Акустические характеристики и физиология голоса

Глава 1. Основные понятия и физические параметры, используемые для оценки и характеристики голоса

 

Голос — это совокупность звуков, производимых голосовым аппаратом человека, которые могут быть разнообразными. Человек может кричать, стонать, имитировать различные звуки, а самое главное — говорить или петь. Вот почему любой звук человеческой речи может быть объективно проанализирован с большой точностью, так как это — физическое явление, изучаемое акустикой.

Под звуком в акустике понимается распространение колебаний, т.е. волн, в упругой среде (Л.Б. Дмитриев и др., 1968, 1990). Фонация осуществляется в воздушной среде, другими словами, звук голоса — это колебание частиц воздуха, распространяющееся в виде вибрации волн сгущения и разрежения. Во время речи звуковые колебания проходят не только по воздушным путям в наружное пространство, но и по внутренним тканям организма, вызывая вибрации в груди, голове.

Источником голоса служат голосовые складки человека, которые при сближении напряжены и начинают колебаться (рис. 13). Это и является причиной возникновения периодических сгущений и разрежений воздушной струи, происходящих вследствие повышенного подскладочного давления. Звуковые волны, возникнув в гортани, распространяются по тканям, окружающим гортань, и вниз и вверх по воздухоносным путям. Таким образом, они лишь частично выходят в наружное пространство через ротовое отверстие, и только часть звуковой энергии, возникшей в гортани, достигает в конце концов уха слушателя. Следовательно, говоря о человеческом голосе, необходимо учитывать распространение звука не только внутри организма, но и в наружном пространстве.

Тоновые звуки возникают при периодических колебаниях с определенной частотой. Эта периодичность и порождает в слуховом органе ощущение высоты. Шумы представляют собой

непериодические колебания и поэтому не имеют определенной высоты.

Высота звука определяется частотой колебательных движений: чем чаще совершаются периодические колебания воздуха, тем выше звук. Местом, где зарождается высотные характеристики звука, является гортань — голосовые складки человека. Высота тона зависит от того, сколько смыканий и размыканий осуществляют складки в процессе своих колебаний и сколько, соответственно, порций сгущенного подскладочного воздуха они пропустят. Высота голоса определяется размером и напряжением колеблющегося тела (голосовых складок). Легко представить, что тонкая струна у гитары или скрипки издает высокий звук, а струна крупных размеров — низкий звук. Этим объясняется различие высоты детского и взрослого голоса. У ребенка голосовые складки короткие и тонкие, чем и объясняется высокий голос. Во время пубертатного периода длина голосовых складок увеличивается, в результате чего снижается тональность звучания.

Расстояние между двумя соседними волнами называется длиной волны (Л.Б. Дмитриев и др., 1990). Частота колебаний и длина волны находятся в обратно пропорциональной зависимости. Их произведение всегда равно 342 м/с, следовательно, зная частоту колебаний, легко можно вычислить длину волны, и наоборот. Таким образом, длина волны отражает то же качество, что и частота, т.е. высоту звука. Длинные волны и редкие колебания свойственны низким звукам, короткие волны и частые колебания — высоким.

Длины волн выражаются в метрах, а частота колебаний — в количестве полных колебаний (периодов) в секунду, так называемых герцах (Гц). Под периодом понимают время, полного колебания. Чем меньше частота колебаний, тем длиннее период каждого колебания.

Силу звука, или уровень звукового давления, измеряют в децибелах (дБ). Различают два понятия: «интенсивность» — характеристика уровня звукового давления, продуцируемого говорящим, и «громкость» — субъективное восприятие колебательных движений, их суммационной амплитуды слушающим речь. Амплитуда — размах колебательного движения, который не зависит от его частоты. Во время выдоха голосовые складки сближаются, создают преграду выдыхаемому воздуху, который и приводит их в движение, в результате чего они начинают колебаться. Если струну на фортепиано слегка ударить молоточком, а потом ударить сильно, высота звука останется стабильной, изменится только сила вибраций струны, т.е. сила толчков, с которой струна будет давить на окружающие ее частицы воздуха. Размах колебаний частиц воздуха в этом случае будет значительным, а звук для нас — субъективно более громким. Сила звука голоса так же, как и его высота, возрастает с увеличением подскладочного давления в гортани. Чем с большим напором прорываются сквозь голосовую щель порции воздуха, тем выше энергия, которую они несут, больше степень сгущения и следующего за ним разрежения, т.е. сильнее амплитуда колебания частиц воздуха и, соответственно, их давление на барабанную перепонку. Повышенное подскладочное давление служит тем энергетическим резервуаром, который питает возникающую звуковую энергию. Однако только небольшая часть энергии подскладочного давления переходит в звук. Голосовые складки в этом случае играют роль периодически открывающегося со звуковой частотою крана, выпускающего в ротоглоточный канал порции сжатого воздуха. Кроме того, мышцы гортани вместе с мышцами, участвующими в выдохе, определяют повышение подскладочного давления. В конечном итоге акустическая энергия звука гортани есть результат работы дыхательных и гортанных мышц. В дальнейшем эта звуковая энергия только растрачивается и никогда не увеличивается.

Сила звуковых волн, возникших в результате колебаний голосовых складок, затем быстро убывает. Коэффициент полезного действия голосового аппарата очень мал, По данным, приведенным Юссоном, только 1/10—1/50 часть звуковой энергии, образовавшейся в гортани, выходит из ротового отверстия и носовой полости. Это значит, что основная часть энергии поглощается внутри организма, вызывая вибрацию тканей головы, шеи, груди.

Поскольку коэффициент полезного действия голосового аппарата мал, большое значение приобретают все механизмы, которые могут его повысить. В этой связи постановка голоса предполагает формирование и развитие его природных качеств.

Наиболее сложным параметром голоса является его тембр, или индивидуальная окраска. Музыкальные тоны, как и большинство окружающих нас звуков, — тоны сложные, состоящие из многих колебаний разной частоты и силы. В сложном звуке различают основной тон, определяющий высоту звучания сложного звука, и частичные тоны, или обертоны, сумма звучания которых создает совершенно индивидуальный тембр. Тембр определяется совокупностью силы и высоты голоса, тонов и шумов, возникающих в процессе фонации. Окончательное оформление тембра голоса происходит в резонаторах.

Резонатор, с точки зрения акустики, — полость, имеющая определенные физические характеристики (Л.Б. Дмитриев и др., 1968, 1990). Высота звука зависит от объема воздуха, формы резонатора и размеров выходного отверстия; она называется собственной высотой резонатора. Чем меньше объем резонатора, тем выше его собственный тон; чем меньше выходное отверстие, тем ниже собственный тон.

В голосовом аппарате человека множество полостей и трубок, которые обеспечивают резонанс: трахея, бронхи; полости гортани, глотки, рта, носоглотки, носа, околоносовых пазух. Одни из них неизменны по форме и размерам у взрослого человека (околоносовые пазухи, полость носа), следовательно, всегда усиливают одни и те же обертоны; другие подвижны и легко меняют свою форму и размеры (ротовая полость, глотка, надскладочный отдел гортани), благодаря чему исходный звук путем резонаторного усиления определенных групп обертонов может варьироваться в широких пределах.

Условно выделяют резонаторы: верхний — обеспечивает чистоту и полетность голоса, разборчивость речи и грудной — определяет мощь и силу звука.

Диапазон голоса — разница между минимальным и максимальным значением по силе и высоте; чем шире диапазон, тем более профессионален голос.

Различают рабочий диапазон голоса — возможность изменения голоса во время речи и динамический диапазон — максимальные индивидуальные способности усиливать и ослаблять, повышать и понижать звук.

Типы дыхания и голосообразования

Говоря о голосе, его звучании, акустических характеристиках, нельзя не остановиться на таком важном аспекте, как оценка роли правильного дыхания.

Физиологи многочисленными исследованиями доказали, что раздражение током воздуха рецепторов дыхательных путей влияет на дыхательный центр, регулирующий процесс дыхания, глубину, частоту дыхательных движений.

Обязательным условием осуществления процесса фонации является сохранность физиологического дыхания. Дыхательные движения (вдох и выдох) происходят в строгой последовательности и регулируются дыхательным центром продолговатого мозга (О.Л. Бадалян, 1998).

Дыхание ребенка изменяется в своем развитии. У новорожденного из-за перпендикулярного положения ребер по отношению к позвоночнику грудная клетка приподнята (ребра не могут опускаться) и при входе почти не расширяется — действует только диафрагмальное дыхание. В дальнейшем ребра принимают саблевидную форму, грудь опускается. К 3-7 годам создаются условия для грудного дыхания. С развитием же плечевого пояса грудное дыхание становится господствующим. Но так как у дошкольника ребра меньше наклонены, чем у взрослого, то дыхание его в значительной степени поверхностно.

Учащенный дыхательный пульс нарушает ритм и плавность произношения слов и фраз, что, в свою очередь, ведет к искажению звуков.

Из-за легкой возбудимости дыхательного центра и недоразвития нервной регуляции всякое физическое напряжение и небольшое повышение температуры учащают дыхание ребенка, нарушают его ритм, а, следовательно, усиливают несовершенство речи. Наконец, неумение малышей дышать ртом также вносит известную дезорганизацию в произношение — пропуски звуков, задержки в их произношении, произношение на вдохе (А.Н. Гвоздев, 1961; М.Е. Хватцев, 1997).

Выделяют следующие типы дыхания:

=> Поверхностное

=> Грудное

=> Нижнереберное

Поверхностное ключичное (клавикулярное, верхнегрудное) — дыхательные экскурсии совершаются за счет расширения и поднятия верхней части грудной клетки, а диафрагма пассивно следует за этими движениями, живот на вдох втягивается, а верхняя часть грудной клетки, ключицы, а иногда плечи заметно поднимаются.

Грудное — вдох производится в основном за счет расширения и поднятия нижней части грудной клетки. Оно не является самостоятельным типом, так как при этом обязательно включается в работу диафрагма, и может считаться лишь вариантом.

Нижнереберно-диафрагмальное дыхание, при котором грудная клетка и диафрагма активно включены в работу, — наиболее физиологично.

Уже упоминалось, что невозможно нормальное голосообразование без правильной техники дыхания.

Различают 3 типа голосообразования (атаки):

=> придыхательный, когда смыканию голосовых складок предшествует прохождение воздушной струи, при этом они вовлекаются в работу постепенно и медленно, обеспечивая спокойное образование звука, как при произнесении слов «хата», «холм».

=> твердый — плотно смыкаются голосовые складки, перекрывая дыхательные пути, давление воздуха под ними резко увеличивается, воздушная струя толчком размыкает их, как при произнесении слов «арбуз», «арба».

=> мягкий — дыхание и включение в работу голосовых складок происходят одномоментно, что обеспечивает и интонационную точность, и спокойное, плавное, без толчка или придыхания, начало звука, и его наилучший тембр.