Сергей Рязанцев - В мире запахов и звуков
Разговорный голос использует довольно ограниченную силу с небольшим интервалом между «пиано» и «форте». При интимном разговоре сила голоса равна приблизительно 30 дБ, при вспышке гнева эта сила возрастает до 60 дБ. В помещении голос оратора должен обладать силой в 55 дБ, а на открытом воздухе — 80 дБ.
У певцов сила голоса достигает значительных величин, возрастая от 30 дБ до 110 и даже 130 дБ на расстоянии 1 м от певца, с учетом поглощения звуковой энергии в глотке и в полости рта, соответствует фактически силе 160–170 дБ, развиваемой на уровне гортани. Подобные огромные величины силы не могут быть достигнуты ни одним музыкальным инструментом с вибрирующими частями.
В одной из лондонских школ проводили соревнования — кто громче крикнет. Попробовать силу своих голосовых связок вызвалось около 200 школьников. Микрофон с измерительным прибором находился на расстоянии 1 м от кричащего. В среднем школьники кричат с громкостью 114 дБ. Победила 12-летняя девочка — 122 дБ. Для сравнения: фортиссимо большого симфонического оркестра — 90 дБ; вой сирены «Скорой помощи» — 100 дБ; рев реактивного двигателя на расстоянии 5 м — 120 дБ. Из мальчишек никто не подошел к победительнице ближе, чем на 2 дБ.
Английские законы по охране труда ограничивают средний уровень шума в цехах 90 дБ.
Голос приобретает свойственные ему силу и тембр в резонаторных полостях. В этой фразе пока остаются непонятными целых два термина — тембр и резонаторные полости. Попытаюсь эти термины разъяснить, но начать объяснение придется издалека.
Все окружающие нас звуки являются сложными. Простых звуков, представленных только одним тоном колебания практически не встречается. Их можно получить искусственно — например, при звучании камертона или в специальных аппаратах для исследования слуха (аудиометрах). Сложные звуки состоят из одного основного тона, определяющего главную тональность, и сопровождаются рядом так называемых гармонических тонов, называемых обычно обертонами. Обертоны имеют более высокую, чем у основного тона, частоту, чем и обусловлено их название (вспомните, например, встречающиеся вам в литературе слова кондуктор и обер-кондуктор, старший кондуктор; лейтенант и обер-лейтенант и т. д.)
Характерные звуковые особенности различных источников определяются не только свойствами основного тона, но и, в не меньшей степени, наличием обертонов. Именно присутствие тех или иных обертонов, представленных в определенном числе и соотношении, и характеризует тембр источника звука. Слово «тембр» происходит из французского языка и означает «печать», «клеймо». Служит тембр для характеристики источника звука, по тембру мы различаем звуки окружающей нас живой и неживой природы, судим об их происхождении.
При колебании голосовых складок, помимо основного тона, также образуется большое количество дополнительных обертонов. Но для восприятия органом слуха сила их недостаточна. Усиление этих обертонов происходит в резонаторах. Резонатор сам не производит звуков, он лишь усиливает некоторые из обертонов, выделяя их, таким образом, в качестве спутников основного тона в общей звуковой картине.
Давайте рассмотрим свойства некоторых резонаторов на примере музыкальных инструментов. Духовые музыкальные инструменты (как деревянные — флейты, дудки, так и медные — трубы, саксофоны и т. д. и даже роговые) имеют резонаторы трубчатой или воронкообразной формы. Кстати, такую же форму резонатора имел и старинный граммофон: без наличия громадной железной граммофонной трубы звук пластинки был бы едва слышен. Действие всех трубчатых резонаторов подчиняется принципам теории воронок, предложенной в 1935 году Рокардом. В них звуковая энергия источника звука (например, губ трубача или граммофонной пластинки) проходит через всю резонаторную трубу, обогащается обертонами и покидает инструмент через противоположное выходное отверстие. Феномен резонанса в резонаторах этого типа развивается последовательно в направлении движения звуковой волны. Резонаторная система голосового органа человека относится к группе трубчатых, в частности воронкообразных резонаторов. В систему эту входят все пространство гортани над голосовыми связками, гортано- и ротоглотка, полость рта с наружным ротовым отверстием. По своей форме и свойствам эта резонаторная система очень напоминает систему резонаторов медных духовых инструментов. При этом вибрирующие губы трубача аналогичны колеблющимся голосовым связкам певца, а выходное отверстие валторны или тромбона — открытому рту.
Но существует еще один вид резонаторов — полостные резонаторы.
Свойства полостных резонаторов впервые получили объяснение еще в 1863 году, в сформулированной Гельмгольцем теории резонанса. Полостные резонаторы обязательно имеют отверстие, через которое звуковые волны входят в полость, усиливаются, отражаясь от стенок, и включаются в общее звучание источника. К полостным резонаторам относятся гитара и скрипка, лютня и мандолина, балалайка и банджо. Полостные резонаторы по своему объему и форме, а также благодаря форме своего отверстия «настроены» на ту или иную совокупность обертонов, т. е. обладают способностью усиливать преимущественно лишь определенные обертоны, которые наиболее близки к их «собственным» тонам. Благодаря такой полости развивается феномен созвучия, обогащающий звучание основного тона.
Такими полостными резонаторами для обертонов, возникающих при колебании голосовых связок, являются околоносовые пазухи — верхнечелюстная, лобная, основная, решетчатые, и полость носа. А так как объем их постоянен, то резонируют в основном одни и те же группы обертонов, что придает голосу неповторимую индивидуальную окраску.
Это подтверждается экспериментом, заключающемся в проигрывании в обратном направлении записанного на магнитофонную ленту разговора, когда смысл, естественно, не может быть понят, но того, кто говорит, узнать можно.
Благодаря индивидуальному объему околоносовых пазух тембр голоса строго индивидуален. Неповторимость его можно сравнить с неповторимым узором отпечатка пальцев. Во многих странах мира (в США, Англии, Италии) магнитофонная запись человеческого голоса считается неоспоримым юридическим документом, подделать который невозможно. А как быть с поразительной способностью некоторых людей к звукоподражанию? Надо признаться, что это свойство пародистов исследовано далеко недостаточно. Частично иллюзию чужого голоса можно объяснить копированием характерной манеры разговора, индивидуальных дефектов и особенностей голоса, стилем построения фразы. Но ведь наиболее талантливым артистам удается добиваться и схожего тембра голоса. Как это получается — пока еще не совсем ясно.
В настоящее время разработаны компьютерные устройства, позволяющие производить спектральный анализ голоса. Это может быть использовано для идентификации личности по магнитофонной записи голоса, для определения преступника по голосу и для других целей. Основная сюжетная линия романа А. Солженицына «В круге первом» как раз и посвящена разработке прообразов этих автоматических определителей голоса, так называемых «звуковидов», в одной из «шарашек» госбезопасности в 40-е годы.
Тайны тембра человеческого голоса издавна привлекали исследователей-акустиков и музыкантов, инженеров связи и лингвистов, врачей-фониатров и вокальных педагогов, логопедов и актеров, певцов, физиологов и даже математиков. Первым попытался изучить «анатомию» тембра знаменитый немецкий физик Герман Гельмгольц. Для этого он использовал очень простые устройства — стеклянные или металлические шары с двумя отверстиями. Узкое отверстие прислонялось к уху, и, если шар резонировал, это значило, что в голосе содержатся обертоны, близкие по звучанию к резонансному тону шара. Для выделения обертонов разной высоты существовали шары разных размеров.
Сейчас для исследования тембра голоса применяется несравненно более сложная, точная и объективная аппаратура, например, звуковые спектрометры. Подобно тому, как солнечный луч, проходя через призму, разлагается на составляющие его цвета радуги, так и звук голоса, пройдя через спектрометр, оказывается расчлененным на отдельные составляющие его обертоны. В результате ряда электрических преобразований на экране прибора появляется серия светящихся столбиков, каждый из которых соответствует определенной частоте обертона, а высота столбика — его интенсивности.
Картина, получающаяся при разложении звука на экране спектрометра, носит название спектра звука, а отдельные сильно выдающиеся пики, состоящие из группы обертонов и влияющие на распознавание речевых звуков, были названы формантами. Форманта… Запомним этот термин, он во многом определяет секрет индивидуального звучания тембра.
