Сорокина, с незначительными для подобного рода расче-

тов расхождениями: от 1,5% до 21,8%. Небольшое несовпадение

на гласной И (.F=21,8%) вызвано, очевидно, тем, что на 3-ю

форманту этой гласной влияет также маленькая переднеязычная

полость, а сильное перекрытие ротовой полости языком при ре-

Искусство резонансного пения 57

чевой артикуляции мешает выходу акустической энергии,

сформированной надгортанным резонатором. Это нежелатель-

ное для певцов явление преодолевается хорошими профессио-

налами путем пения гласной И, равно как и У, при достаточно

широко раскрытом ротовом отверстии. Мне часто приходилось

наблюдать это у хороших певцов и удивляться, как при столь

необычно широко раскрытом рте, гласные на слух не произво-

дят впечатление искаженных.

Полученные данные свидетельствуют в пользу того, что над-

гортанная полость человека является локальным резонатором типа

резонатора Гельмгольца, усиливающим высокочастотные гармо-

ники спектра голосовых связок в области ВПФ (2,4-3,5 кГц). Судя

по стабильности частотного положения вершины ВПФ в спектре

хороших певческих голосов при пении разных гласных (рис. 9) и

нот разной высоты (см. рис.11, 17), надгортанная полость-

резонатор у таких певцов сохраняется по своим размерам и форме

практически неизменной. Это хорошо согласуется с требованиями

многих опытных вокальных педагогов сохранить неизменное,

предпочтительно пониженное (как при зевке или полузевке) и

притом свободное положение гортани.

Рис. 13. Сонограмма голоса нар. арт. СССР, сопрано Т. Милашкиной, гласная А в слове

«умол Я ю», нота fa2 (сцена письма Татьяны из оперы «Евгений Онегин»). Синусои-

дальный характер гармоник спектра вызван периодическими изменениями ЧОТ

(.F1=76 Гц), происходящими вследствие вибрато (6,38 Гц). Зона ВПФ лежит в об-

ласти 3000-3500 Гц. Можно видеть, что по причине вибрато в зону ВПФ попере-

менно входят: либо пятая (F5) при min ЧОТ, либо четвертая (F4) при max ЧОТ

гармоники спектра (см. рис. 14 и 15).

58 В. П. Морозов

Резонансная природа ВПФ наглядно иллюстрируется на

рис. 13 (сонограмма) и рис. 14 и 15: спектральные срезы в об-

ласти min и max частоты основного тона (ЧОТ) и, соответствен-

но, всех гармоник спектра (Fl, F2 и т.д.). Благодаря феномену

вибрато певческого голоса (частотная модуляция всех гармо-

ник) в зону резонанса ВПФ входят попеременно то 5-я, то 4-я

гармоники спектра, соответственно усиливаясь (при входе в зо-

ну резонанса) или ослабевая (при выходе из нее).

Рис. 14. Спектр голоса сопрано Т. Милашкиной, снятый в фазе min ЧОТ вибрато

(F1=694,4Гц), показывает, что в зону резонанса ВПФ попадает в основном 5-я гармо-

ника спектра F5=3492,5 Гц., относительный уровень 23,1%.

Рис. 15. Спектр того же голоса, снятый в фазе max ЧОТ вибрато (Fl=771,l, Гц), пока-

зывает, что в зону резонанса входит уже четвертая гармоника (F4=3144,9 Гц, относи-

тельный уровень 32,5%), a F5, оказавшись частично вне зоны резонанса ВПФ, сущест-

венно ослабевает.

Резонансная природа ВПФ находит и другие любопытные

подтверждения в спектрах голоса высококвалифицированных

певцов. Так на рис. 16 и 17 видно, что после четко выраженной

ВПФ с весьма высоким относительным уровнем (64,5%) следу-

ют еще три убывающих по амплитуде максимума спектра:

F9=5284,3 Гц, F10=7959,0 Гц и еще один небольшой максимум в

Искусство резонансного пения 59

районе 10 кГц. Легко подсчитать, что эти следующие за ВПФ мак-

симумы по своей частоте приблизительно в 2, 3 и 4 раза превышают

частоту ВПФ, то есть являются как бы гармоническими со-

ставляющими ВПФ. Таким образом, надгортанный резонатор,

порождающий ВПФ, выступает как бы своеобразным генератором

более высокочастотных гармонических составляющих спектра.

Рис. 16. Г. Селезнев. Романс С. Рахманинова «Вчера мы встретились...», гласная О в

слове «Боже» во фразе «О Боже, как она с тех пор переменилась!», нота mi1. (+10

цент.). Спектральные максимумы в низкочастотной части спектра, кроме обозначен-

ных символами Fl, F2, принадлежат звукам музыкального сопровождения (рояль).

Для голоса данного певца характерен весьма высокий уровень ВПФ (64,5%), располо-

жение ее типично для высокого баса в области Fmax=2629,7 Гц. Наличие небольших

высокочастотных максимумов, расположенных на октаву выше ВПФ (F9, F10), харак-

терно для многих хороших профессиональных голосов.

Рис. 17. Г. Селезнев. Романс С. Рахманинова «О нет, молю, не уходи...», шесть гласных в

заключительной фразе «...п О б У дь со мн О й, н Е Уход И!». Прекрасно сформированная и

практически одинаковая по амплитуде и частоте ВПФ на всех шести гласных - свидетель-

ство высокого профессионализма вокально-технического певца. Согласно РТИП, это ре-

зультат большой активности и стабильности надгортанного резонатора поющего.

60 ______________________ В.П. Морозов_____________________

Это явление вполне согласуется с теорией резонанса и подтвер-

ждается на примере духовых музыкальных инструментов, например

органных труб, в которых труба-резонатор генерирует не только

основной тон, но и ряд гармонических обертонов (см. § 2.1.).

Возвращаясь к гипотезе Е.А. Рудакова о генерировании ВПФ

голосовой щелью «без участия резонаторов», следует подчеркнуть:

приведенные экспериментально-теоретические результаты не по-

зволяют приписать голосовым связкам как весьма не эффективно-

му источнику звукообразования (Фант, 1964) (и вместе с тем неж-

ному и легко ранимому) свойства генерирования громадной аку-

стической энергии в области ВПФ (до 50%) при общей силе звука

до 130 дБ и более (!) в надсвязочной области (Husson, 1962) без ка-

кого-либо участия резонаторов, как считал Рудаков. Только «его

величеству резонансу» под силу создать такую колоссальную кон-

центрацию энергии в весьма узкой области спектра певческого го-

лоса. Теория и экспериментальные факты свидетельствуют о ре-

зонансном происхождении ВПФ и о резонансном же меха-

низме защиты голосовых связок от перегрузок (Морозов, 2000;

Morozov, 2000, Морозов, 20016).

Резонансное происхождение