Источник голосового сигнала, продуцируемый колебаниями голосовых складок, представляет собой практически периодическую последовательность звуковых волн, где каждая предыдущая волна почти повторяет последующую. Благодаря своей периодичности, голосовой сигнал состоит из обертонов: синусоид, формирующих базовую частоту голоса.
Таким образом, звуковой сигнал может быть представлен (изменение потока воздуха) либо как воздушный поток с определенными временными характеристиками (сверху), либо как серия синусоид с различной амплитудой и одной частотой (снизу). Таким образом, источник звукового сигнала можно представить не как серию воздушных «толчков», а скорее, как связку определенных частот, поступающую в вышележащие отделы дыхательных путей через голосовую щель.
Достаточно точной аналогией является трубач или другой игрок на духовом инструменте, который за счет движений губ на мундштуке трубы обеспечивает поступление в него серии воздушных импульсов. Эти импульсы, являясь периодическими, также приводят к формированию на проксимальном конце трубы серии гармонических частот.
Голосовой тракт, подобно музыкальному инструменту, обладает определенными акустическими свойствами, которые зависят от его длины и формы. Некоторые гармонические колебания при прохождении через него подвергаются определенным изменениям, другие же остаются неизменными. Упрощая, можно сказать, что голосовой тракт действует как акустический фильтр. Характеристики фильтра можно представить в виде «аудиограмм», как это сделано на рисунке ниже, представив модифицирующий эффект голосового тракта как функцию от частоты гармонических колебаний.
Этот рисунок отражает «модуляционно-передаточную» функцию голосового тракта. Когда спектр, получаемый в результате изменения потока воздуха, поступает в фильтр голосового тракта, передаточная функция голосового тракта определяет объем передачи до дистального отдела голосового тракта (губ). Конечный результат представлен на рисунке ниже в нижнем правом углу. У выходного спектра теперь есть пиковые значения, которые не подверглись какой-либо модификации, и плато, которые оказались наиболее модифицированными. Сверху изображена исходная звуковая волна, которая достигает ушей слушателя и воспринимается им как голос говорящего.
Характеристики голосовых складок в трех различных голосовых регистрах.
а) Регистры голоса. Описанная выше модель фонации подходит для использования в большинстве случаев обычной спокойной речи. В то же время, определенные движения голосовых складок могут использоваться для произведения определенных голосовых регистров. Голосовой регистр можно определить, как определенную воспроизводимую схему работы гортани, которая может использоваться на уровне определенных частот для произведения голоса с нужными качествами. Частоты различных регистров обычно почти не пересекаются. Музыканты предпочитают пользоваться более сложным, но менее точным определением регистра, которое основано исключительно на воспринимаемых качествах голоса.
Между различными музыкальными школами уже давно идут споры о том, сколько же на самом деле существует регистров и как их правильно называть. Для физиолога существует три голосовых регистра, которые определяются в соответствии с определенными движениями краев голосовых складок, визуализируемых при эндоскопическом обследовании гортани. Они представлены на рисунке ниже.
• Тональный регистр, встречается наиболее часто, используется для бытовой речи. Голосовые складки напрягаются умеренно, их края несколько закруглены. Фаза открытой голосовой щели незначительно превышает фазу закрытой. Давление воздушного потока умеренное, голосовая F0 находится в области средних значений (около 120 Гц для мужчин и 210 Гц для женщин).
• Фальцет, старый музыкальный термин, все еще широко используется для обозначения голоса с максимальной частотой F0. Более современным термином является «верхний регистр». Очень сильно натянутые голосовые складки колеблются под действием воздушной волны высокого давления, края голосовых складок подобны острию ножа. У мужчин F0 в данном регистре составляет 275 Гц и выше, у женщин — около 500 Гц. Колебания голосовых складок представляют собой синусоиду, полного закрытия голосовой щели чаще всего не происходит.
• Пульсовой регистр, ранее известный под старым названием «штробас» (тип фонации, при котором голосовые связки вибрируют, но при этом практически не напряжены. Является самым низким вокальным регистром). F0 составляет около 30 Гц. Звуковые импульсы изолированы друг от друга. Голосовые связки расслаблены, атоничны, края их притуплены. Уровень воздушного давления низкий. Относительно короткие периоды открытия голосовой щели сменяются длинными периодами смыкания.
Колебания голосовых складок периодичны только в некоторые моменты фонации. Часто фонация имеет «дикротический» характер, когда за коротким быстрым открытием голосовой щели следует более долгое и широкое. Несмотря на то, что штробас воспринимается как грубый голос, он не является при знаком заболевания гортани. Также его использование не наносит гортани никого вреда (хотя в клинической практике часто бытует обратное мнение).
б) Ключевые моменты:
• И «источник», и «фильтр» принимают участие в формировании человеческого голоса.
• Во время фонации, вдох занимает лишь 10% дыхательного цикла. При спокойном дыхании он занимает около 40%.
• При разговоре давление в трахее может превышать давление покоя в 10 раз и более.
• Согласно миоэластической-аэродинамической теории фонации, колебания голосовых складок, биомеханические свойства которых изменяются под действием внутренних мышц гортани, формируют базовую гармоническую частоту фонации, которая в дальнейшем модифицируется под действием структур голосового тракта.
Положение и очертание голосовых складок во фронтальной проекции и при виде через просвет гортани во время фаз колебательного цикла.
График в центре отображает изменения давления потока воздуха.
(1) Голосовая щель полностью закрыта. (2) Расхождение нижних краев голосовых складок.
(3,4) Постепенное расхождение голосовых складок. (5) Расхождение центральных и верхних отделов голосовых складок.
(6) Голосовая щель полностью раскрыта (7-9). Смыкание нижних краев голосовых складок.
(10) Полное смыкание нижних краев голосовых складок. Верхние края частично сомкнуты.
Модель голосообразования «источник-фильтр».
Легкие обеспечивают энергию воздушного потока, из которого на уровне голосовых складок образуется звук с базовой частотой и обертонами.
Затем эти частоты модифицируются в голосовом тракте.
