Анатомия тембра

ЦВЕТ» ГОЛОСА

Обертоны суть первопричина осмысленности тона; они за­ключают в себе эстетические причины голосовых чудес, они суть — сердце и пульс человеческого голоса.

П. Брунс.

Если в обычной разговорной речи характер тембра не является чем-то особенно существенным, то в искусстве пения — это важнейшее свойство голоса, составляющее его главное богатство. Чтобы согласиться с этим, достаточно вспомнить, например, голос нашего выдающегося певца Ф. Шаляпина с его удивительно разнообразным, каждый раз неповторимо красочным тембром.

Тембр голоса часто называют «окраской звука», «коло­ритом» или просто «цветом голоса».1[MN1] По тембру мы легко различаем голоса знакомых.2[MN2] По «цвету» голоса вокальные педагоги определяют тип голоса певца (баритон, бас, тенор и т. д.). Любопытны высказывания о тембровых красках голоса известного баритона Титта Руффо (1966): «Я стремился создать при помощи специфической вокаль­ной техники подлинную палитру колоритов. При помощи определенных изменений я создавал звук голоса белый; затем, затемняя его звуком более насыщенным, я доводил его до колорита, который называл синим; усиливая тот же звук и округляя его, я стремился к колориту, ко­торый называл красным, затем к черному, т. е. к мак­симально темному» (стр. 302).

От чего же зависит тембр голоса? Как известно, звуки речи сложные: они состоят из основного тона и многочис ленных обертонов, т. е. звуков более высокой, чем основной тон, частоты. Если высота голоса человека определяется частотой основного тона, то тембр голоса и принадлеж­ность к той или иной гласной пли согласной определяется степенью выраженности в звуке тех или иных обертонов.

Анатомия тембра

Сто лет тому назад известный немецкий физик Герман Гельмгольц пользовался для определения обертонов го­лоса очень простым прибором: это был стеклянный или металлический шар, имеющий два отверстия (Helmholz, 1913). Узким отверстием шар вставлялся в ухо, и если шар резонировал, это значило, что в голосе содержатся обертоны, близкие к резонанс­ному тону шара. Собственный же резонансный тон этого шара (f₀) определяется формулой:

f₀ = k √s/lv,

где s — площадь отверстия, v — объем резона­тора, l — длина горла резона­тора, k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от плотности воздуха. Легко ви­деть, что чем меньше объем шара и чем больше площадь его отверстия, тем выше собственная резонансная частота такого резонатора. Для выде­ления обертонов разной высоты существовали шары раз­ных размеров, собственные резонансные тоны которых были Гельмгольцу известны.

Рис. 20, Резонатор Гельмгольца. Объяснение в тексте.

«Анатомируя» таким образом гласные, Гельмгольцу удалось установить наличие в каждой из них по одной-две области особых усиленных обертонов, которые он назвал «характеристическими тонами гласных». Гельмгольц пока­зал, что именно благодаря этим «характеристическим то­пам» гласные и отличаются друг от друга по слуху.

В наши дни для исследования обертонов звука приме­няется несравненно более сложная, точная и объективная аппаратура. Один из таких приборов, называемый зву-ковым спектрометром, изображен на рис. 21. Если Гельмгольц при помощи своего шара-резонатора мог только выслушивать обертоны, то этот прибор, кроме того, позволяет еще и видеть их на экране. Подобно тому как солнечный луч, проходя через призму, разлагается на составляющие его цвета радуги, так и сложный звук го­лоса, пройдя через спектрометр, оказывается расчлененным на отдельные составляющие его обертоны. Приемником звука в этом приборе служит микрофон. Далее звук в форме электрического сигнала с микрофона поступает на усилитель, а с усилителя проходит через систему электроакустических фильтров, которые и разделяют его на составные части. В результате ряда преобразований на экране прибора появляется серия светящихся столбиков, каждый из которых соответствует определенной частоте обертона, а высота столбика — его интенсивности. Стол­бики эти вырисовываются безынерционным лучом ка-тодно-лучевой трубки спектрометра. Таким образом, по шкале прибора мы можем определить не только частоту обертонов, из которых состоит звук голоса, но и силу каждого из обертонов. Спектрометр, изображенный на рис. 21, позволяет обнаружить в сложном звуке обертоны с частотами от 40 до 27 000 гц, т. е. практически весь слышимый человеческим ухом диапазон частот. ³ [MN3] Слева на экране прибора располагаются низкие составляющие, справа — высокие.

Рис. 21. Исследование акустического строения голоса при помощи советского спектрометра типа СЗЧ. У микрофона лауреат Всесоюзного и Международного конкурсов вокалистов В. Атлантов.

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. Таким образом, речевые форманты по своей сути соответствуют характе­ристическим тонам Гельмгольца.

Детальные исследования формантного состава речевых звуков позволили установить, что формант в каждой глас­ной не одна-две, как думал Гельмгольц, а значительно больше — три, четыре и даже пять. Хотя все эти речевые форманты влияют на опознаваемость звуков, наиважней­шими оказываются все же первые две-три, средние ча­стоты которых приведены в табл. 5.

У разных людей форманты даже в одних и тех же гласных звуках несколько разнятся по своему частотному положению, ширине и интенсивности (в детском и жен­ском голосе все форманты несколько выше, чем в муж­ском). Кроме того, даже у одного и того же диктора фор­манты одного и того же звука, например А, заметно различаются в зависимости от того, в каком слове звук произносится, ударный он или безударный, высокий или низкий и т. д. (Артёмов, 1960; Зиндер, 1960). Индиви­дуальные особенности формант, а также присутствие в го­лосе еще и других специфических для каждого человека обертонов и придают голосу каждого человека неповтори­мый, присущий только ему одному, тембр.

Теперь мы видим, что научить машину разбираться во всех этих особенностях обертонов, т. е. решить проблему "захвата речи», — дело не простое. Пока что машина на­училась хорошо производить анализ звука, т. е. «анато­мию» обертонов, как это делает, например, спектрометр. Но для того, чтобы опознать звук, нужно по существу произвести его синтез, т. е. найти среди обертонов фор­манты, сопоставить все их особенности и причислить звук к определенной категории, несмотря на целый ряд мешаю­щих этой операции случайных признаков, Так, например, при классификации речевых звуков машина не должна «обращать внимание» на разную высоту голоса, его силу и различие в тембре. Поскольку же в формировании тембра участвует по сути дела тот же самый механизм, что и в образовании гласных, различить эти два явления очень трудно, Легко себе представить, что для человека, не знающего чужого языка, различные гласные этого языка звучат как звуки различных' тембров. Таким обра­зом, проблема классификации звуков в речи тесным обра­зом связана с изучением тембра. Успехи науки, однако, позволяют надеяться, что в недалеком будущем, взяв телефонную трубку, нам уже не нужно будет производить однообразную и скучную операцию набора номера паль­цем; достаточно лишь будет четким голосом произнести номер, как машина тотчас же соединит нас с абонентом. Разумеется, произойдет это тогда, когда тайна вещих слов «сим-сим, отвори дверь!» из известной сказки «Али-баба и сорок разбойников» будет полностью раскрыта и из фантазии превращена в действительность.

[MN1]

1 По-немецки тембр —

die Klangfarbe (буквально «окраска звука»)

[MN2]

2 Любопытно, что в старой Италии существовал обычай, по которому в паспорте в числе прочих примет человека указывался также и тембр его голоса (Воячек, 1926).

[MN3]

3 Существуют и другие типы спектрометров, например динамический спектрометр, называемый «видимая речь» (visible speech) и позволяющий зарегистрировать на фотоленте динамику изменений звукового спектра во времени.