Физика в быту - [8]

Электронные синтезаторы могут имитировать звук музыкальных инструментов благодаря тому, что мы знаем характерные форманты того или иного инструмента. И всё же одного только тембра для «подделки» звуков музыки недостаточно. Дело в том, что звуки реальных инструментов не статичны, и тембр каждой взятой ноты меняется в процессе звучания. Наш слух чётко отслеживает фазу нарастания звука и фазу его постепенного спадания, все изменения тембра. Помимо гармоник, в звуках музыкальных инструментов присутствует и определённый шумовой фон (типа стука клавиш). По нюансам спектра и временнóй структуры звука мы способны отличить звучание реального инструмента от подделки.

Рождение живого голоса

Голосовой аппарат человека устроен подобно духовому музыкальному инструменту типа кларнета. Источником звука в кларнете являются колебания гибкой трости в воздушном потоке, а у человека – голосовых связок. Это небольшого размера мышечные складки, прикреплённые к внутренней стороне гортани. Голосовые связки достаточно гибкие и могут менять расстояние между своими краями в очень широких пределах (рис. 7). При дыхании они разведены в стороны, образуя треугольное отверстие, через которое свободно проходит воздух. Для порождения звука связки начинают вибрировать, периодически захлопываясь и размыкаясь.

Рис. 7. Голосовые связки человека при дыхании (слева) и при звучании (справа)

Частоту основного тона колебаний голосовых связок, от которой зависит высота голоса, мы можем произвольно менять, регулируя их напряжение и скорость воздушного потока.

Интересно, что звук, порождаемый голосовыми связками, совсем не похож на звуки живого голоса, – вы никогда не догадались бы, что это голос человека. Человеческий тембр наш голос приобретает благодаря системе резонаторов. Дело в том, что сверху и снизу к гортани примыкают трубообразные полости, составляющие с ней единое целое. Пазухи носа, полость ротоглотки, глотка и гортань – это головные резонаторы. Кости черепа, подобно корпусу скрипки, тоже принимают участие в усилении звука. Ниже голосовых связок, рядом с бронхами и лёгкими, расположены кости трубчатой структуры, которые, получая энергию от звуковой волны, начинают вибрировать, усиливая звук, – этот процесс принято называть грудным резонированием. Оно ощущается как вибрация в груди. Головное же резонирование ощущается как вибрация в голове.

Каждый из нас хотел бы иметь приятный «грудной голос», более тёплый и чувственный, сочный и бархатистый, чем голос при головном резонировании. «Вытащить» грудной голос вполне возможно! Для этого разработаны специальные упражнения. Вы легко найдёте их описание на Ютуб-канале.

Воздух в каждом из резонаторов имеет свои собственные частоты, зависящие от их размера и формы. Эти частоты мы можем в той или иной степени менять, изменяя форму и размеры резонансных полостей с помощью движения языка и губ.

Первоначальный звук связок состоит из 20–30 гармонических обертонов, интенсивность которых слегка уменьшается с ростом частоты. Каждый из резонаторов усиливает обертоны с частотами, близкими к основной частоте резонатора, и гасит обертоны с далёкими частотами. И в спектре голоса остаётся всего несколько гармоник различной интенсивности, которые и определяют его тембр.

Если воздух в резонаторах заменить другим газом, то их собственные частоты изменятся. Пробовали вдохнуть содержимое шарика, надутого гелием, а потом заговорить? Получается «голос Буратино». Дело в том, что скорость звука в гелии больше, чем в воздухе, поэтому собственные частоты заполненных гелием резонаторов увеличились, так что резонаторы стали усиливать обертоны более высокой частоты.

О певческих голосах

Стоит человеку запеть, как наш слух легко выделяет тех, кто имеет певческий голос, даже если это не профессиональный певец. Что же такое особенное содержится в певческих голосах? Почему не каждый, кто умеет петь «чистенько», музыкально, может стать певцом? Умение петь громко и охватывать широкий диапазон частот, безусловно, имеет значение, но этого недостаточно!

Оказывается, в спектре певческих голосов усилены обертоны, попадающие в две особые области частот, – их называют певческими формантами. Нижняя певческая форманта расположена в районе частоты 500 Гц и придаёт голосу мягкость и «округлость». Верхняя певческая форманта с частотой в районе 3000 Гц (у мужчин чуть ниже, у женщин чуть выше) придаёт голосу «полётность», «металличность» и «блеск». Удивительно, но двадцатая или тридцатая гармоника, попадающая в область верхней певческой форманты, может превосходить по интенсивности все остальные гармоники спектра! Певец способен управлять интенсивностью верхней певческой форманты, то есть блеском своего голоса.

Эти певческие форманты должны присутствовать у любого певца – от баса до сопрано. Голос может обладать этими качествами от природы или же быть профессионально обработанным. Ухо профессионала сразу распознаёт наличие или отсутствие певческих формант у певца, а для непрофессионалов – это просто волшебство голоса.

Современные усилители позволяют исправить недостатки тембра певца путём специальной избирательной настройки частотной характеристики тракта усилителя. Например, можно «вытянуть» обертоны в области певческих формант и придать голосу певца недостающий блеск. Эстрадные солисты вовсю используют подобные системы индивидуальной настройки усилителей.