Голосовая система вокалиста как источник звука | Елена Геогиевна Чередниченко. Работа №336299

Голосовая система вокалиста как источник звука.

Голосовая система человека не получила бы признания, если бы оценивалась в рамках привычного инструмента. Например, судя по размерам, гортань и прилегающие к ней части сопоставимы с самым маленьким инструментом - пикколо. Но в то же время опытные певцы могут петь на равных и даже соревноваться со всем оркестром. Структурные и функциональные недостатки голосового аппарата человека проявляются на протяжении всего процесса.

Для правильной работы инструмента необходимы 3 основных компонента. Во-первых, это источник звука, который генерирует необходимую вибрацию, и она оценивается как громкость. Во-вторых, 1 или более резонаторов, которые усиливают частоту, влияющую на тембр (цвет) звука. И в-третьих, это своего рода поверхность, которая преобразует и распределяет звук.

Если рассматривать трубу, то это выглядит так: источником вибрации будут губы музыканта. Металлическая трубка инструмента выполняет роль резонатора и также участвует в формировании поверхностей для распространения звука. В результате изменения давления на кромку и клапан происходит изменение основной частоты трубы, что изменяет эффективную (полезную) площадь трубы. Скрипка немного отличается, но основные принципы остаются. Вибрирующие струны издают звук, полость скрипки действует как резонатор, а отверстия в верхней деке помогают излучать звук во внешний мир.

Но вокалист работает только с голосовыми связками - двумя небольшими нитями необычной ткани. По своей структуре они напоминают небольшие кусочки ткани. Благодаря такой структуре они могут вибрировать, сталкиваться друг с другом и формировать частоты. Голосовая щель (пространство между голосовыми связками) открывается и закрывается одновременно. Также есть преддверие гортани - это дыхательные пути, похожие на мундштук трубы. Все это вместе образует резонатор. Губы выполняют роль своеобразного колокола.

Природа распорядилась так, что голосовые связки, на первый взгляд, не очень подходят, но, тем не менее, обеспечивают необходимый резонанс для усиления звучания гортани.

Природа решила проблему, создав особую структуру голосовых связок: из 3-х различных материалов, которых нет в музыкальных инструментах. Один из компонентов - это пучок, который выглядит как струна и часто называется "голосовой струной". Ученые провели серию биомеханических тестов и обнаружили, что давление на эти связки возрастает нелинейно. Когда связка укорачивается, напряжение в ней уменьшается, и наоборот, а если она растягивается, напряжение в ней резко возрастает. Например, растяжение с 1,0 см до 1,6 см фактически увеличивает внутреннее напряжение в 30 раз, а частота изменений увеличивается с 5 до 1. Фактически, длина увеличивается на 60% по сравнению с частотой вибрации, музыкально образуя ту же частоту от 3 до 1, обратно пропорциональную половине октавы. Большинство из нас говорит именно на этой частоте, но некоторые певцы могут использовать 4 или 5 октав, что до сих пор удивляет ученых.

Биологи также нашли второй способ расширить диапазон звуков, издаваемых голосовыми связками, включая материалы, которые могут на короткое время увеличить напряжение мышечной ткани. Внутреннее сжатие мышечных волокон приводит к давлению между концами голосовых связок, даже если голосовые связки максимально укорочены. Около 90% общего объема голосовых связок приходится на мышцы. По сути, природа решает проблему с помощью волокон, расположенных в ряд, каждое из которых может сокращаться независимо друг от друга.

Но тогда что заставляет голосовые связки деформироваться и вибрировать? Это должно быть похоже на ветер, который развевает флаг, и он должен быть у человека. Это воздух из легких. Но мышцы и связки слишком твердые, поэтому нам нужен другой мягкий материал, который вибрирует, как море, и создает волны.

Это третий слой - слизистая оболочка, которая покрывает связки и мышцы. Она состоит из очень тонкого эпителия, который может быстро и легко деформироваться под воздействием возникающих воздушных волн. Как это работает, можно показать и донести с помощью формул, но если представить, то это похоже на парус, который наполняется попутным ветром и может двигаться вперед.

Из-за низкого звука и частоты вокалист задействует голосовые мышцы, которые начинают дополнительно воздействовать на связки. В этом случае голосовые связки расслабляются. В случае с высокими звуками певец растягивает голосовые связки без дополнительного мышечного вмешательства. В обоих случаях обязательно задействована слизистая оболочка, которая участвует в поддержании независимых вибраций под воздействием поднимающегося воздуха.

Нетрудно представить, какой сложной иннервацией должна обладать мышца гортани. Мышцы гортани, расположенные за пределами голосовых связок, также регулируют длину голосовых связок. Иногда система может давать сбой, и тогда мы даем "петуха". Причиной этого может быть чрезмерная или, наоборот, недостаточная работа мышц. Вокалист, который умело использует мышцы, может работать в 2-х разных диапазонах и исполнять особую технику - йодль (тирольскую песню). Но если происходят непроизвольные изменения в диапазоне, это указывает на то, что голосом невозможно управлять.

Но в дополнение к материалу необходимо объяснить более тонкие механизмы работы, где на помощь приходит нелинейная теория. Примером может служить орган, в котором каждый звук (гармоника) усиливается отдельно большим количеством трубок. Но "горло" может усилить все сразу, не разбивая на составляющие. Мы можем использовать часть энергии сразу или приберечь ее для более подходящего случая. Проще говоря, есть "толчок", который усиливает вибрацию в нужный момент, это похоже на катание на качелях, и в нужный момент происходит точный "толчок", и на самом деле это амплитуда.

Идеальное время для толчка наступает, когда движение воздуха в области голосовых связок замедляется. Ученые утверждают, что инерционное сопротивление (замедленная реакция на внешнее давление) становится здесь силой. Это инерционное сопротивление позволяет голосовым связкам вибрировать с требуемой частотой в течение значительного периода времени.

Когда голосовые связки снова начинают вибрировать в своем первоначальном положении, восходящий поток воздуха из легких направляется в преддверие гортани, где и расположены голосовые связки. Давление в надгортаннике и за его пределами увеличивается и может быть заполнено новыми потоками воздуха. Это давление снова приводит все в движение. Когда надгортанник по инерции закрывается, поток воздуха, проходящий через гортань, уменьшается. Но стоит помнить, что воздух продолжает поступать из легких. И снова происходит увеличение давления и раскрытие складок. Это чем-то похоже на раскачивание и имитирует тот самый толчок.

Общее различие в стиле мюзикла, или, скорее, пения, основано на разных типах гортани, которые могут по-разному использовать инерционное сопротивление. Чтобы воспроизвести звук /е/ (как электричество), гортань должна принять форму мегафона. Небольшое поперечное сечение голосовой щели может быть дополнено большим открытым ртом. Сопротивление singer может достигать 800 или 900 Гц для мужчин и на 20% выше для женщин. То есть для того, чтобы издать достаточно мощный звук, певец должен широко открыть рот, который напоминает усеченную трубу.

Вместо усеченного мегафона используется обратный мегафон. Если преддверие гортани остается узким, а глотка (расположенная сразу за ртом и носом) максимально расширяется, то преддверие гортани сужается. Форма обратного рупора позволяет женщинам, поющим в классической манере, играть в середине диапазона, а мужчинам - петь высокими звуками. Классическая подготовка позволяет певцу найти правильную форму горла для исполнения необходимых звуков. Тренировка также должна включать в себя поиск "кольца", то есть узкого преддверия и широкого горла. Учителя пения используют такие термины, как "переверни это" и "закрой это", чтобы объяснить, что нужно делать с горлом.

Стиль пения в основном основан на физиологии человека, что позволяет широко использовать этот инструмент. Исследователи, изучающие элементы человеческого голоса и то, как они чудесно работают, лучше понимают, как лучшие певцы могут исполнять такие красивые арии. Ученые и певцы в равной степени выигрывают в такой сложной задаче, как изучение вокальных навыков.