ЭМОЦИОНАЛЬНАЯ ОКРАСКА ГОЛОСА и феномен квазигармоничности обертонов

ЭМОЦИОНАЛЬНАЯ ОКРАСКА ГОЛОСА И ФЕНОМЕН КВАЗИГАРМОНИЧНОСТИ ОБЕРТОНОВ Д.б.н., профессор В.П, Морозов, к.иск. Ю.М. Кузнецов

Считается, что обертоновый состав голоса человека является гармоническим, т.е. частоты обертонов соотносятся как ряд целых чисел (2, 3, 4, 5 и т.д.). Есть основания – как теоретические, так и экспериментальные – считать обертоновый состав голоса (певческого и речевого) отнюдь не строго гармоническим, или, по нашей терминологии – квазигармоническим (Морозов, Кузнецов, 1994; Morozov, 1996). Наши исследования показали, что существуют определенные тенденции отклонения обертонового ряда голоса от идеального гармонического положения. Важно отметить, что эти изменения соответствуют формированию различных эмоциональных красок голоса, разных вокальных гласных русского языка и различных ладовых наклонений (мажора и минора). Для сравнительной оценки степени отклонений обертонов от идеального гармонического ряда использовались выработанные авторами данной статьи два основных показателя: 1) средние значения отклонений от гармоничности и 2) разброс средних отклонений от гармоничности по модулю (с учетом знака отклонения). В акустической части экспериментов, на основе рассчитанных в программе В.Р. Женило "Signal Viewer" массивов спектров хорового звучания, формировались АSСП-файлы (см. рис. 1). После этого, в программе "Anson", разработанной А. В. Харуто, получались в полуавтоматическом режиме таблицы реальных значений частотных положений пиков (в герцах) для десяти квазигармоник (f1 – f10 где f1 соответствует ЧОТ). Далее с помощью программ "Start1" и "Start2" (А.В. Харуто), в автоматическом режиме рассчитывались и визуализировались в центах или процентах таблицы отклонений "реальных" положений пиков спектральных составляющих от "идеальных" (строго гармоничных) значений по отношению к частоте основного тона. Такие "графики гармоничности" позволяют представить любую группу спектральных срезов на заданном временном интервале по параметрам "средних отклонений" и "разбросу отклонений от гармоничности" (см. рис. 2). ЧОТ в пении, как известно, носит частотно-модулированный характер вследствие вибрато голоса (Морозов, 1977). На рис. 2 линия f1 отображает изменение ЧОТ вследствие вибрато. Изменение ЧОТ вследствии вибрато было учтено при расчете гармоничности обертонов.

[pic] м – а – мэ – ми – мо – му Рис. 1. Сонограмма слогов ма — мэ— ми — мо — му, пропетых солистом в миноре под минорную фонограмму, прослушиваемую певцом через головные телефоны. Нота 1а малой октавы (220 Гц).

[pic] м- а – мэ – ми – мо – му Рис. 2. График отклонения обертонов (f2-f10) от гармоничности для минорного исполнения фразы, представленной на рис. 1. Цифры справа – процент ( %) отклонения от гармоничности (в средн. и по модулю). f1 – ЧОТ (частота основного тона) (229 Гц.).

Для изучения проявлений квазигармоничности при выражении голосом эмоций (радости, печали, гнева, страха и для сравнения – нейтрали спокойствия), вокальных гласных ("а", "э", "и", "о", "у") и ладового наклонения были обследованы голоса четырнадцати студентов-вокалистов Московской государственной консерватории. С целью акустического анализа влияния ладового наклонения музыки на тембр было обработано 33 сигнала голоса вокалистов. В эксперименте по изучению эмоций было обработано 38 эмоционально окрашенных сигналов солистов. В связи с тем, что переходные процессы вокальных гласных могут влиять на общие закономерности квазигармоничности эмоционально окрашенных звуков, с каждого слога снимались спектры только в стационарных участках гласных (что дало возможность при статистической обработке изучать каждую эмоцию и каждый вокальный гласный звук в отдельности). Всего было проанализировано около двухсот тысяч спектральных срезов сольного и хорового звучания. Данные были подвергнуты статистической обработке методами дискриминантного анализа на компьютерной программе Startgraf. Результаты анализа показывают достаточно высокие уровни различения эмоций в голосе, а также гласных по критерию квазигармоничности (средних алгебраических величин отклонений каждого из обертонов и амплитуде отклонений по модулю). (Таблицы 1 и 2).

Таблица 1

Результаты дискриминантного анализа (в %) эмоционально окрашенного пения вокалистов

Эмоции	Нейтраль	Радость	Печаль	Гнев	Страх	Среднее
Усредненные данные для всех вокалистов	91.00	82.20	82.50	90.00	85.00	85.62

Таблица 2

Результаты дискриминантного анализа (в %)

пяти вокальных гласных, по средним значениям и по модулю для f 2 – f 8

Гласные	«a»	“э”	“и”	“o”	“у”	Среднее
Процент идентификации	73.75	76.25	79.37	65.62	70.62	73.12

Исходя из результатов дискриминантного анализа следует, что частота обертонов певческого голоса закономерно смещается в зависимости от экспрессивных намерений певцов и вокальных гласных. Специальная серия опытов была посвящена исследованию соответствия дискриминантного (компьютерного) и аудиторского (на слух группы экспертов) анализа эмоционально окрашенных гласных, а также пения в миноре и мажоре. Пример подобного сопоставления, представленный на рис.3, показывает достаточно высокую степень соответствия машинного и аудиторского анализа эмоционально окрашенных гласных (коэффициент корреляции по Пирсону R=0,8908 при р=0,043). Известно, что слуховое распознавание эмоциональной окраски певческого голоса определяется формантной макроструктурой спектра (Морозов, 1977, 1989). Поэтому есть основания говорить о взаимосвязи амплитудных и частотных характеристик обертонов как средств эмоциональной выразительности (Morozov, 1996). Рисунок 3 Сравнение результатов дискриминантного анализа с результатами аудиторского анализа [pic] Эмоции Радость Печаль Гнев Страх Нейтраль

Итоги экспериментальных исследований свидетельствуют, что экспрессивные задачи исполнения, также как характер гласной и ладово-гармоническое музыкальное развитие, оказывают значительное влияние на частотное положение спектральных составляющих певческого голоса. Выявлена статистически достоверная зависимость частотного положения обертонов голоса от: 1) эмоций, 2) вокальных гласных ("а", "э", "и", "о", "у") и 3) ладового наклонения музыки (мажора или минора). В частности при пении в миноре обнаружена тенденция к отрицательным значениям отклонения обертонов по сравнению с мажором. Нами отмечены также существенные индивидуальные различия среди обследуемых по акустическим коррелятам эмоциональной окраски голоса, также как и при пении в миноре и мажоре. Есть основания полагать, что выявленные нами закономерности квазигармоничности обертонов певческого голоса характерны также и для речевых гласных.

Морозов В.П., Кузнецов Ю.М. Феномен квазигармоничности обертонов и тембр певческого голоса // Художественный тип человека. Комплексные исследования.— М., 1994, С. 154—163 Морозов В.П. Биофизические основы вокальной речи. Наука, 1977 Морозов В.П. Язык эмоций в жизни и науке // Язык эмоций, мозг и компьютер. — М., Знание, серия: Вычислительная техника и ее применение, 1989. — С. 3- 18 Morozov V.Р. К. Emotional expressiveness of the Singing Voice: the role of macrostructural and microstructural modifications jf spectra//Scand Journ. Log. Pfon. MS. № 150, 1996. — Р. 1-11.