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
64В.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