shkolakz.ru 1
Е.Е.Белов


кандидат педагогических наук, профессор

ВЛИЯНИЕ ФОРМАНТНЫХ ОБЛАСТЕЙ НА РАЗБОРЧИВОСТЬ РЕЧИ


Спектр человеческого голоса индивидуален, так как он насыщен многими обертонами (гармониками низкого и высокого порядков), определяющими его разборчивость, тембр, тип, а при вокальной речи еще и красоту, звонкость и полетность (по терминологии вокальных педагогов).

Так же характеристиками голоса профессионального певца являются наличие ярко выраженных максимумов огибающих низкочастотных и высокочастотных составляющих в его спектре – формантных областей, и амплитудно-частотная модуляция звуковых колебаний во времени (вибрато).

В вокальной речи формантные области могут включать в себя группы близкорасположенных гармоник, обладающих большой интенсивностью.

Помимо частоты основного тона (ЧОТ), в спектре певческого голоса есть три формантных области (или просто форманты) – область низкой певческой (первой речевой) форманты (НПФ) – (200 – 1200) Гц (в зависимости от типа голоса), средней певческой (второй речевой) форманты (СПФ) – (800 – 1800) Гц и область высокой певческой (третьей речевой) форманты (ВПФ) – (1800 – 3500) Гц. Все три области играют важную роль в голосе исполнителя, наделяя его силой, разборчивостью, красотой, звонкостью (за которую «отвечает», в первую очередь, ВПФ) и полетностью – способностью озвучивать большие концертные залы без микрофона.

Природа НПФ и СПФ уже достаточно давно изучена. Они образуются в голосе певца за счет природных резонаторов (ротоглоточного, носового, трахеобронхиального). Природа ВПФ до сих пор окончательно не определена.

В спектре обычной речи присутствуют первые две форманты, отвечающие за разборчивость речи и тембр голоса. В певческом голосе наибольшей интенсивностью обладает третья форманта – высокая певческая форманта, которая свойственна профессиональным вокалистам (см. рис. 1, 2, 3).

хворостовский (на балкон) 370 гц (2)


Рис. 1. Д. Хворостовский (баритон). Спектр гласной «А», частота основного тона 370 Гц

лемешев ы фа 1 окт 349 гц

Рис. 2. С. Лемешев (тенор). Спектр гласной «Ы», частота основного тона 349 Гц


рис

Рис. 3. Н. Гяуров (бас). Спектр согласной «М» (закр. рот), частота основного тона 294 Гц


Как видно из рисунков, характер огибающей у каждой гласной свой. На рис. 3 видно, что формантные области стали шире. По форме огибающей спектр согласной «М», исполненной закрытым ртом напоминает спектр гласной «У». Это указывает на профессиональную постановку голоса, т.к. исполнение любой гласной или согласной (с закрытым ртом) осуществляется при одном и том же положении голосового аппарата.

Вопросам формирования ВПФ у певцов уделяется достаточно пристальное внимание. Так у Е.А. Рудакова [1] механизмом происхождения высокой певческой форманты является «краевой тон» голосовых связок, подобный свисту.

По В.П. Морозову [2] звук, порождаемый голосовыми связками, попадая в резонаторы, усиливается, образуя при этом формантные области и, в частности, область высокой певческой форманты.

Высокая певческая форманта обладает постоянной большой интенсивностью у профессиональных певцов благодаря постановке голоса, под которой понимаются занятия с опытными педагогами-вокалистами. В ходе занятий вырабатываются оптимальные условия звукоизвлечения, которые позволяют вырабатывать «краевые тоны» голосовыми связками.

Используя данные, полученные при анализе приведенных в статье Е.А. Рудакова [1] временных диаграмм высокой певческой форманты, мы решили с помощью современной вычислительной техники получить спектр такого колебания.

Для упрощения модель формирования высокой певческой форманты голосовыми связками представили в виде периодической последовательности импульсов с огибающей в форме усеченных косинусоид с высокочастотным заполнением. После расчетов можно убедиться, что спектр такой последовательности имеет гармоники (номера гармоник 21 – 28) большой интенсивности на частоте высокой певческой форманты (см. рис. 4). Для вычисления данного спектра частоту основного тона взяли равной 123 Гц (что соответствует си большой октавы), частоту высокочастотного заполнения усеченных косинусоид, равную 3000 Гц.


После небольших преобразований амплитудный спектр этой последовательности выражается формулой:

формула


где Аn – амплитуда n-й гармоники спектра; – длительность импульса; w – частота заполнения; w0частота основного тона; Т – период следования импульсов основного тона.


спектр посл-ти усеч-х косинусоид новый

Рис. 4. Спектр представленной последовательности усеченных косинусоид с высокочастотным заполнением


Опираясь на обе теории образования высокой певческой форманты можно сделать вывод, что эти гармоники попадают в грудные и головные резонаторы с соответствующими добротностями, и на их выходе получается высокая певческая форманта большой интенсивности.

Анализ голосов профессиональных исполнителей (Д. Хворостовского, Б. Христова, Н. Гяурова, С. Лемешева, М. Ланца, Е. Образцовой и др.) показал, что добротность резонансных полостей, настроенных на область высокой певческой форманты, имеет значения в пределах от 3 до 7. Вычисление интенсивности высокой певческой форманты в районе голосовых связок по известной добротности и интенсивности этой форманты на выходе голосового тракта указывает на то, что интенсивности спектральных составляющих в области высокой форманты разговорной речи и вокальной речи существенно отличаются. В спектре разговорной речи третья форманта значительно меньше.

Мы считаем, что при постановке голоса у профессиональных исполнителей возникает механизм образования высокой певческой форманты посредством эффекта «краевого тона» с последующим выделением в резонаторной области, поэтому теории образования высокой певческой форманты Рудакова и Морозова являются взаимодополняющими.


Для каждого голоса ширина формантной области своя. Данные, полученные из экспериментального исследования спектров вокальных гласных мужских групп голосов профессиональных певцов – бас, баритон и тенор, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Частотные значения основных формантных областей спектра мужских голосов


Тип голоса

Формантная область спектра

НПФ, Гц

СПФ, Гц

ВПФ, Гц

Бас

200-600

700-1100

2100-2800

Баритон

300-700

1100-1400

2200-2900

Тенор

500-800

1300-1700

2500-3200


Однако эти данные носят достаточно усредненный характер, и во многих случаях ширину области высокой певческой форманты бывает определить достаточно трудно. На рис. 2, представленном выше, изображен спектр гласной «Ы» в исполнении знаменитого тенора С.Я. Лемешева. Максимум ВПФ находится на частоте 1877 Гц, ширина области ВПФ 1400 Гц. Нужно отметить, что у вокальных гласных «И» и «Ы» механизм формирования в голосовом тракте певца практически одинаков и характер огибающей ВПФ этих гласных также схож [3].

Из предыдущих исследований [4] известно, что ВПФ влияет на звонкость голоса, тембр, а так же на громкость субъективного восприятия слушателем. Ранее было промоделировано изменение интенсивности ВПФ (изменялся коэффициент отношения интенсивностей формант (КОИФ) [4]) в отрезке вокального произведения, исполненного непрофессиональным певцом. Для этих целей интенсивность высокой певческой форманты была увеличена до эталонного уровня по отношению к низкой певческой форманте. Проведенная экспертная оценка отметила, что увеличение ВПФ благотворно сказалось на общем звучании певческого голоса. В нем добавился «серебристый» оттенок, голос стал боле полетным, ярким. По субъективным оценкам, звуковой сигнал стал звучать громче, хотя общий уровень остался прежним.


Нами было решено провести повторную экспертную оценку исходного и скорректированного музыкальных фрагментов с целью исследования изменения разборчивости вокального текста.

В качестве экспертов были выбраны 5 человек (все с музыкальным слухом), которым предстояло прослушать исходный и скорректированный звуковой фрагмент. Экспертам были выданы бланки для заполнения, в которых были указаны характеристики голоса для оценивания (звонкость, тембр, громкость, разборчивость).

Была выбрана следующая шкала оценок: 1 – очень плохо; 2 – плохо; 3 – удовлетворительно; 4 – хорошо; 5 – очень хорошо.

Для каждой характеристики эксперты должны были выставить свой балл путем отметки любым символом в квадратике, соответствующим нужной оценке и характеристике. В конце исследования были вычислены суммарные баллы оценок характеристик начального звукового фрагмента и скорректированного и вычислено их отношение.

По экспертной оценке можно судить, что субъективное восприятие разборчивости улучшилось в 1,9 ± 0,63 раза.

Таким образом, увеличение уровня ВПФ (в пределах эталонных значений, взятых у профессиональных исполнителей) приводит к улучшению субъективного восприятия разборчивости вокальной речи наравне с повышением звонкости и красоты тембра голоса непрофессионального исполнителя.

Эти данные можно использовать в практике обучения вокалистов, для коррекции недостатков певческого голоса и восстановления старых аудиозаписей.

Так же, эти данные дают основание предположить, что при искусственном увеличении интенсивности третьей речевой форманты в голосе диктора улучшится разборчивость его речи. Это особо актуально в устройствах с ограниченной полосой пропускания или воспроизведения.


Библиографический список

  1. Рудаков Е.А. Новая теория образования верхней певческой форманты. стр. 18-37.//Применение акустических методов исследования в музыкознании. Сборник статей. Ред. С.С. Скребков. М.: Музыка, 1964., 132 с.


  2. Морозов В.П. Искусство резонансного пения. Основы резонансной теории и техники. ИП РАН, МГК им. П.И. Чайковского, Центр «Искусство и наука». М., 2002. 496 с., ил.

  3. Бакаев А.В. Вопросы оптимизации вокального звучания на основе исследования спектров профессиональных вокалистов//Материалы международной научной конференции «Оптимальные методы решения научных и практических задач» – часть 3 – Таганрог: Изд. «Антон», ТРТУ, 2005, 120 с. С. 4 – 9.

  4. Бакаев А.В. Информационный подход к исследованию музыкальных фраз на основе коэффициента отношения интенсивностей формант//Материалы международной научной конференции «Информационные технологии в современном мире» - часть 1 – Таганрог: ТРТУ, 2006, 96 стр. С. 12 – 16.

ВЛИЯНИЕ ФОРМАНТНЫХ ОБЛАСТЕЙ НА РАЗБОРЧИВОСТЬ РЕЧИ" получила, она войдет в выпуск  3 СОВРЕМЕННОЕ СОЦИОКУЛЬТУРНОЕ ПРОСТРАНСТВО: ТРАДИЦИИ И НОВАТОРСТВО,