Форманты гласных звуков речи

Как известно еще со времен Гельмгольца, каждый гласный звук содержит в своем обертоновом составе две основные, относительно усиленные области частот, так называемые харакгерпетические тоны Гельмгольца, но которым наше ухо и различает один гласный звук от другого.

untitled-94

Рис. 18. Вверху — спектр гортани, состоящий из большого числа убывающих по амплитуде обертонов. Внизу спектры гласного звука е, взятого на разной высоте (слева 100 гц,
untitled-9h

Рис. 19. Схема образования из первичного спектра гортани спектра звука е. Показаны полости рта и глотки, где в результате резонанса усиливаются обертоны, имеющие формантное значение, т. е. придающие звуку характер гласного е. постоянными, несмотря иа изменение высоты основного тона.

Есть и другие характерные области частот, в некоторых гласных их четыре-пять, но основные — две. Эти области частот, характеризующие звучание каждого гласного звука, носят название формант гласных. Каждый гласный звук характеризуется двумя такими главными областями усиления, причем одна из них обязана своим происхождением резонансу глотки, а вторая — резонансу ротовой полости. Именно этим и определяется необходимость при переходе 1 от гласного к гласному перемещать язык из одной позиции в другую. Язык является тем г основным артикуляционным органом, перемещение которого создает в ротовой и глоточной полостях I нужные для образования формант объемы воздуха. Именно по
тому невозможно при едином положении языка произнести разные гласные. Единое положение языка создаст единые по своему объему полости в глотке во рту (следовательно, одинаковый их резонанс), форманты не смогут образоваться, и гласные не возникнут.
Формантные области для гласных русского языка по факту равны: а — 700 и 1000 гц, 0 — 535 и 780 гц, у — 300 и 650 гц, е — 440 и 1800 гц, и — 240 и 2250 гц.
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 и ротовая полость наименьшая по объему, так как спинка языка поднята к передней части твердого нёба. Эта малая полость резонирует на 3000 гц. Тут, в этой маленькой полости, 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 в последовательности и—е—а—о—у. Глоточная же уменьшается при переходе от и к е и а, на о и у снова увеличивается.

untitled-103

Рис. 20. Положение артикуляторных органов при произнесении речевых гласных и, а, о, у по нашим 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.

Таким образом, переход от гласного к гласному есть тембральное изменение звука, обязанное своим происхождением изменению резонанса ротоглоточных 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. Это различие зависит не только от разной высоты, на которой говорят мужчины, женщины или дети, но и от формант гласных, которые у детей и женщин сдвинуты вверх по диапазону. Рис. 22 и 23. Мы различаем также, знакомый или незнакомый человек произнес слово. Подобные особенности тембра связаны с внеформантными областями спектра, т. е. со всем остальным набором обертонов голоса. Этот остальной набор обертонов, характерных для того или иного человека, создает индивидуальный тембр его голоса.
Формантные области гласных, имеющие на спектрах вид усилений, или «пиков», как мы уже писали выше, представляют собою накопленную и сохраненную благодаря резонансу энергию обертонов, рожденных в голосовой щели. Энергия звука гортани, слагающаяся из энергии основного тона и всех его обертонов, поступая в резонаторные полости надставной трубки, идет на раскачку резонаторов, в которых она накапливается. Потому эти области спектра, топавшие в резонанс, оказываются усиленными по сравнению с другими, что особенно заметно на фоне общей потери силы звука в надставной трубке. Таким образом, исходный спектр гортани в надставной трубке сильно меняется, и в наружное пространство выходит звук, окрашенный иначе, чем он был при возникновении в голосовой щели.
Из сказанного ясно, что у человека есть два механизма изменения тембра, две возможности воздействовать на тембр голоса: во-первых, можно менять исходный тембр, рождающийся в голосовой щели (например, грудной и фальцетный звук, жесткая или мягкая атака звука); и, во-вторых, менять форму и размеры резонансных полостей по пути движения звука от голосовых связок до губ.

Форманты музыкальных инструментов и певческие форманты

Мы разобрали выше образование речевых формант гласных и коснулись термина форманта только в связи с гласными. Однако этим термином обозначается любое усиление обертонов в спектре, формирующее то или иное характерное качество тембра звука.
Если на слух мы различаем особенности, характеризующие тембры какого-либо музыкального инструмента, по которым мы легко отличаем его от другого, то причиной этому является наличие соответствующего набора обертонов, определяющих специфику его звучания. Этот набор усиленных обертонов, характерных для данного инструмента, формирующих особенность его тембра, называется набором формант этого инструмента. Таким образом, термин форманта (от слова форма, формировать) применяется там, где имеются усиленные обертоны, формирующие характерную окраску тембра данного звука или инструмента. Особым набором; обертонов-формант характеризуется, например, звучание гобоя, флейты, кларнета, фагота и т. п. Знания характерных усиленных частот-формант того или иного инструмента позволяют воссоздавать его звучание из набора отдельно взятых и вместе звучащих тонов. Так могут быть искусственно созданы тембры различных музыкальных инструментов.
Этой возможностью с давних пор пользуются, например, при конструировании органов, где, наряду с клавиатурой, имеются регистры, воспроизводящие из соответствующего набора звучания ряда органных труб тембры звучания многих инструментов.
Конечно, особенности звучания инструментов не ограничиваются присутствием определенного набора характерных обертонов-формант, они также зависят от характера начала звука, его длительности, от особенностей изменения силы звука, особенностей 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 эту динамику на протяжении звучания по своему выбору, так же как и менять вибрато. Само собою понятно, что это также отличает звучание одного инструмента от другого, однако основную специфику тембра всегда дает набор соответствующих характерных обертонов-формант.
Спектр звука речевого голоса человека состоит из усиленных обертонов, определяющих звучание его в форме того или иного гласного звука речи, т. е. формант гласных и остального набора обертонов, расположенного во внеформантных областях и характеризующего 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 интонаций и индивидуальных особенностей артикуляции, от динамических различий и т. п. Наше ухо чутко ловит эти особенности и по ним опознает говорящего человека. 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. Голос при обычном бытовом пении мало разнится по тембру от речи, так как люди используют для этого привычные речевые установки голосового аппарата. Однако среди всех людей, которые способны петь, наш слух легко выделяет тех, кто имеет певческий голос. Следовательно, в певческом голосе содержатся определенные особенности, которые и составляют специфику певческого звука. Они относятся не только к силе звука или звуковысотным возможностям (громко и высоко могут петь многие), сколько к тембровым качествам. Эти тембровые качества особенно хорошо выражены у так называемых от природы поставленных голосов и у- голосов, профессионально обработанных.
Хорошо поставленный певческий голос в современной европейской оперной манере отличается, кроме большой силы и больших звуковысотных возможностей, ровностью красивого1 вокального тембра, что делает звук певческого голоса красивым, льющимся и ровным, поддается слуховому анализу.
Тембр хорошо поставленного певческого голоса характеризуется на слух рядом особенностей: он всегда звучит ярко, звонко, блестяще, с большим количеством «металла» и вместе с тем округло, мягко, объемисто. Кроме того, он всегда имеет льющийся характер. Певческий 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. Такой прямой, «палкообразный», по выражению певцов, звук для пения неприемлем, так как голос лишается красоты. Вибрато воспринимается нами как составная часть тембра звука.
Когда ученые стали анализировать спектр хорошо поставленного певческого голоса, то было выяснено, что те его особенности, которые мы хорошо слышим в тембре, 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.

Низкая и высокая певческие форманты

Приоритет в открытии певческих формант принадлежит отечественной науке. В 1927 году Казанский и С. Н. Ржевкин установили, что в спектре хорошо поставленного мужского певческого голоса всегда присутствуют усиленные обертоны с частотой в области 517 гц. Эта форманта получила название низкой певческой форманты. С ее присутствием связано округлое, полное и мягкое звучание певческого голоса. Если эту область «вырезать» из звучания голоса, отфильтровать ее, то звук обеляется, приобретает плоский характер.
Позднее, в 1934 году, В. Бартоломью, работая на более совершенной аппаратуре, обнаружил, что в хорошо поставленном голосе всегда присутствуют группы значительно усиленных: обертонов в высокочастотной части спектра. Эта область получила название высокой певческой форманты.
Для низких голосов усиленная высокочастотная область, равна 2500—2800 гц, для более высоких она доходит до 3200 гц. Эта область, то есть высокая певческая форманта, — привносит в звук яркость, блеск, металл. От ее присутствия зависит «дальнобойность», полетность звука, способность «пробивать» оркестр.
Современная аппаратура позволяет удалить из тембра высокую певческую форманту. Для этого на пути звука ставится специальный фильтр, пропускающий все частоты спектра, за исключением области высокой певческой форманты. Голос, из которого «вырезана» высокая певческая форманта, становится глухим, далеким, сразу теряет блеск, приобретает непевческий характер. Подобные опыты были проделаны Е. А. Рудаковым в акустической лаборатории Московской консерватории и В. П. Морозовым в лаборатории Ленинградской консерватории. Интересно отметить, что голос без высокой певческой форманты не только теряет яркость, чистоту, красоту тембра, но и значительно уменьшается по силе. «Вырезание» из спектра голоса других областей частот подобного резкого действия на_ тембр и силу звука не оказывает. Это явление связано с особенностями восприятия звука ухом человека.
Исследования показали, что у мастеров вокального искусства в области высокой певческой форманты сосредоточено до 30—35% всей звуковой энергии голоса. У неопытных певцов, а также в речи, даже когда она «поставлена», т. е. у дикторов и актеров, высокая форманта достигает только 5—7%. Сотрудниками акустической лаборатории Московской консерватории создан электронный прибор стрелочного типа, показывающий процент содержания в голосе высокой певческой форманты. Певец может петь в микрофон и видеть на шкале прибора, каков процент содержания высокой форманты в звуке, который он в данный момент извлекает. Появилась возможность контролировать характер тембра не только слухом, но и зрением.
В лаборатории Ленинградской консерватории В. П. Морозовым высокая певческая форманта была выделена из голося поющего певца в изолированном виде. Она воспринимается как высокий свистковый тон на высоте. На слух он приятен, не раздражает ухо, несмотря на его большую звонкость и высоту. Эмпирически, на слух педагоги давно научились ценить Появление в голосе ученика «звоночка», «серебра», т. е. появление в спектре этой области усиленных частот.

untitled-116

Рис. 24. Два схематические варианта построения спектра голоса: когда основная энергия сконцентрирована в области низких частот (случай 1) и когда она сконцентрирована в области высокой певческой форманты (случай II). Энергия звука, равная суммарной энергии всех обертонов, в обоих случаях равна, а акустический эффект — различный. В случае II звук будет неизмеримо громче, чем в случае I.

Появление серебристости тембра, металла, всегда служило показателем правильной организации певческого звука. Голос, сформированный в этом характере, всегда оказывался хорошо слышимым в больших помещениях. Слушание высокой певческой форманты, выделенной в изолированном виде, хорошо тренирует слух на умение выделять из тембра голоса эту область частот.
Таким образом были выяснены загадки певческого тембра и стало понятно, от каких областей усиления обертонов зависит качество блеска и яркости и от каких — объемистость, «мясистость», округлость.
Если сравнить спектр гласного звука, произнесенного в речи и спетого поставленным голосом, то в спектре певческого звука кроме двух речевых формант будут присутствовать высокая и низкая певческие форманты, которые и сообщают ему специфически певческий характер звучания. Чем интенсивнее звук, тем большую роль в спектре играют певческие форманты и тем меньше выделяются форманты гласных. Поэтому при большой мощности звука гласные становятся хуже различимыми. В этом случае особенно важным становится начальный момент формирования звука, его становления, который в основном и определяет в нашем слуховом представлении характер гласного. Если на магнитной пленке вырезать этот момент становления
гласного (начало его звучания), то трудно узнать, какой гласный звук тянется.
Гласные в пении звучат «ближе друг к другу», более «нейтрализованно», чем в речи. Форманты гласных в пении несколько изменены, так как перед артикуляционным аппаратом стоят не только задачи формирования резонаторных полостей, нужных для образования формант гласных, но и другие задачи, связанные с образованием певческого звука. Для этого полости рта и глотки формируются шире и рот открывается относительно больше, чем в речи.

untitled-123

Рис. 26. Гласный а в речи и в пении: вверху спектр гласного а в речи, внизу тот же гласный а в пении у профессионального певца Видно, что у профессионального певческого голоса прибавляются еще две области усиления (певческие форманты) одна в области около 500 гц, другая в области 3000 гц. (речевые форманты заштрихованы).

untitled-133

Рис. 27. Спектры голоса Шаляпина (вверху) и Тито Скипа (внизу) на гласном звуке у. Видно, что у обоих певцов основная энергия певческого звука концентрируется в области нижней и-верхней певческих формант. Основной тон у Шаляпина (над цифрой 1) в общем спектре не играет заметной роли. Основная энергия заключена в 2, 3, 4 и 10, 11 обертонах, т. е. в области 500—1000 гц (особенно область 500) и 2400—2600 гц (особенно 2600 гц) (по Mac Ginnis, С. S., Elnick, М., and Kraichman, М.).

У владеющего голосом певца все гласные звучат одинаково вокально, ровно, т. е. все в певческом тембре. У неопытного певца певческий характер голоса на одних гласных выражен лучше, чем на других. Одни гласные звучат хорошо, другие «заваливаются» или, наоборот, «обеляются». Такая же неровность в тембре у необученных певцов отмечается на разных участках диапазона. Центральная часть диапазона, например, .ЗВУЧИТ хорошо, а верхняя часть перекрывается, звучит глухо или, наоборот, — открыто, бело.
Все эти неровности звучания связаны с неумением формировать различные гласные и разные участки диапазона так, чтобы сохранять постоянно хорошее образование высокой и низкой певческих формант. Ровность голоса, его красивое звучание в правильно сформированном певческом тембре зависит от умения сохранять на всех гласных и на всем диапазоне высокую и низкую певческую форманты. Задача певца — научиться артикулировать гласные, пользоваться диапазоном к динамикой звука так, чтобы высокая и низкая певческие форманты всегда присутствовали в голосе в равной мере.
Для вокальной педагогики существенным является не только установление тех особенностей спектра, которые вызывают в голосе певца качества яркости и мягкости певческого тембра, т. е. певческих формант, но и механизм и место возникновения этих групп усиленных обертонов.
Как установил Бартоломью, высокая певческая форманта, являющаяся важнейшей характеристикой певческого голоса, возникает в гортани человека. Надсвязочная полость гортани, образующаяся между голосовыми связками и входом в гортань, имеет размеры 2,5—3,0 см и резонирует на частоты порядка 2500—3000 гц, т. е. как раз в области высокой певческой форманты. Наши рентгенологические наблюдения показали, что эта полость у квалифицированных певцов во время пения всегда четко отграничена от полости глотки суженным входом в гортань. Размеры и форма ее, а -следовательно и резонанс, сохраняются на всех гласных и на всем диапазоне, чего в речи у тех же певцов не наблюдается. Очевидно, стабильность формы и размеров надсвязочной полости гортани создает возможность усилиться возникшим в голосовой щели высококачественным обертонам — сформироваться высокой певческой форманте.
Еще Гарсиа, более ста лет назад заглянувший впервые в гортань поющего человека посредством изобретенного им ларингоскопа, отметил, что при суженном за счет наклоненного надгортанника входе в гортань голос имеет блестящий, яркий характер, а при открытом входе в гортань, когда надгортанник поднимается, голос затуманивается, теряет яркость. Как можно теперь понять, открывающийся надгортанник меняет размеры полости гортани, она становится больше и свободно смотрит в глотку широко открытым входом. Резонанс ее меняется, и в ней начинают усиливаться обертоны других частот, не соответствующих области высокой певческой форманты. Таким образом, есть все основания полагать, что высокая певческая форманта образуется в надсвязочной полости гортани за счет резонанса обертонов, рожденных в голосовой щели.
Как мы уже отмечали, источником звука певческого голоса является воздушная струя, прерываемая голосовыми связками, и первичный спектр звука содержит большое количество обертонов, в том числе и обертоны высокоформантной области. Мы уже писали, что характер исходного тембра является» существенным фактором темброобразования голоса в целом. При жесткой атаке, когда фаза смыкания голосовых связок акцентирована, возникающий звук имеет яркий, даже резкий, жесткий характер, так как в нем содержится много высокочастотных обертонов. Если атака вялая, смыкание связок неплотное, высокочастотных обертонов образуется мало, то и звук носит «рассыпанный», «несобранный», мягкий характер.
Следовательно, характер смыкания голосовой щели играет решающую роль в образовании первичного спектра гортани, а значит и звучания голоса в целом.
Исследования Е. А. Рудакова показали, что высокочастотные обертоны порядка 3000 гц возникают в голосе только в фазе смыкания связок и отсутствуют в фазе раскрытия голосовой щели. Эти исследования показывают, что в возникновении высоких обертонов основную роль играет характер смыкания голосовой щели во время певческой фонации. Е. А. Рудаков считает, что высокие обертоны образуются за счет краевой работы связок в фазе смыкания как свистковые тоны. Однако возникновение высокой певческой форманты в голосовой щели, как краевого тона связок не противоречит возможности ее резонанса в надсвязочной полости гортани и тем самым накопления ее энергии для дальнейшего выведения по ротоглоточному рупору в наружное пространство.
Место возникновения низкой певческой форманты указывается предположительно. Некоторые считают местом усиления» этой группы обертонов нижнюю часть глотки, что совпадает с практическими приемами педагогов, которые, желая получить более округлый, мясистый звук, требуют хорошего зевка, открытия нижней части глотки. Другие думают, что местом возникновения низкой певческой форманты является резонанс трахеальной трубки. При этом ясно ощущаются вибрации в грудной клетке, передающиеся ей от резонирующей трахеи через легочную ткань.
Резюмируя сказанное о тембре певческого голоса, надо сказать, что первичный тембр, возникающий в голосовой щели, видоизменяется за счет резонанса четырех основных полостей: трахеи, гортани, глотки и рта. В трахее и гортани оформляются певческие форманты, а в глотке и во рту — форманты гласных. Певческие форманты постоянно присутствуют в голосе квалифицированного певца, потому и полости, их рождающие
{полость гортани и трахеи), у него постоянны в своем объеме. Этим объясняется то, что позиция гортани у мастера вокала строго фиксирована. Форманты гласных, образующиеся в полостях глотки и рта, требуют разных резонаторных объемов, поэтому язык при артикуляции гласных обязательно перемещается из одной позиции в другую.

Наверх! Запостить!