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.
Исследования показали, что в каждой гласной содержатся три, четыре и даже пять формант. Каждая из них влияет на опознаваемость звуков, но наиважнейшими оказываются первые две-три. У разных людей форманты даже в одних и тех же гласных звуках несколько разнятся по своему частотному положению, ширине и интенсивности. Индивидуальные особенности формант и придают голосу каждого человека неповторимый, присущий только ему одному тембр.
Вы никогда не задумывались, отчего зависит такое свойство голоса певца, как его звонкость? Хотя слово «звонкий» не совсем точно передает характеристику голоса певца. Голос может быть серебристый, бархатный, яркий, тусклый. Поэтому иногда говорят об окраске или «цвете» голоса. Современная фониатрия считает, что певческий голосовой вокальный тембр представлен следующими элементами: блеск, объем, плотность и общая окраска. Общая окраска, объем и плотность голоса зависят от усвоенной вокальной техники, тогда как блеск создается врожденным качеством гортани и не может быть приобретен путем специальных упражнений. Блеск голоса зависит от плотности прилегания голосовых складок и является строго индивидуальным свойством певца. Поэтому не все голоса обладают блеском — ценным свойством певческого голоса. Так вот, упомянутая нами «звонкость» идентична такому понятию как блеск голоса.
От чего же зависит эта важная особенность тембра — блеск голоса? Установлено, что в звуке певческого голоса содержится значительно больше высоких обертонов, чем в звуке обычного разговорного голоса. Особенно сильно выражены в певческом голосе высокие обертоны с частотой 2500–3000 герц, они-то и придают голосу звонкий оттенок. Сила этих обертонов в голосе хорошего певца в десятки раз больше, чем в обычном разговорном голосе. Эта группа высоких обертонов была названа «высокой певческой формантой».
В книге В. Морозова «Тайны вокальной речи» приведены акустические спектры голоса выдающихся мастеров вокального искусства в сравнении со спектрами голоса неопытных певцов. Легко видеть, что величина высокой певческой форманты в спектрах голосов Шаляпина, Баттистини, Джильи и других мастеров пения намного больше, чем в спектрах голосов начинающих певцов. Хотя голоса всех выдающихся певцов отличаются исключительным своеобразием тембра, наблюдается общая закономерность: в них сильно выражена высокая певческая форманта, которая и придает им чарующий серебристый оттенок.
Чтобы доказать, что высокая певческая форманта действительно придает голосу силу и звонкость, голоса Шаляпина, Карузо и других знаменитых певцов, записанные на магнитофонной пленке, подвергли своеобразной «хирургической операции». При помощи специальных электроакустических фильтров высокая певческая форманта была полностью «вырезана» из голоса и «пересажена» на другую магнитофонную ленту. Такие оперированные голоса с «вырезанной» формантой были продемонстрированы на заседании студенческого научного общества вокального факультета Ленинградской консерватории. Оказалось, что голос, лишенный певческой форманты, звучит на слух тускло, без звона и яркости, присущих хорошему певческому звуку. Сама же по себе изолированная форманта напоминала соловьиную трель. Любопытно, что «соловьиная трель», напоминающая еще звон маленького серебряного колокольчика, содержится не только в самых высоких голосах, таких как сопрано, тенор, но буквально во всех, даже у самого низкого баса. И чем сильнее выражена высокая певческая форманта в голосе певца, тем больше его звонкость и серебристый тембр.
Почему же певческая форманта так сильно влияет на звонкость голоса. Для того, чтобы понять это, нам надо вспомнить то, что говорилось об особенностях звуковосприятия в I главе. Мы рассказывали, что ухо человека способно воспринимать частоты в довольно большом диапазоне — от 16 до 20 000 Гц. Но природа наделила нас такой способностью с большим «запасом».
В реальной жизни зона частот, с которыми нам приходится иметь дело (так называемых «речевых частот») занимает интервал от 250 до 8000 Гц, а самой наивысшей чувствительностью слух обладает к звукам с частотой 2000–3000 герц. Но как раз в этой области и располагается высокая певческая форманта! Выходит, что она «поражает» наиболее чувствительные участки нашего слуха. Заметим, что для звуковой сигнализации человек нередко выбирает звуки, близкие по частоте к звучанию певческой форманты, — таков, например, звук милицейского свистка или будильника в электронных часах.
