Гельмгольца и современные теории

Резонансную природу образования речевых гласных доказал

еще Г. Гельмгольц (Helmholtz, 1913, 1-ое изд. 1862 г.). С этой це-

лью он установил сначала, что каждый из гласных звуков характе-

ризуется наличием одного или двух значительно усиленных обер-

тонов, которые он назвал характеристическими тонами

гласных (рис. 19). Благодаря тому, что эти тоны разные для раз-

ных гласных, мы и различаем их по слуху. Примечательно, что для

выделения характеристических тонов гласных Гельмгольц - гени-

альный изобретатель - воспользовался, так сказать, услугами ре-

зонанса: изготовил стеклянные шары-резонаторы разных

размеров (см. рис. 1), которые резонировали на разные по высоте

звуки. Узким концом шар вставлялся в ухо и, если он резонировал

(т.е. слышался какой-либо тон), то это означало, что в данном

гласном звуке имеется этот усиленный обертон.

Рис. 19. «Характеристи-

ческие тоны» гласных

немецкой речи в нотном

обозначении, выделен-

ные Гельмгольцем из

речевых звуков при по-

мощи шаров-резонато-

ров разного размера (по:

Helmholtz, 1913).

Резонансная теория образования речи Гельмгольца основана на

доказательстве резонансного происхождения характеристических

70 ______________________ В.П. Морозов_____________________

тонов гласных в ротоглоточной полости. Согласно теории Гельм-

гольца, голосовые связки дают лишь звуковую основу гласных -

основной тон, определяющий высоту звука с обертонами. В рото-

вой же полости образуется один или два резонатора, усиливающих

характерные для каждой гласной обертоны, т.е. формируются ха-

рактеристические тоны гласных. Два резонатора в ротоглоточной

полости образуются, по Гельмгольцу, путем ее частичного разде-

ления языком на большую и меньшую части, связанные между со-

бой сужением, образуемым языком. Важно отметить, что разделе-

ние ротоглоточной полости на две акустически сообщающиеся

между собой части не мешает ротоглоточному каналу резониро-

вать в целом и образовывать НПФ, как было показано в § 3.2.2.

Каждый из этих сдвоенных резонаторов Гельмгольц рассматривал

как резонатор, который усиливает обертоны в зависимости от сво-

их размеров и формы (см. рис. 1, 3).

Свою резонансную теорию Гельмгольц подкрепил методом мо-

делирования: в 1860 г. создал «говорящую машину», представ-

ляющую собой набор резонаторов разных объемов, т.е. резони-

рующих на разные тоны и возбуждаемых звуком электрического

зуммера (типа электрокамертона). Включая резонаторы, соответ-

ствующие характеристическим тонам гласных, Гельмгольц и за-

ставил свою говорящую машину «говорить», т.е. образовывать

звуки разных гласных1 (рис. 20).

Теория сдвоенного резонатора Гельмгольца, несмотря на свой

солидный возраст, 136 лет, не утратила своего значения и в наши

дни, хотя претерпела существенные дополнения и видоизменения.

Так, найденные Гельмгольцем характеристические тоны гласных

были названы формантами. Показано также, что в каждом

гласном их не 1-2, а больше - до 4-5, из которых первостепенное

1 Тем не менее в интересах справедливости следует заметить, что попытки создания го-

ворящей машины существовали задолго до изобретения Гельмгольца. В частности, в Рос-

сии говорящая машина была создана чуть ли не на целое столетие раньше гельмгольцев-

ской. В 1779 г. Петербургская академия наук объявила конкурс на создание аппарата для

искусственного воспроизведения гласных звуков. Вскоре такой аппарат был представлен в

Академию наук, а автор его, Х.А. Краценштейн, был награжден премией (Мясников, 1949).

Как же была устроена говорящая машина Х.А. Краценштейна?

Основу аппарата составляла искусственная гортань с искусственными голосовыми

связками, т.е. эластическими язычками, колеблющимися под действием тока воздуха, на-

гнетаемого мехами (чем не подтверждение миоэластической теории!). Высота основного

тона «голосовых связок» регулировалась специальным зажимом. «Говорить» же, т. е. вос-

производить различные гласные звуки, машина эта могла только благодаря приставляемым

к ней резонаторам различного объема и формы. Резонаторы эти в виде при-

чудливых банок и ваз надевались на искусственную гортань сверху. В зависимости от того,

какой из резонаторов на нее надет, гортань могла «произносить» различные гласные звуки.

Искусство резонансного пения 71

значение имеют первые три форманты, обозначаемые обычно сим-

волами F1, F2, F3 и т.д. (см. табл. 3.).

Рис. 20. «Говорящая машина» Гельмгольца состояла из набора резонаторов в виде

пустотелых цилиндров разной величины (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), имеющих крышки с ру-

коятками, закрывающими «горла» резонаторов. Возбуждались резонаторы с помощью

зуммеров (a1-a8), дающих звук наподобие электрического звонка (аналог звука горта-

ни), работающих от электрической батареи (е1- е2) и системы, преобразующей посто-

янный ток в переменный с помощью электрокамертона (b, f). Реостат (d) регулировал

силу тока и, следовательно, громкость звука. Включая с помощью ручек (ml-m8) те

или иные резонаторы, усиливающие разные по частоте обертоны звука зуммера (со-

гласно рис. 19), Гельмгольц и заставлял машину «говорить», т.е. издавать гласнопо-

добные звуки (Helmholtz, 1913).

Одним из наиболее известных трудов по теории образования речи

является работа шведского акустика Г. Фанта (Фант, 1964; Fant, 1960,

2-nd edition 1970). В нашей стране наиболее обстоятельные исследо-

вания по теории речеобразования проведены доктором физико-

математических наук В.Н. Сорокиным (Сорокин, 1985, 1992).

72 В. П. Морозов

Рис. 21. Традиционная схема, поясняющая роль резонаторов речевого тракта в преоб-

разовании спектра голосовых связок в спектр гласных. Импульсы голосовых связок

(вверху слева) имеют спектр гармоник S(f), постепенно уменьшающейся амплитуды

(внизу слева). Резонаторы речевого тракта настроены в каждый определенный момент

звукопроизношения на усиление определенных частот спектра и ослабление других

частот (Т(f) внизу в середине). В результате некоторые гармоники спектра голосовых

связок усиливаются, а другие ослабляются, т.е. образуется спектр, отражающий свой-

ства как голосового источника, так и резонаторов {S(f)+T(f), внизу справа). Вверху

справа - схематическое изображение звуковой волны гласного звука (по: Фант, 1964).

Таблица 3

Средние значения формантных частот

русских гласных (по: Фант, 1964)

Частота речевых формант, Гц Гласные

1-я форманта 2-я форманта 3-я форманта

У 300 625 2500

О 535 780 2500

А 700 1080 2600

Е 440 1800 2550

И 240 2250 3200

Ы 300 1480 2230

Важным дополнением теории Гельмгольца является то обстоя-

тельство, что форманты гласных не являются строго постоянными,

но существенно изменяют свое частотное положение у разных лю-

дей даже на одних и тех же гласных. Так, в женском голосе они

выше по частоте на 17%, а в детском- на 25%, что вызвано осо-

бенностями строения и формы речевых резонаторов у разных лю-

дей. Зависит также частота речевых формант и от высоты основно-

го тона голоса даже у одного и того же человека. Опознавание же

Искусство резонансного пения 73

гласных при наличии такого рода изменений частоты формант ос-

новано, как сейчас установлено, не столько на абсолютных значе-

ниях частоты формант, сколько на относительных, т.е. на соот-

ношении частот, подобно тому, как интервал квинта воспри-

нимается на слух как квинта в любом звуковысотной диапазоне.

Имеют большое значение также и амплитуды формант, а также

динамика их частотно-амплитудного значения в процессе звуко-

произношения, вследствие изменения объемов и формы речевых

резонаторов при переходе от одних звуков к другим (Златоустова,

Потапова, Трунин-Донской, 1986) и др.

Частотные значения речевых формант в пении сущест-

венно иные (Sundberg, 1987) вследствие того, что голосовой аппа-

рат певца должен обеспечить прежде всего специфические качест-

ва певческого тембра- высокую и низкую певческие форманты

(см. § 3.2.). Поэтому встречающиеся в руководствах по пению ука-

зания частот речевых формант в пении со ссылками на исследо-

вания речи не являются точными; вокальная фонетика - это особая

область науки и практики.

Фонетические особенности

Вокальных гласных

Фонетическая функция певческих резонаторов проявляется

прежде всего в сглаживании фонетической разнокачественно-

сти гласных, звучащих в обычной разговорной речи достаточно

«пестро». Если в обычной речи это нормальное явление, равно как

и в народном пении, то в академическом жанре - недопустимо. На

пестроту гласных в сценической речи сетовал К.С. Станиславский:

«Как неприятны эти пестрые голоса, - писал он, - в которых звук

А вылетает из живота, звук Е из голосовой щели, И протискивается

из сдавленного горла, звук О гудит, точно в бочке, а У, Ы, Ю по-

падают в такие места, из которых их никак и не вытащишь» (Ста-

ниславский, 1955, с. 67). Исследования показали, что «пестрота»

речевых гласных, в том числе и плохих вокальных, выражается в

значительных спектральных различиях между гласными, прежде

всего по уровням ВПФ и НПФ, а также средней певческой фор-

манты и их частотным положениям, в то время как хорошие во-

кальные гласные отличаются значительной стабилизацией этих

формант по уровню и частотному положению (см. рис. 9А, Б.). Это

соответственно обусловлено, как показали рентгенологические ис-

следования Л.Б.Дмитриева (1968), стабильностью резонаторной

3-4056

74 ______________________ В.П. Морозов____________________

системы хороших певцов, значительно меньшими изменениями

размеров и формы резонаторов в пении по сравнению с речью.

Недавно нами были проведены исследования гласных Ф.И. Ша-

ляпина, выделенных из исполняемых им произведений, имеющих ку-

плетное строение- «Дубинушка», «Легенда о 12 разбойниках» и др.

Гласные Шаляпина оказались удивительно схожими по спектру, не-

смотря на очень четкую дикцию и отсутствие искажения (§ 3.4.8.).