Интегрально-статистические характеристики спектра вокальной речи и тип голоса певца

Данные предыдущих разделов характеризуют спектральный состав отдельных гласных певцов и касаются в основном изучения роли ВПФ. Весьма интересно, однако, выяснить, какова средне статистическая картина спектра голоса квалифицированного певца, какие другие формантные области, кроме ВПФ, в ней имеются.

Традиционно профессиональные певческие голоса делятся на ряд категорий, или типов: бас, баритон, тенор, контральто, меццо-сопрано и т. д. Практика вокального искусства выработала ряд критериев определения типа голоса певца. Одним из основных является тембровый критерий, т. е. оценка на слух по характеру звучания, по «окраске» голоса.

Так, несмотря на наличие индивидуальных различий, тембр басов субъективно характеризуется как густой, мужественный, баритонов — мягкий, бархатный, теноров — светлый, нежный, яркий, и т. п. В этой связи возникает важный вопрос: какими объективными различиями в акустической структуре звука объясняются эти особенности субъективного восприятия тембра разных типов голосов? Иными словами: имеют ли место инвариантные статистические различия по спектру между различными категориями голосов — басов, баритонов и теноров, а также женских голосов?

С целью решения этой задачи нами впервые был применен метод исследования статистических характеристик спектра вокальной речи при помощи спектрального интегратора — видоизмененный вариант конструкции В. С. Мартынова (Морозов и др. 1973; Морозов, Лебедева, 1974).

Спектральный интегратор представляет собой прибор, суммирующий (накапливающий) электрическую энергию исследуемого сигнала одновременно и параллельно во всех полосах прозрачности гребенки фильтров за длительный промежуток времени(2.5—З мин. и более). Всего было обследовано 35 профессиональных вокалистов, солистов ведущих оперных театров г. Ленинграда, в возрасте от 26 до 45 лет: 8 басов, 8 баритонов, 12 теноров, а также 7 сопрано.

В качестве первоочередной задачи было изучено, насколько зависят показания интегратора от характера исполняемого певцом произведения. Вопрос этот весьма существен, так как нельзя было предполагать, что все испытуемые могут исполнять одно и то же вокальное произведение.

Исследования показали, что при достаточно длительном времени интегрирования (2.5 мин) характер огибающей спектра оставался для данного певца практически неизмененным, не зависящим ни от характера исполняемого произведения (рис. 1.16), ни от его тональности (рис. 1.17).

Рис. 1.16. Интегральные характеристики спектра голоса баритона А.К-ва. Песня «Санта Лючия»; 1 — исполнение на русском языке, 2 — на итальянском, F₀ — область основного тона, F₁ — первая формантная область, соответствующая низкой певческой форманте, F₂ — вторая формантная область, F₃ — третья формантная область, соответствующая ВПФ. Остальные обозначения те же, что и на рис. 1.4

Рис. 1.17. Интегральные спектры голоса тенора А. Л-на. Романс «Я встретил Вас»; 1 — в низкой, 2 — в высокой тональности. Остальные обозначения те же, что и на рис. 1.4

Рис. 1.18. Индивидуальные интегральные спектры 8 басов — солистов Малого оперного театра г. Ленинграда. F₀ — область основного тона, F₁—F₄ — формантные области

Вместе с тем интегральные спектры разных испытуемых существенно отличались между собой (рис. 1.18). На рис. 1.16 приведены интегральные характеристики спектра голоса баритона А. К-ва(высокий баритон), исполняющего песню «Санта Лючия» дважды: на русском языке (7) и на итальянском (2). Как видно, огибающие спектров почти полностью совпадают, несмотря на существенное различие в фонетическом составе текста и даже на различие в языке исполняемого произведения.

Поскольку приведенная интегральная спектрограмма вокальной речи является типичной, отметим ее основные черты. Индексом F₀ отмечена область основного тона голоcа певца. Расположение максимумов в этой области несомненно зависит от тесситуры исполняемого вокального произведения и скорее характеризует произведение, чем голос певца.

Интерес для нас представляют три максимума в области более высоких частот, расположение которых на частотной шкале, по-видимому, соответствует среднестатистическим значениям основных формантных областей данного певца и отражает индивидуальные тембровые характеристики его голосообразующего тракта: F₁ соответствует области низкой певческой форманты, F₃ — ВПФ, F₂ — занимает среднее положение между двумя описанными в литературе певческими формантами.

На рис. 1.17 приведены интегральные спектры тембра А. Л-на при пении романса «Я встретил вас» в низкой (1) и в высокой (2) тональности. Можно видеть, что, несмотря на существенное изменение высоты основного тона (максимум F₀ сместился со 190 до 270 Гц), все три частотные максимума остались без изменения, т. е. в данном случае F₁=540 Гц, F₂=1100—1300 Гц и F₃ - около 3000 Гц. Это дает основание полагать, что интегральные характеристики спектра голоса данного певца не зависят от изменений высоты основного тона.

Рис. 1.18, на котором сопоставлены интегральные спектры 8 басов — солистов оперы, хорошо иллюстрирует индивидуальные различия между певцами по степени выраженности, форме и расположению спектральных максимумов F₁ F₂ и F₃.

Таким образом, интегральные спектрограммы, не зависящие при достаточно большом времени интегрирования (2.5—3 мин) ни от характера исполняемого произведения, ни от его тесситуры, отражают индивидуальные характеристики голоса певцов.

В целях решения основной задачи — выявления типологических отличий между басами, баритонами и тенорами — были произведены операции по усреднению интегральных спектров однотипных мужских голосов во всех трех группах, путем вычисления среднестатических значений напряжения на выходе всех каналов интегратора. Таким образом нами впервые были получены усредненные интегральные характеристики спектров вокальной речи для каждого типа голоса: 8 басов, 8 баритонов и 12 теноров (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Типовые (усредненные) интегрально-статистические спектры вокальной речи профессиональных оперных певцов. 1 — басы, 2 — баритоны, 3 — тенора, 4 — обобщенная интегрально-статистическая характеристика спектра обычной речи при чтении текста. Значения F₀—F₄ те же, что и на рис. 1.18

На этом же рисунке для сравнения приведена усредненная интегральная характеристика спектра обычной речи этих же певцов (28 человек), которая имеет существенно более крутой спад спектральных составляющих к высоким частотам и весьма не четкие намечающиеся области формантных максимумов.

Сопоставление спектров позволяет отметить следующие особенности. Наибольших уровней в мужских голосах достигают 3-я и 1-я формантные области, известные в литературе под терминами высокая и низкая певческие форманты (Ржевкин, 1956а; Рудаков, 1964; Морозов, 1966а).

Как уже указывалось, высокая певческая форманта (F₃) придает голосу певца такие важные профессионально-эстетические качества, как звонкость и полетность, а низкая певческая форманта (F₁) — мягкость, массивность и округлость тембра.

Вторая формантная область (F₂), по частоте более всего соответствующая второй форманте гласной А, выражена в интегральных спектрах певцов менее четко, чем F₃ и F₁. Четвертая формантная область (F₄) выражена еще менее существенно и располагается по уровню значительно ниже F₃.

Таким образом, можно считать, что статистически усредненная спектральная картина мужского певческого голоса является в основном трехформантной.

Типовые различия между басами, баритонами и тенорами проявляются прежде всего в частотном расположении максимумов всех трех формантных областей: чем выше тип голоса, тем выше по частотной шкале сдвинуты формантные области (табл. 1.2).

Помимо этого, типовые различия проявляются в относительном уровне F₁ (по отношению к F₃): чем ниже тип голоса, тем выше уровень первой (низкой) певческой форманты.

На основании приведенных данных можно полагать, что специфические типовые особенности тембра голоса басов, баритонов и теноров определяются указанными особенностями их типовых спектральных характеристик.

Обратимся теперь к рассмотрению спектральных особенностей профессионального женского голоса. На рис. 1.20 и 1.21 представлены интегральные спектры двух сопрано — солисток оперы. Так же как и в спектрах мужских голосов, здесь можно отметить три ясно выраженных максимума, в основном соответствующих первой, второй и третьей формантам мужского голоса.

Рис. 1.20. Интегральные спектрограммы вокальной речи солистки оперы И. Л-дь (сопрано). 1 — пение вокального произведения «Зацветет черемуха», 2 — чтение текста

Рис. 1.21. Интегральные спектрограммы солистки оперы И. Ч-вой (сопрано). 1 - пение вокального произведения, 2 — чтение текста

Особенности женского спектра, однако, в том, что область основного тона голоса (F₀), располагающаяся у женских голосов на октаву выше, чем у мужчин, практически совпадает на интегральных спектрах с областью низкой певческой форманты (F₁=450 Гц на рис. 1.21). Поэтому частотное расположение первого спектрального максимума практически определяется тесситурой исполняемого певицей вокального произведения.

Форманта F₂ выражена у женщин достаточно четко (лучше, чем у мужчин). Третья форманта, или высокая певческая (F₃), располагается в области от 3000 до 3500 Гц и имеет уровень вершины ниже уровней F₁ и F₂.

На рис. 1.20 и 1.21 изображены также интегральные спектры речевого голоса тех же певиц (чтение художественного текста «Муму» Тургенева 2.5 мин), показывающие более крутое падение спектральных составляющих к высоким частотам.