Низкой певческой форманты1

Резонансная природа НПФ достаточно очевидна, хотя нет единого

мнения о том, какой именно резонатор ответствен за ее происхожде-

ние. Наиболее распространенное мнение: НПФ образуется в глотке.

Обобщение собственных исследований, проведенных мною в

разные годы, а также работ других авторов, приводит нас к выво-

дам о том, что НПФ, во-первых, представляет для певческого го-

лоса значительно большую роль, чем это считалось раньше, а во-

вторых, - происхождение НПФ связано с резонансной активно-

стью двух наиболее крупных полостей голосового тракта певца -

ротоглоточного и трахеобронхиального резонаторов.

Рассмотрим сначала роль ротоглоточного резонатора, исходя из

признания, что голосовой аппарат певца в акустическом отноше-

нии аналогичен духовым музыкальным инструментам.

Каковы основания для такого рода допущения?

Голосовой аппарат певца по механизму голосообразования, не-

смотря на всю его специфику, аналогичен амбушюрным духовым ин-

струментам (труба, корнет, тромбон, валторна, туба и др.). Эта анало-

1 Раздел печатается по материалам доклада, прочитанного автором на XI Сессии Рос-

сийского Акустического Общества (Морозов, 2001а).

Искусство резонансного пения 61

гия признается многими исследователями, поскольку и там и там воз-

будителем звука служат эластические складки (голосовые складки

певца или особым образом сформированные в амбушюре губы музы-

канта), колеблющиеся под действием тока выдыхаемого певцом или

музыкантом воздуха. Свойство голосовых складок певца активно ре-

гулировать частоту звуковых колебаний1 не является принципиаль-

ным отличием для рассмотрения интересующего нас вопроса о резо-

нансных свойствах ротоглоточного резонатора. Кроме того, это свой-

ство голосовых складок, присуще в определенной мере и губам труба-

ча, поскольку известно, что для образования звуков разной высоты и

силы он должен существенно изменять жесткость губ в амбушюре ин-

струмента, делая их более мягкими при получении низких и более

плотными при образовании высоких тонов, а также изменять величи-

ну воздушного давления в своих дыхательных путях пропорциональ-

но силе и высоте издаваемых звуков. Аналогичные явления наблюда-

ются и при игре на тростиевых деревянных инструментах, например,

на фаготе, где возбудителем звука служит пластинка тростника, коле-

бательные свойства которой в некоторой степени регулируются губа-

ми музыканта, но в основном — резонансом звуковых волн в рабочем

канале инструмента (Леонов, 1992).

Все эти акустико-физиологические закономерности характерны в

общей форме и для работы голосового аппарата певца. Аналогия про-

стирается и дальше и состоит в том, что музыкант не сможет издать на

своем инструменте звук необходимой высоты, силы и качества без

помощи соответствующей перестройки резонансных свойств своего

инструмента (т.е. путем удлинения или укорочения длины его рабоче-

го канала в соответствии с длиной волны извлекаемого звука), по-

1 Сделанное замечание об активной роли голосовых складок певца в регулировании вы-

соты звука не означает, что автор этих строк принадлежит к сторонникам выдвинутой в

свое время французским исследователем Раулем Юссоном (R. Husson) так называемой ней-

рохронаксической теории голосообразования, согласно которой голосовые складки колеб-

лются не под действием тока воздуха между ними, как это предусматривает классическая

миоэластическая теория, а в результате активного сокращения мышечных волокон голосо-

вых складок, происходящих в результате поступления к ним нервных импульсов со звуко-

вой частотой из центральной нервной системы по волокнам иннервирующего голосовые

складки возвратного нерва (n. recurrens). Еще в 1977 г. мною было показано, что гортань

человека имеет ряд вполне достаточных физиологических механизмов, обеспечивающих

певцу возможность произвольно изменять высоту звука в широком диапазоне частот (до

двух и более октав) путем регулирования эластических свойств голосовых складок и уровня

подсвязочного давления воздуха (Морозов, 1977). При этом регулирующая роль централь-

ной нервной системы в работе голосовых складок представляется не менее важной и слож-

ной, чем в модели Р. Юссона, и даже более сложной, так как состоит в управлении активно-

стью множества мелких мышечных групп гортани, обеспечивающих степень жесткости го-

лосовых складок, плотности их смыкания, длины вибрирующей части голосовой щели, сте-

пени натяжения голосовых складок (связок) с помощью как черпаловидных хрящей, так и

сближения щитовидного хряща с перстеневидным и т.п. Любопытно, что последний меха-

низм регулирования частоты колебания голосовых складок, обеспечивающий певцу владе-

ние верхним, так называемым «прикрытым» участком диапазона голоса, реализуется путем

сокращения небольшой щито-перстеневидной мышцы, которая получила название «певче-

ской мышцы» (Василенко, 2002).

62 ______________________ В. П. Морозов______________________

скольку переменное звуковое давление резонирующей звуковой вол-

ны в корпусе инструмента так велико, что фактически управляет час-

тотой колебания самого возбудителя звука (губ музыканта или пла-

стинки тростника в мундштуке фагота). И точно также голосовой ап-

парат лучших певцов, как нами установлено в ряде исследований, ра-

ботает в режиме максимальной активизации резонансной системы и

создания высокого реактивного импеданса, облегчающего колеба-

тельный процесс голосовых складок (Морозов, 1996; Morozov, 2000;

Морозов, 20016).

Таким образом, аналогичность работы голосового аппарата

певца и духовых музыкальных инструментов обусловливается ря-

дом факторов: во-первых, сходством акустико-физиологических

механизмов звукообразования; во-вторых, тем, что поперечное се-

чение голосового тракта певца, так же как и рабочий канал у вы-

шеуказанных духовых инструментов, не является постоянным, но

меняется сложным образом (Story, Titze, Hoffman, 1996); в-третьих,

тем, что голосовой аппарат человека порождает полный ряд гар-

монических составляющих спектра, подобно амбушюрным духо-

вым инструментам, которые в данном отношении эквивалентны

открытым органным трубам. Закрытые органные трубы, как из-

вестно, порождают лишь нечетные гармоники основного тона

(Музыкальная акустика, 1954).

Что касается акустики амбушюрных духовых инструментов, то

теоретические расчеты и эмпирические данные свидетельствуют, что

длина их воздушного канала-резонатора (L) равна приблизительно ½

длины волны резонирующего в канале инструмента звука (Музы-

кальная акустика, 1954 с. 155). Это весьма важное для нас обстоя-

тельство, поскольку амбушюрный духовой инструмент, будучи

аналогичным по своей конструкции закрытой органной тру-

бе, тем не менее по своим акустическим свойствам оказы-

вается эквивалентным открытой органной трубе (что вызвано

переменной площадью сечения его воздушного канала и др.).

(3)

где L - длина воздушного канала инструмента, V -

скорость звука в воздухе, F0 - резонансная частота канала

инструмента

Реальная длина канала инструмента всегда несколько меньше,

ввиду поправки на выходной импеданс резонирующей в канале

Искусство резонансного пения 63

инструмента (стоячей) звуковой волны и выступающей в окру-

жающее пространство (см. сноску).

Ввиду всего сказанного, т.е. исходя из гипотезы об акустиче-

ской эквивалентности ротоглоточной части голосового аппарата

певца каналу амбушюрного духового инструмента, есть основание

полагать, что длина ротоглоточного резонатора (от гортани до

кончиков губ) также должна составлять примерно ½ длины волны

собственной резонансной частоты ротоглоточного резонатора, со-

гласно формуле (3). Иными словами, ротоглоточный резонатор

певца должен усиливать частоты спектра голосового источника,

соответствующие по длине волны удвоенной длине волны данного

резонатора (в соответствии с формулой 3).

Экспериментальному подтверждению данной гипотезы способ-

ствовали полученные нами ранее интегральные спектры разных

типов мужских певческих голосов басов, баритонов и теноров

(Морозов, 1977). Интегральные спектры показывали среднестати-

стические значения доминирующих у каждого певца формантных

областей в результате суммирования всех составляющих спектра

за достаточно продолжительный период исполнения певцом арии

или романса (2,5-4 мин.). В результате обследования 28 профес-

сиональных певцов - солистов оперных театров - было установле-

но, что для каждого типа певческих голосов характерно свое час-

тотное положение НПФ: наиболее низкое у басов - 460 Гц, наибо-

лее высокое у теноров - 590 Гц, при среднем значении у барито-

нов - 495 Гц (табл. 2, строка 1).

Далее нами были вычислены соответствующие для каждой из

этих частот НПФ длины резонаторов, исходя из признания ротог-

лоточного канала певца резонатором, аналогичным каналу амбу-

шюрного духового инструмента, генерирующего, как известно,

тон, соответствующий по длине волны удвоенной длине трубы с

концевой поправкой на импеданс1. В результате нами были теоре-

1 Теоретические расчеты и эмпирические исследования показывают, что поправка на

выходной импеданс звуковой волны для духовых инструментов требует укорочения его ре-

альной длины по отношению к теоретически вычисленной от 14-15 см (труба) до 33,5 см

(туба) и в целом увеличивается с увеличением диаметра органной грубы или раструба ам-

бушюрного инструмента, причем независимо от длины его воздушного канала (Музыкаль-

ная акустика, 1954). Согласно формуле известного французского органного мастера Кавайе-

Колля (Cavaille-Coll), длина открытой органной трубы (L) по сравнению с теоретической

длиной (L0) составляет: L=L0-l,67·D, где D - диаметр излучателя трубы.

Сходную эмпирическую формулу приводит П.Н. Зимин для амбушюрных духовых ин-

струментов (Музыкальная акустика, 1954). Таким образом, если условно принять диаметр

ротового отверстия певца около 5 см при пении forte, то поправка на импеданс согласно

приведенной формуле составит- 8,35 см. Ввиду сложной конфигурации голосового тракта

64 В.П. Морозов

тически вычислены (согласно формуле 3) длины резонаторов НПФ

для различных типов певческих голосов: басов (28,6 см), барито-

нов (25,9 см) и теноров (20,4 см) (табл. 2, строка 2). Оказалось, что

эти теоретически вычисленные длины резонаторов практически

совпадают с рентгенологическими данными Л.Б. Дмитриева о ре-

альной длине ротоглоточного канала этих же типов певческих го-

лосов (хотя и полученных им на другом контингенте обследуемых

певцов) (табл. 2, строка 3). Это дает основание заключить, что

происхождение низкой певческой форманты (НПФ) связано с ре-

зонансом всего ротоглоточного канала певца от гортани до кончи-

ков губ, усиливающего в мужских голосах тоны 460-590 Гц, т.е. в

полосе примерно 4/5 октавы.

Таблица 2