Урок 1. Как работает голос. Физика и анатомия извлечения звука

Чтобы эффективно работать над развитием голоса и речи, необходимо понимать, что такое вообще звук, голос и речь. Поэтому цель данного урока – разобраться, что такое звук, голос и речь с точки зрения физики и анатомии. Чтобы добиться положительного результата, нужно понимать оба аспекта. Знание анатомии поможет научиться управлять голосом, а понимание физических основ звука – визуализировать результат занятий и контролировать правильное звукоизвлечение.

Также мы дадим ссылки на полезные сервисы, которые помогут вам провести самостоятельную диагностику возможностей своего голоса, если у вас есть такое желание. Мы рекомендуем это сделать, чтобы вам было проще и нагляднее увидеть прогресс после того, как вы начнете работать с голосом.

Содержание:

• Что такое звук и голос с точки зрения физики
• Что такое звук и голос с точки зрения анатомии
• Устройство слуха
• Проверочный тест

Итак, план действий на ближайший урок у нас намечен, поэтому приступаем к делу!

Что такое звук и голос с точки зрения физики

Начнем с того, что такое звук и голос с точки зрения физики. Звук – физическое явление, представляющее собой распространение механических волновых колебаний.

С точки зрения физики звук имеет три свойства:

• высота;
• сила;
• звуковой спектр.

Высота зависит от частоты колебаний. Колебания происходят с определенной периодичностью и измеряются в герцах. Герц – это единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц, а также в системах единиц СГС и МКГСС.

Сила звука (она же громкость) зависит от амплитуды колебаний. Больше амплитуда – сильнее звук. Единица измерения силы звука – децибел (дБ). Для примера: шелест листьев – около 10 дБ, а громкий разговор – до 90 дБ.

Звуковой спектр – это совокупность добавочных колебаний или обертонов, возникающих вместе с основной частотой. Это особенно четко можно наблюдать в музыке или пении. Обертона повышают основной тон в кратных соотношениях (overtone: оver – над, tone – тон) и придают звуку дополнительную окраску, т.е. тембр.

Звуки с периодическими (одинаковыми и равномерно повторяющимися) волновыми колебаниями называются музыкальными тонами. Звуковые колебания непериодической повторяемости не являются музыкальными тонами. Это, например, скрип, треск и прочие звуки.

О силе звука и звуковых спектрах мы поговорим в следующих уроках, а сейчас вернемся к высоте звука.

Виды звука по высоте:

1. Волновые колебания, воспринимаемые человеческим ухом, т.е. в диапазоне 16-20 000 Гц (герц).
2. Ультразвук – звуковые волны, имеющие частоты выше воспринимаемых человеческим ухом, т.е. выше 20 000 Гц.
3. Инфразвук – звуковые колебания, имеющие частоты ниже воспринимаемых человеческим ухом, т.е. ниже 16 Гц. 

Таким образом, чем больше частота колебаний, тем выше звук. В контексте нашего курса по развитию голоса нас интересует слышимый диапазон, т.е. 16-20 000 Гц. В нижней части диапазона звук субъективно воспринимается как более глухой и басистый, в верхней части – как более тонкий и звонкий. Весь слышимый диапазон звуков распределен по так называемой нотно-октавной шкале (см. рис.1а), построенной на основе двоичной системы.

Дело в том, что звуки, частота которых различается в 2 раза (в 2 раза выше или ниже), воспринимаются на слух как сходные. Музыкантам эта таблица хорошо знакома, а всем остальным она представлена для осмысления, насколько велики возможности человеческого слуха и, соответственно, голоса. В обозначения нот и октав можно пока не вникать. Эту тему мы затронем, когда будем говорить о развитии певческого голоса.

Итак, мы подошли к тому, что такое голос, и чем он отличается от звука. Звук – это более широкое понятие. В контексте нашего курса звук – это абсолютно все, что мы можем услышать. Это пение птиц, шелест травы, плеск воды, рокот мотора, жужжание принтера, звон бокалов и, конечно, человеческий голос.

Голос – это результат работы голосового аппарата и органов звукоизвлечения (об их строении с точки зрения анатомии мы поговорим позже). Возможности голоса несколько меньше, чем возможности человеческого уха, в том плане, что даже рекордсмены не могут охватить голосом всю гамму звуков в диапазоне 16-20 000 Гц. Правда, некоторые из них могут выйти за пределы слышимого диапазона.

Голоса-рекордсмены из Книги рекордов Гиннеса:

• Самую высокую вокальную ноту среди мужчин «фа диез» 5-й октавы (5 989 Гц) взял Амирхоссейн Молаи в Тегеране (Иран) 31 июля 2019 года [Guinness World Records, 2019].
• Самую высокую ноту среди женщин «соль» 7-й октавы (25 087 Гц) взяла бразильская певица Джорджия Браун в 2004 году. Технически эта нота не является музыкальной. Также Джорджии Браун принадлежит мировой рекорд на самый широкий вокальный диапазон среди женщин. Ее диапазон простирается от «соль» большой октавы (98 Гц) до «соль» 7-й октавы (итого 8 октав) [Guinness World Records, 2004].
• Самая низкая вокальная нота среди женщины составила 57,9 Гц, что чуть выше, чем нота «ля» контроктавы. Ее взяла Марьяна Павлова (Великобритания) в Валлингтоне, Большой Лондон, Великобритания, 3 июня 2019 года [Guinness World Records, 2019].
• Самая низкая вокальная нота, воспроизводимая мужчиной, – G-7 (0,189 Гц), была достигнута певцом и композитором Тимом Стормсом (США) в студии Citywalk Studios в Брэнсоне, штат Миссури, США, 30 марта 2012 года. Частотный выход голоса Тимоти был измерен с помощью оборудования Bruel & Kjaer (низкочастотный микрофон, прецизионный анализатор звука и ноутбук для постанализа) [Guinness World Records, 2012].

К слову, в музыке принято использовать далеко не весь слышимый диапазон. В этом легко убедиться, взглянув на клавиши фортепиано. Все 88 клавиш (36 черных и 52 белых) охватывают диапазон от «ля» субконтроктавы (27,5 Гц) до ноты «до» 5-й октавы (4 186 Гц). Этого полностью достаточно, чтобы воспроизвести любое музыкальное произведение, комфортное для человеческого уха и того, как мы слышим звуки.

Возможности собственного голоса вы можете проверить, скачав Pano Tuner и разрешив приложению доступ к микрофону. Попробуйте взять самую высокую и самую низкую доступную вам сейчас ноту, но не делайте более трех попыток подряд, т.к. это может привести к перенапряжению голосового аппарата. Зафиксируйте результат и повторите опыт после прохождения нашего курса. Если вы ранее никогда не занимались тренировкой голоса и не работали над расширением диапазона, возможно, у вас это получится сейчас, когда вы изучите анатомию голоса и приемы, помогающие звукоизвлечению.

Есть варианты, доступные онлайн без предварительного скачивания приложений. Например, сервис Theta Music Trainer. Для старта нажмите на кнопку «Play», затем выберите тембр голоса, после этого выберите ноту, с которой вам удобнее стартовать, и возьмите ее. Как только вы в нее попадете, она поменяет цвет, а следующий шаг будет возможен только на любую из соседних нот как вверх, так и вниз. Если вы пока не разбираетесь в нотах, попробуйте взять ноту «до» 1-й октавы – она есть в диапазоне практически каждого человека. Изучив предыдущую иллюстрацию, вы ее легко найдете самостоятельно.

По мере того, как вы будете брать каждую из последующих нот, они также будут менять цвет. Когда вы исчерпаете свой диапазон, нажмите «Закончить» и сохраните результат, допустим, в виде скриншота. Скорее всего, через 1-2 месяца тренировок ваш диапазон станет шире.

И, наконец, речь. Речь – это совместный результат работы голосового аппарата и мышления. Если для того чтобы издавать просто звуки (крик, плач, стон и другие), нам достаточно задействовать голосовой аппарат, для речи нужно предварительное осмысление того, что вы хотите сказать. Для речи используется меньший диапазон голоса, чем для разного рода звуков – крика, плача, стона и других.

Различают внутреннюю и внешнюю речь, но в контексте нашего курса нас интересует, в первую очередь, развитие внешней речи, где задействуются органы звукоизвлечения. В то же время красивая внешняя речь невозможна без развития внутренней речи, т.е. планирования и контроля «в уме» речевых действий, внутреннего проговаривания запланированных фраз.

Кстати, в нашем курсе вы узнаете, что звукоизвлечение тоже можно планировать! «В уме» можно репетировать не только текст будущего сообщения, но также его эмоциональную насыщенность, громкость, высоту. А поможет в этом осмысленный подход к звукоизвлечению, знание анатомии голоса и понимание, как те или иные движения и положения органов звукоизвлечения влияют на ваш голос и вашу речь.

Что такое звук и голос с точки зрения анатомии

Голос – это звук, возникающий с помощью выдыхаемого воздуха, колебания голосовых связок и резонирования. При этом голосовые складки (или связки – мы будем использовать оба термина) участвуют лишь в тонком управлении голосом, а основную работу выполняет воздушный поток и резонанс.

Для понимания, как работает голос и как формируется речь, нам необходимо изучить устройство звукового аппарата человека. Разделим задачу на две составляющие: как устроен голосовой аппарат и как устроен слух. Начнем с голоса.

Общее устройство дыхательной системы и голосового аппарата:

1	легкие;
2	грудная клетка;
3	диафрагма;
4	брюшной пресс;
5	бронхи;
6	трахея;
7	гортань;
8	голосовые связки (находятся внутри гортани);
9	глотка;
10	полость рта;
11	полость носа с придаточными полостями;
12	элементы нервной системы, проводящие и передающие сигналы, соединяющие органы голосообразования с мозговыми центрами.

Мы рассматриваем дыхательную систему и голосовой аппарат как единое целое, потому что звукоизвлечение происходит за счет выдыхаемого воздуха. Настоятельно рекомендуем сначала изучить строение дыхательной системы и голосового аппарата в самом общем схематичном виде, а уже потом перейти к подробному изучению, анализируя иллюстрации со все большим количеством элементов и подробностей.

Вот простая иллюстрация:

А вот более сложная:

Такой подход позволит вам не запутаться, изучая звукоизвлечение и голосообразование, и соблюсти постепенный переход от простого к сложному.

Простая иллюстрация:

И более сложная:

Теперь перейдем к тому, как именно происходит звукоизвлечение. Рассмотрим процесс поэтапно.

Звукоизвлечение – как происходит:

1. Звук образуется за счет потока воздуха, выдыхаемого из легких.
2. Струя воздуха приводит в движение голосовые складки.
3. Высота голоса предопределяется длиной и натяжением связок. Чем сильнее натяжение, тем выше голос. Чем длиннее голосовые связки, тем ниже голос.
4. Сила голоса предопределяется плотностью смыкания связок и давлением воздуха.
5. Степень натяжения голосовых связок меняется при сокращении внутренних мышц гортани.
6. Голосовые связки прикреплены к черпаловидным хрящам и к щитовидным хрящам, смещение которых предопределяет положение связок.
7. При помощи языка, губ, мягкого и твердого неба создается та или иная форма ротовой полости, которая предопределяет получение того или иного звука.

Так образуется голос:

А так – речь:

Остановимся подробнее на зависимости высоты голоса от связок. Высота голоса, т.е. частота звуковых колебаний, зависит как от напряжения, так и от длины голосовых связок.

Коротким связкам колебаться легче, поэтому они могут совершать большее число колебаний в единицу времени. Чем больше колебаний, тем выше голос. Длинные связки «раскачать» тяжелее, поэтому они способны совершать меньшее число колебаний в единицу времени. Чем меньше колебаний, тем ниже голос.

Это явление можно образно сравнить с размахом крыльев у птиц. Так, скорость взмаха крыльев миниатюрной колибри составляет от 50 до 80, а у некоторых видов до 200 взмахов за секунду. А такая заметно более крупная птица как аист, совершает всего 2 (два!) взмаха крыльями в секунду.

Проиллюстрируем сказанное:

Посмотрев на диаграмму зависимости высоты голоса от длины голосовых связок, можно условно сказать, что басы – это наши аисты, а сопрано – это колибри. Это деление, принятое в академической опере, весьма условно. Есть люди, чей голосовой диапазон выходит далеко за рамки какого-то одного типа голоса.

Например, певец Димаш имеет диапазон в 6 октав + 5 полутонов от «ля» контроктавы до ноты «ре» 5-й октавы. Таким образом, его голос полностью вмещает диапазон, в котором поет баритон, тенор, альт и сопрано, а также захватывает верхнюю часть басового регистра и часть так называемого «свисткового регистра», который выходит за пределы верхних нот сопрано. Посмотрев выступление Димаша, можно услышать, как филигранно он тянет ноты мелодии композиции (не путать с текстом песни!) в свистковом регистре:

Тут мы подошли вплотную к разнице между образованием голоса и образованием речи. Из первой части нашего урока вы уже знаете, что голос – это более широкое понятие, чем речь. Голос без речи возможен – например, крик, стон, плач, а вот речь без голоса невозможна никак.

В образовании речи большую роль играет положение языка, губ, мягкого и твердого неба. С их помощью мы создаем ту или иную форму ротовой полости. Та или иная форма ротовой полости позволяет направить поток воздуха в ту или иную сторону, чем и предопределяется разница звуков, получаемых при разном положении языка, губ, мягкого и твердого неба.

Теперь пару слов о том, куда направлять поток воздуха. По умолчанию поток воздуха направляется в резонаторы – полости внутри организма, отражаясь внутри которых, он превращается в звук. Основными резонаторами для человеческого голоса являются глотка, ротовая и носовая полости и трахея. Также резонировать способны придаточные пазухи, теменная кость, прочие полости внутри черепа.

Этим, кстати, объясняется, почему мы слышим собственный голос иначе, чем слушающие нас люди. Мы воспринимаем волновые колебания от черепа и прочих резонирующих полостей, которые проходят через наш организм. Таким образом, мы воспринимаем голос, который издаем, не только посредством слуха. А все наши слушатели воспринимают наш голос исключительно через свой слух. Поэтому, если мы хотим узнать, как слышат наш голос окружающие, нужно сделать аудиозапись – например, на диктофон в смартфоне.

Ввиду того, что наш курс носит прикладной характер, тут будет уместным уточнить пару моментов. В большинстве курсов, обучающих ораторскому мастерству, вокалу, технике речи, вам встретится такое понятие как «грудной резонатор». Это некоторая условность, связанная с тем, что среднестатистическому человеку сложно представить, где у него находится трахея, однако очень легко ощутить вибрации внутри грудной клетки.

Поэтому, если вы захотите расширить нижнюю часть голосового диапазона, поработать над красивым звучанием низких нот своего голоса, следует быть готовыми к тому, что вам будут встречаться формулировки наподобие «работа грудного резонатора», «упражнения для развития грудного резонатора» и т.д.

Забегая вперед, скажем, что в уроке №2 мы затронем тему раскрытия резонаторов, в том числе грудного, и подробнее объясним термины, чтобы в дальнейшем вы могли самостоятельно пользоваться любыми книгами и онлайн-ресурсами по углубленному обучению технике речи и/или вокалу.

Чтобы понять, что такое резонанс, нужно вспомнить молодость – примерно старшую или среднюю группу детского садика – когда мы дули на листок бумаги и получали самый настоящий свист. Или когда делали «телефон» из стаканчиков и веревочки. Смысл в том, что нить должна быть натянута, и только тогда по ней можно передать звук. К слову, вы можете воспроизвести этот эксперимент и сейчас. Заодно познакомите с основами физики своих детей или племянников. Видеоинструкция прилагается:

К слову, обратите внимание, что на 01:25 в кадр попадает акустическая гитара. Звучание гитары – это тоже пример резонанса. Волновые колебания идут через отверстие деки внутрь корпуса и преобразуются в звуки, высота которых зависит от того, какую струну и на каком ладу вы зажали. В данном случае струны являются аналогом голосовых связок. У электрогитары с цельной декой тоже есть внутри резонирующие полости, просто они не видны снаружи. Электрическая часть лишь усиливает механические волновые колебания, воспринимаемые человеческим слухом. И вот теперь мы вплотную подошли к устройству слуха.

Устройство слуха

Слух, голос и речь тесно взаимосвязаны. Если, например, потеря слуха произошла в доречевом периоде, человек так и не научится говорить. При остаточном слухе человек может получить речевые навыки с помощью слухового аппарата, усиливающего звук настолько, чтобы его можно было услышать.

 Как устроен слух:

1. Наружное ухо.
2. Среднее ухо.
3. Барабанная перепонка между наружным и средним ухом.
4. Внутреннее ухо.
5. Слуховые проводящие пути.

Вот простая иллюстрация:

 А теперь более сложная:

Улавливаемые наружным ухом звуковые волны, ударяют в барабанную перепонку и заставляют ее вибрировать. Колебания передаются в среднее ухо. В свою очередь, внутреннее ухо состоит из двух компонентов. Первый компонент – это преддверия и полукружные каналы, которые отвечают за чувство равновесия и положения тела в пространстве, из-за чего данный элемент часто обозначают как «орган равновесия».

Второй компонент внутреннего уха – это так называемая улитка, заполненная жидкостью, которая вибрирует под воздействием волновых колебаний. Внутри улитки находится специальный орган (кортиев орган), который непосредственно отвечает за слух. Он содержит около 30 тысяч клеток, улавливающих звуковые колебания и передающих сигнал к слуховой зоне коры головного мозга. Каждая клетка настроена на определенную частоту, и, если часть из них погибнет, человек перестанет слышать звуки на той частоте, за которую отвечали погибшие клетки.

Также стоит подробнее рассказать про слуховые проводящие пути. Это группа нервных волокон, отвечающих за передачу нервных импульсов от улитки к слуховым центрам, расположенным в височных долях головного мозга. В головном мозге происходит обработка и анализ комплексных звуков (речь, мелодия, песня). Скорость передачи аудиосигнала от наружного уха к центрам мозга происходит за 10 миллисекунд.

Представление о том, как устроен слух, как мы слышим звуки позволяет лучше понять, что такое музыкальный слух и как его развить. Большинство из нас слышали выражение, что «неработающие органы атрофируются». Это в полной мере относится и к элементам устройства человеческого слуха.

Чем большее количество клеток из тех 30 тысяч, улавливающих звуковые колебания и передающих сигнал к слуховой зоне коры головного мозга, вы заставите работать, тем более тренированным будет ваш слух. Если вы будете слушать звуки на разной частоте, со временем вы потренируете каждую клеточку кортиева органа. Они начнут быстрее реагировать на «свою» частоту.

Соответственно, нервные волокна, которые отвечают  за передачу нервных импульсов от улитки к слуховым центрам, будут быстрее передавать максимально точную информацию к слуховым центрам, расположенным в височных долях головного мозга. А обработка и анализ комплексных звуков с каждым разом будут все детальнее и эффективнее.

Всем заинтересовавшимся рекомендуем прочитать статью на нашем сайте «Музыкальный слух: что это такое и как его развить». Если вы профессиональный музыкант, значительная часть информации вам будет известна. А вот если вы не знакомы с музыкальной грамотой, но планируете карьеру лектора, оратора, трибуна, педагога, психолога, вам стоит ознакомиться со статьей и взять некоторые элементы развития музыкального слуха на вооружение, т.к. это поможет вам в дальнейшем развитии голоса и речи уже после окончания нашего курса.

А сейчас подведем итоги урока. Сегодня вы изучили физику звука, физику и анатомию голоса, а также узнали, как работает голос и что общего в развитии голоса и речи. Вы узнали, что основными физическими характеристиками звука являются высота, сила и звуковой спектр, а также познакомились с устройством голосового аппарата, органов слуха и поняли, как происходит звукоизвлечение и голосообразование.

Закрепите полученные знания при помощи теста, после чего мы ждем вас на следующем уроке!

Проверьте свои знания

Если вы хотите проверить свои знания по теме данного урока, можете пройти небольшой тест, состоящий из нескольких вопросов. В каждом вопросе правильным может быть только один вариант. После выбора вами одного из вариантов система автоматически переходит к следующему вопросу. На получаемые вами баллы влияет правильность ваших ответов и затраченное на прохождение время. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты перемешиваются.

А теперь переходим к разбору голосовых характеристик.

1Цель, 1Риторика