Особенности звукообразования и акустические

Певческая форманта: для того чтобы голос оперного певца (или концертного исполнителя) был слышен на фоне оркестра, необходимо прежде всего развивать значительно более высокий уровень звукового давления (петь громче); сравнительный анализ уровней звукового давления на расстоянии 0, 5 м при пении и речи для разных частот фонации (высоты тона) показан на рис. 4.6.28.

Однако одного увеличения громкости оказывается недостаточно для решения этой проблемы, поэтому в процессе многолетнего совершенствования техники пения, прежде всего оперного (belcanto), были отработаны особые приемы перестройки спектральных характеристик голоса, в частности создание особой — «певческой» форманты.

Если сравнить расположение формантных частот (т. е. резонансов вокального тракта) для одних и тех же гласных в обычной и вокальной речи, то отчетливо видно, что для всех гласных положение первой форманты на шкале частот мало меняется, вторая форманта сдвигается по частоте вниз, значительно изменяется положение третьей, четвертой и пятой формант в сторону их совместного сближения (рис. 4.6.29). Если проанализировать спектральную огибающую любого из гласных звуков в речи и пении (рис.4.6.30), то отчетливо видно наличие выраженного пика в области 2-3 кГц. Этот пик создается в результате объединения (кластеризации) третьей, четвертой и пятой формант и носит название «певческой форманты».

Разборчивость вокальной речи: спектральная перестройка голоса для повышения его помехоустойчивости неизбежно приводит к изменению первых формантных областей (по частоте, амплитуде, добротности и др.), а поскольку именно первые две формантные области в значительной степени влияют на распознавание звуков, то это вызывает ухудшение разборчивости вокальной речи. Хотя главная задача вокальной речи состоит в передаче эмоционально-эстетической информации, передача семантической информации (т. е. понимание смысла содержания) также имеет существенное значение (во всяком случае в классической вокальной культуре).

Регистры: специфической особенностью вокальной речи является использование различных певческих регистров (в обычной речи они используются только в случаях крайних эмоциональных состояний). В идеале голос должен производить все доступные ему высоты без переломов и резких изменений в тембре, но это не всегда достижимо. По поводу определения и классификации регистров в научной литературе имеются противоречивые сведения; наиболее распространенным является следующее определение: «Регистр — фонационный ряд частот, в котором все звуки звучат одинаково по тембру (при этом, по-видимому, они и создаются подобным образом)». Переход от одного регистра к другому отражает изменения в фонационной технике, т. е. изменения взаимодействия мускулов гортани и голосовых связок. Смена регистров ощущается как сдвиг в фонационной частоте (высоте тона) и как изменение тембра. При этом происходит и изменение других акустических характеристик звукового сигнала (изменение формы спектральной огибающей, структуры атаки и спада и др.)

В итальянской школе, например, выделяется три регистра: грудной (chest), средний (middle), головной (head) в женском голосе или грудной (modal, normal), головной (head) и фальцет (falsetto) в мужском голосе, со звуковысотными диапазонами, показанными на рис. 4.6.36. Обычно принято считать, что механизмы голосообразования сильно различаются в нижних («тяжелых») и верхних («легких») регистрах; средние регистры комбинируют качества их обоих.

В русском языке насчитывается 42 основных и 3 неопределенных фонемы. Звуки делятся на звонкие и глухие. Звонкие звуки образуются с участием голосовых связок, находящихся в напряженном состоянии. Импульсы потока воздуха, создаваемые голосовыми связками с достаточной степенью точности могут считаться периодическими. Соответствующий период повторения импульсов называется периодом основного тона To. Обратная величина называется частотой основного тона (fo=1/To). Если связки тонкие и сильно напряжены, то период получается коротким, а частота – высокой.

Частота основного тона для всех голосов лежит в пределах: 70 – 450 Гц. При произнесении речи частота основного тона непрерывно изменяется в соответствии с ударением, подчеркиванием отдельных звуков и слов, а также при проявлении эмоций. Изменение частоты основного тона называется интонацией.

У каждого человека совой диапазон изменения основного тона. Обычно бывает немногим более октавы. Интонация имеет большое значение для узнаваемости говорящего. Основной тон, интонация и тембр голоса служат для опознавания человека, причем достоверность опознавания выше, чем при отпечатках пальцев. Это свойство используют для создания аппаратуры, срабатывающей только для определенного голоса.

Импульсы основного тона имеют пилообразную форму, и поэтому при их периодическом повторении получается дискретный спектр с большим числом гармоник (до 40) с частотами, кратными частотам основного тона. Огибающая спектра основного тона имеет спад в сторону высоких частот с крутизной около 6 дБ на октаву. Поэтому, например, для мужского голоса с частотой 3 кГц ниже уровня составляющих на 100 Гц примерно на 30 дБ.

При произнесении глухих звуков связки находятся в расслабленном состоянии и поток воздуха из легких свободно проходит в полость рта. Встречая на своем пути различные преграды, он образует завихрения, создающие шум со сплошным спектром.

Согласные по способу образования делятся на сонорные, щелевые (ж, з, в), взрывные (б, д, г), аффрикаты (комбинация глухих взрывных и щелевых).

При произнесении звуков речи речевой аппарат, голосовые связки, челюсть должны находиться для каждой фонемы в строгом направлении и движении при произношении. Эти движения называют артикуляцией органов речи. При артикуляции в речеобразующем тракте создаются резонансные полости, определенные для каждой фонемы. При произнесении звуков речи через речевой тракт проходит или тональный импульсный сигнал, или шумовой, или оба вместе.

Речевой тракт представляет собой сложный акустический фильтр с рядом резонансов, создаваемых полостями рта, носа, носоглотки, т.е. с помощью артикуляционных органов речи. Вследствие этого равномерный, тональный или шумовой спектр превращается в спектр с рядом максимумов (формант) и минимумов (антиформант).

Для каждой фонемы огибающая спектра имеет индивидуальную и вполне определенную форму. При произнесении речи спектр ее непрерывно изменяется и образуются формантные переходы.

Частотный диапазон речи: от 70 до 7000 Гц. Звонкие звуки речи, особенно гласные, имеют высокий уровень интенсивности. Глухие согласные – самый низкий уровень интенсивности. При произнесении речи громкость ее непрерывно изменяется. Гласные звуки имеют длительность 0, 15 сек. Согласные – 0, 08 сек.

Звуки речи неодинаково информативны. Гласные звуки – малоинформативные, а глухие согласные – наиболее информативны. Разборчивость речи снижается при действии шумов в первую очередь из-за маскировки глухих звуков.

Образование звуков речи происходит путем передачи команд мускульным артикуляционным органом от речевого центра мозга. Общий поток сообщений от мозга составляет в среднем 100 бит/с. Вся остальная информация – сопутствующая.