Морозов_Искусство резонансного пения

Искусство резонансного пения

61

гия признается многими исследователями, поскольку и там и там возбудителем звука служат эластические складки (голосовые складки певца или особым образом сформированные в амбушюре губы музыканта), колеблющиеся под действием тока выдыхаемого певцом или музыкантом воздуха. Свойство голосовых складок певца активно регулировать частоту звуковых колебаний1 не является принципиальным отличием для рассмотрения интересующего нас вопроса о резонансных свойствах ротоглоточного резонатора. Кроме того, это свойство голосовых складок, присуще в определенной мере и губам трубача, поскольку известно, что для образования звуков разной высоты и силы он должен существенно изменять жесткость губ в амбушюре инструмента, делая их более мягкими при получении низких и более плотными при образовании высоких тонов, а также изменять величину воздушного давления в своих дыхательных путях пропорционально силе и высоте издаваемых звуков. Аналогичные явления наблюдаются и при игре на тростиевых деревянных инструментах, например, на фаготе, где возбудителем звука служит пластинка тростника, колебательные свойства которой в некоторой степени регулируются губами музыканта, но в основном — резонансом звуковых волн в рабочем каналеинструмента(Леонов, 1992).

Все эти акустико-физиологические закономерности характерны в общей форме и для работы голосового аппарата певца. Аналогия простирается 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 рабочего канала в соответствии с длиной волны извлекаемого звука), по-

1 Сделанное замечание об активной роли голосовых складок певца в регулировании высоты звука не означает, что автор этих строк принадлежит к сторонникам выдвинутой в свое время французским исследователем Раулем Юссоном (R. Husson) так называемой нейрохронаксической теории голосообразования, согласно которой голосовые складки колеблются не под действием тока воздуха между ними, как это предусматривает классическая миоэластическая теория, а в результате активного сокращения мышечных волокон голосовых складок, происходящих в результате поступления к ним нервных импульсов со звуковой 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 центральной нервной системы в работе голосовых складок представляется не менее важной и сложной, чем в модели Р. Юссона, и даже более сложной, так как состоит в управлении активностью множества мелких мышечных групп гортани, обеспечивающих степень жесткости голосовых складок, плотности их смыкания, длины вибрирующей части голосовой щели, степени натяжения голосовых складок (связок) с помощью как черпаловидных хрящей, так и сближения щитовидного хряща с перстеневидным и т.п. Любопытно, что последний механизм регулирования частоты колебания голосовых складок, обеспечивающий певцу владение верхним, так называемым «прикрытым» участком диапазона голоса, реализуется путем сокращения небольшой щито-перстеневидной мышцы, которая получила название «певческой мышцы» (Василенко, 2002).

62 ______________________ В. П. Морозов______________________

скольку переменное звуковое давление резонирующей звуковой волны в корпусе инструмента так велико, что фактически управляет частотой колебания самого возбудителя звука (губ музыканта или пластинки тростника в мундштуке фагота). И точно также голосовой аппарат лучших певцов, как нами установлено в ряде исследований, работает в режиме максимальной активизации резонансной системы и создания высокого реактивного импеданса, облегчающего колебательный процесс голосовых складок (Морозов, 1996; Morozov, 2000;

Морозов, 20016).

Таким образом, аналогичность работы голосового аппарата певца и духовых музыкальных инструментов обусловливается рядом факторов: во-первых, сходством акустико-физиологических механизмов звукообразования; во-вторых, тем, что поперечное сечение голосового тракта певца, так же как и рабочий канал у вышеуказанных духовых инструментов, не является постоянным, но меняется сложным образом (Story, Titze, Hoffman, 1996); в-третьих, тем, что голосовой аппарат человека порождает полный ряд гармонических составляющих спектра, подобно амбушюрным духовым инструментам, которые в данном отношении эквивалентны открытым органным трубам. Закрытые органные трубы, как известно, 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 (Музыкальная акустика, 1954 с. 155). Это весьма важное для нас обстоятельство, поскольку амбушюрный духовой инструмент, будучи аналогичным по своей конструкции закрытой органной трубе, тем не менее по своим акустическим свойствам оказывается эквивалентным открытой органной трубе (что вызвано переменной площадью сечения его воздушного канала и др.).

(3)

где L - длина воздушного канала инструмента, V - скоростьзвукаввоздухе, F0 - резонанснаячастотаканала 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 окружающее пространство (см. сноску).

Ввиду всего сказанного, т.е. исходя из гипотезы об акустической 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, согласно 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 способствовали полученные нами ранее интегральные спектры разных типов мужских певческих голосов басов, баритонов и теноров (Морозов, 1977). Интегральные спектры показывали среднестатистические 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 профессиональных певцов - солистов оперных театров - было установлено, что для каждого типа певческих голосов характерно свое частотное положение НПФ: наиболее низкое у басов - 460 Гц, наиболее высокое у теноров - 590 Гц, при среднем значении у баритонов - 495 Гц (табл. 2, строка 1).

Далее нами были вычислены соответствующие для каждой из этих частот НПФ длины резонаторов, исходя из признания ротоглоточного канала певца резонатором, аналогичным каналу амбушюрного 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 реальной 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 амбушюрного инструмента, причем независимо от длины его воздушного канала (Музыкальная акустика, 1954). Согласно формуле известного французского органного мастера КавайеКолля (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 инструментов (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), баритонов (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 реальной длине ротоглоточного канала этих же типов певческих голосов (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 резонансом всего ротоглоточного канала певца от гортани до кончиков губ, усиливающего в мужских голосах тоны 460-590 Гц, т.е. в полосе примерно 4/5 октавы .

Таблица2

Сопоставление средней частоты низкой певческой форманты (НПФ) исоответствующей ей теоретической длинырезонатора с длинойротоглоточного трактапоэкспериментальным данным

Измеряемые показатели	Басы	Баритоны	Тенора
Частотное положение НПФ; экспери-	380-540 в	450-540 в	540-640 в
ментальные данные по: В.П. Морозов,	ср. 460	ср. 495	ср. 590
1977, (Гц)
Теоретическая длина ротоглоточного	28,6	25,9	20,4
резонатора, соответствующая частоте
НПФ (расчетные данные автора), (см)
Реальная длина ротоглоточного	23,3-25,0	21,5-24,0	19,0-22,0
канала; по рентгенологическим дан-
ным Л.Б. Дмитриева, (1968), (см)

Но ротоглоточный резонанс - не единственная причина происхождения НПФ. Экспериментальные исследования вибрации грудной клетки певца (Морозов, 1977) показали, что в ее спектре наиболее сильно выражена область НПФ, т.е. около 400-600 Гц, что свидетельствует о резонансе трахеи на эти частоты. Об этом же говорят расчетные данные В.Н. Сорокина (Сорокин, 1992). Прямые исследования резонанса трахеи, проведенные еще

певца (Story, Titze, Hoffman, 1996) и, в частности, переменной площади ротового отверстия, величина поправки на импеданс может, естественно, варьировать в определенных пределах. 1 Следует заметить, что при пении наиболее звучных и эффектных нот верхней части диапазона частота НПФ у всех типов голосов может занимать более высокое частотное положение (например, у Ф. Шаляпина до 550 Гц, о чем свидетельствуют компьютерные исследования его голоса - Морозов, 1996а). Это обстоятельство может привести к лучшему совпадению расчетных и реальных длинротоглоточного тракта басов, баритонов и теноров, приведенных в табл. 2.

Искусство резонансного пения

65

Г. Фантом с соавторами (Fant, Ishizaka, Sundberg, 1972), а также О. Фуджимурой и И. Линдквистом (Fujimura, Lindqvist, 1964) с

помощью вводимых в трахею через трахеотомическое отверстие миниатюрного излучателя звука и микрофона, показали, что она имеет первый резонанс около 640 Гц, что соответствует нашим данным. Наконец, теоретические расчеты резонанса трахеи исходя их гипотезы признания ее закрытой органной трубой, резонируюшей, как известно, на звуки с длиной волны =4L, где L - длина закрытой трубы), показывают, что трахея, длина которой вместе с крупными бронхами составляет около 14-18 см (Шапурнов, 1939), должна усиливать звуки в полосе 470-610 Гц, т.е. в полосе НПФ, что и подтверждается экспериментально.

Таким образом, если в формировании ВПФ участвует один надгортанный резонатор, то в образовании НПФ - два, причем самых крупных резонатора: ротоглоточная полость в целом и трахеобронхиальная полость. При этом вклад грудного резонатора весьма велик. Профессор А. Крейдль называет его «могучим... придающим голосу свойственную ему силу». Здесь уместно также привести мнение проф. С.Н. Ржевкина, впервые обнаружившего и описавшего НПФ: «Нижний резонатор (трахея, бронхи) должен, конечно, играть важную роль в определении характера функционирования связок, так как... факторы, определяющие первичный тон связок, зависят не только от структуры и натяжения самих связок, но и от реакции переменного воздушного давления в подсвязочном пространстве. Вопрос о резонансе нижних полостей приобретает важную роль в объяснении явлений постановки певческого голоса» (Ржевкин, 1936).

В целом исследования показывают, что роль певческих резонаторов состоит в усилении не основного тона, как это характерно, например для органа, а двух основных формантных областей спектра: ВПФ (2400-3500 Гц) и НПФ (400-600 Гц), т.е. резонансная система певца наиболее эффективно усиливает звуки в пределах примерно трех октав 400-3500 Гц (sol1—sol4). Ниже и выше этих пределов амплитуда спектра певческого голоса прогрессивно убывает.

3.2.3. К обсуждению результатов

Значительная спектральная вариабельность речевых гласных (рис. 10 б) обусловливается столь же выраженной их артикуляционной вариабельностью. Речевые гласные, как известно, формируются путем значительного перекрытия, фактически разделения ротоглоточного канала языком в разных местах на переднюю и

3-4056

Рис. 18. Э. Карузо поет верхнее do2

(по: Sonninen, 1968).

66	В.П. Морозов

заднюю части. При этом чем уже перегородка, тем слабее акустическая взаимосвязь между передним и задним резонаторами (согласно модели сдвоенного резонатора Гельмгольца и современных теорий речеобразования) (Г. Фант, В.Н. Сорокин). Это обеспечивает фонетическую разнокачественность речевых звуков и необходимую разборчивость речи. Однако, значительные сужения ротоглоточного тракта, образуемые языком (а также губами) в речи, сильно мешают в пении, создают препятствия для выхода звуковой энергии, уменьшают силу голоса. Поэтому классическим правилом вокальной педагогики считается положение языка на дне ротовой

полости при минимальных его движениях для артикуляции гласных, а также достаточно широко открытый рот (Sundberg, 1987) (см. фото Э. Карузо). Существовала даже специальная машинка, изобретенная в свое время Джиральдони (и сегодня, конечно, отвергнутая), которая при обучении певца вставлялась ему в рот, не позволяя языку сильно подниматься в пении, а губам сближаться. Рентгенологические исследования показали большую стабильность артикуляционного аппарата в пении по сравнению с речью (Дмитриев, 1968). Об этом же говорит и практика известных мастеров вокала (Е. Образцова, Н. Гяуров, Тоти даль Монте и др.).

Таким образом, модель сдвоенного резонатора Гельмгольца, характерная для речи, преобразуется в пении (по крайней мере приближается к этому) в модель открытой органной трубы (что продиктовано его аналогией с амбушюрными духовыми музыкальными инструментами), резонирующей на частоту НПФ. Это и подтвердили наши эксперименты.

Другой резонатор НПФ - трахеобронхиальный (или грудной) - работает уже по типу закрытой органной трубы, выполняя роль нижней резонирующей камеры, устанавливаемой в язычковых органных трубах под вибратором и сонастроенной с верхней основ-

_________________ Искусство резонансного пения_____________ 67

ной трубой для стабилизации колебаний язычка. Подобно этой нижней камере, известной у органных мастеров под термином «башмак» (Музехольд, 1925, с. 32), грудной резонатор свое влияние на спектр звука оказывает путем воздействия на режим колебания голосовых связок (Ржевкин, 1936). Гортань поэтому находится между двумя самыми крупными резонаторами, усиливающими НПФ и достаточно сложным образом взаимодействующими между собой по частотно-фазовым соотношениям резонансов. При благоприятных условиях этого взаимодействия реактивные силы верхнего и нижнего резонансов суммируются и оказывают сильнейшее влияние на работу голосового источника, значительно облегчая колебательный процесс голосовых складок и освобождая певца от чрезмерных гортанных усилий по производству звука. По субъективным ощущениям лучших певцов в этот момент они как бы перестают замечать работу гортани и голосовых связок и вместе с тем начинают ощущать сильные вибрационные воздействия в различных участках голосового тракта в результате максимальной активизации резонансных процессов в ротоглоточном и грудном резонаторах. Указанные вибрационные ощущения являются для певца индикатором активности резонаторов и лежат в основе регуляции резонансных процессов в голосовом аппарате по принципу обратной связи (поиска максимальных вибрационных ощущений).

Опытные певцы, как правило на интуитивном уровне, обладают способностью оптимизировать взаимосвязь верхнего и нижнего резонансов (в частности - путем регулирования вертикального положения гортани, оптимизации артикуляторных и дыхательных механизмов и в первую очередь - активности диафрагмы. См.: Образцова, 1994), добиваясь мощного усиления спектра в области НПФ. Акустическое взаимодействие ротоглоточного и грудного резонансовэто непременное, я считаю, и важнейшее условие профессиональной резонансной техники пения (наряду с механизмом образования ВПФ).

Создание математической модели работы голосообразующего тракта с учетом реактивных сил воздействия ротоглоточного и грудного резонаторов на автоколебательный процесс голосовых складок представляется весьма сложной задачей и, по мнению ряда специалистов (Сорокин, 1992; Коцубинский, 2001), еще окончательно не решенной. Тем не менее определенные подходы к решению проблемы высказаны в данных работах. Выводы из этих работ позволяют полагать, что при определенных условиях может быть

68 ______________________ В.П. Морозов_____________________

достигнута автосинхронизация колебаний голосовых связок с резонансными процессами в трахее и ротоглоточной полости. А это означает в сущности значительное повышение акустической эффективности (КПД) голосообразующего аппарата как системы в целом, увеличение мощности звука, улучшение тембровых качеств голоса.

Практика выдающихся мастеров показывает, что максимальная активизация резонансных процессов в голосовом аппарате обеспечивает высокие профессиональные эстетические качества певческого голоса - красоту тембра, звонкость, яркость, полетность звука как способность его озвучивать большие концертные залы, а также помехоустойчивость как свойство преодолевать маскирующее воздействие плотного звукового сопровождения («резать оркестр», по выражению дирижеров), наконец, неутомимость голоса, его профессиональную выносливость и певческое долголетие на профессиональной сцене.

В этой связи любопытны высказывания выдающихся вокалистов о резонансной технике пения: «Большой профессиональный голос не может быть развит без помощи резонаторов. Именно резонанс придает голосу силу, богатство тембра и профессиональную выносливость... Должна быть связь: дыхание- и резона-

торы. Здесь весь секрет» (народная артистка СССР Е.А. Об-

разцова, 1994). «Голос, лишенный резонанса, -мертворожденный и распространяться не может» (Дж. Лаури Вольпи - известынй итальянский певец, солист «Ла Скала», 1972). «У нас в пении нет никаких секретов и никаких других возможностей, кроме резонанса. Поэтому резонаторную настройку, верный механизм голосообразования нельзя терять ни при каких ситуациях. Потеряв резонанс, перестаешь быть певцом» (Дж. Барра - крупнейший итальянский вокальный педагог, 1975).

Таким образом, выдающиеся мастера вокального искусства всегда придавали и придают большое значение резонаторам голосового тракта как средству повышения эффективности голосообразования. Их метафорический девиз: «Петь на проценты, не трогая основного капитала», с акустической точки зрения и означает повышение с помощью резонаторов КПД певческого процесса, который в речи составляет ничтожные доли процента (С.Н. Ржевкин, Ван ден Берг), а в пении, как нами показано, значительно возрастает (Морозов, 1996а; Morozov, 2000). Таким образом, выдающиеся певцы демонстрируют способность создавать высокоэффективную акустическую систему из малоэффективных акустических элементов (дыхание, гортань, резонаторы), и в этом отношении

Искусство резонансного пения

69

практика искусства пения идет пока что впереди научных теорий. Но смысл теоретических изысканий состоит в последовательном приближении к истине в различного рода вероятностных описаниях сложнейших акустических процессов, происходящих в «живом музыкальном инструменте» - голосовом аппарате певца.

3.3. ФОНЕТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ

Фонетическая функция резонаторов состоит в формировании речевых звуков, как в речи, так и в пении, что связано с работой наиболее подвижного из всех резонаторов - ротовой полости, а также глоточной. Фонетическая роль резонаторов - наиболее изученная и традиционно упоминаемая во всех фонетических и вокальных трудах.

3.3.1.Резонансная теория речеобразования Г. 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 характеризуется наличием одного или двух значительно усиленных обертонов, которые он назвал характеристическими тонами гласных (рис. 19). Благодаря тому, что эти тоны разные для разных гласных, мы и различаем их по слуху. Примечательно, что для выделения характеристических тонов гласных Гельмгольц - гениальный изобретатель - воспользовался, так сказать, услугами резонанса: 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. «Характеристические тоны» гласных немецкой речи в нотном обозначении, выделенные Гельмгольцем из речевых звуков при помощи 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 Гельмгольца, голосовые связки дают лишь звуковую основу гласных - основной тон, определяющий высоту звука с обертонами. В ротовой же полости образуется один или два резонатора, усиливающих характерные для каждой гласной обертоны, т.е. формируются характеристические тоны гласных. Два резонатора в ротоглоточной полости образуются, по Гельмгольцу, путем ее частичного разделения языком на большую и меньшую части, связанные между собой сужением, образуемым языком. Важно отметить, что разделение ротоглоточной полости на две акустически сообщающиеся между собой части не мешает ротоглоточному каналу резонировать 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 своих размеров и формы (см. рис. 1, 3).

Свою резонансную теорию Гельмгольц подкрепил методом моделирования: в 1860 г. создал «говорящую машину», представляющую собой набор резонаторов разных объемов, т.е. резонирующих на разные тоны и возбуждаемых звуком электрического зуммера (типа электрокамертона). Включая резонаторы, соответствующие характеристическим тонам гласных, Гельмгольц и заставил 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 говорящей машины существовали задолго до изобретения Гельмгольца. В частности, в России говорящая машина была создана чуть ли не на целое столетие раньше гельмгольцевской. 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, нагнетаемого мехами (чем не подтверждение миоэластической теории!). Высота основного тона «голосовых связок» регулировалась специальным зажимом. «Говорить» же, т. е. воспроизводить различные гласные звуки, машина эта могла только благодаря приставляемым к ней резонаторам различного объема и формы. Резонаторы эти в виде причудливых банок и ваз надевались на искусственную гортань сверху. В зависимости от того, какой из резонаторов на нее надет, гортань могла «произносить» различные гласные звуки.