Від ларингоскопа до «Фабра»
І. П. Павлов часто любив повторювати, що успіх наукової роботи залежить від досконалості методики дослідження. Часто нова методика приносить і нові досягнення. Так, зокрема, ультразвукова ехолокація дельфінів була виявлена тільки тоді, коли були створені ультразвукові приймачі і сучасна гідроакустична апаратура. Так було і з відкриттям багатьох закономірностей голосової функції людини.
Які ж методи і прилади існують для дослідження коливань голосових зв'язок у людини?
Як вже говорилося, що коливаються голосові зв'язки під час фонації у живої людини вперше побачив М. Гарсіа (син) за допомогою винайденого ним ларингоскопа - гортанного дзеркала. Якщо глотку людини можна порівняти з вертикальною трубкою, то ротова порожнина за формою і розташуванням нагадує відрізок широкої горизонтальної труби, приставлена до глотки збоку, Тому якщо навіть сильно відкрити рот, то голосові зв'язки простим оком побачити не вдається: вони заховані за коренем мови в глибині глотки. До того ж вони погано освітлені, що вносить додаткові труднощі при спробах їх побачити.
Мал. 9. Ларингоскоп, за допомогою якого лікарі оглядають голосові зв'язки.
Ларингоскоп Гарсіа - це чудове по своїй простоті й ефективності пристосування - одночасно вирішує обидві проблеми: робить голосові зв'язки доступними для спостереження неозброєним оком і одночасно їх висвітлює. По суті, ларингоскоп - це елементарний перископний прилад: маленьке кругле дзеркальце на довгій і тонкій рукоятці вводиться в глотку людини під таким кутом до ОСП зору спостерігача, щоб в ньому відбилися голосові зв'язки. Для освітлення же голосових зв'язок на них направляється пучок світла, відбитого знову-таки ларингоскопом від електролампочки (рис. 10).
Мал. 10. Схема ларингоскопии.
1 - сферичне лобне дзеркало лікаря (рефлектор), за допомогою якого промінь світла від електролампочки направляється на ларингоскоп і на голосові зв'язки (пунктирна лінія); в центрі рефлектора невеликий отвір, що служить лікаря дли спостереження голосових зв'язок:
2-рукоятки ларингоскопа.
Спостереження голосових зв'язок за допомогою ларингоскопа не дає, однак, можливості простежити їх коливання, так як частота коливань настільки велика, що для нашого ока коливаються краю голосових зв'язок, як спиці в швидко обертається колесі, зливаються в суцільне розмите зображення.
На допомогу вченим слідом за ларингоскопом прийшов стробоскоп. Принцип стробоскопа полягає у висвітленні швидко обертається або часто вагається тіла переривчастими пучками світла. Якщо висвітлювати голосові зв'язки короткими спалахами світла в одній і тій же фазі їх коливань, наприклад при повному змиканні, то завдяки інертності нашого органу зору ми побачимо голосові зв'язки як би зупинилися в цьому зімкнутому стані. Короткі, часто наступні один за одним, пучки світла як би зупиняють для нашого погляду тіло, що коливається в такій фазі коливань, в якій вони його висвітлюють. Інші ж, неосвітлені фази коливного тіла для ока як би пропадають, не існує, т. Е. Створюється ілюзія стану спокій насправді рухомого предмета.
Легко зрозуміти, що для створення ілюзії нерухомості необхідно абсолютно точний збіг частоти коливань тіла з частотою світлових спалахів. Якщо ж остання хоч трохи відрізнятиметься від частоти коливань спостережуваного предмета, то кожна нова спалах світла буде висвітлювати предмет вже в фазі, дещо відмінною від попередньої, і ми побачимо дуже повільні і плавні коливання тіла. Завдяки цьому стробоскоп дозволяє нам не тільки «зупиняти» для на шого очі швидко коливається предмет, але і як завгодно «сповільнювати» його коливання. Як легко бачити, ступінь цього уповільнення обернено пропорційна різниці частот коливання зв'язок і їх освітлення ..
Для досягнення уривчастості світла в різних конструкціях стробоскопів застосовуються різні пристосування. У найбільш ранніх моделях промінь світла, що падає на лобовий рефлектор спостерігача, переривався за допомогою обертового лиска з прорізами, поміщеного на шляху світлового променя. При обертанні диск на зразок сирени видає звук, по частоті відповідний числу перерв світла в секунду. Досліджуваний співак, для того щоб його голосові зв'язки можна було побачити «зупиненими», при стробоскопірованія повинен співати звук точно такий же висоти. Практично ж виявляється, що ніхто зі співаків, навіть володарів «абсолютного слуху», не в змозі абсолютно точно витримати висоту звуку стробоскопической сирени протягом хоча б 10 сек. Абсолютно точне наслідування звуку сирени-диска, або, як назвав цей стан професор В. Г. Єрмолаєв, «стадія стробоскопического комфорту», триває не більше 1-2 сек. після чого співак починає фальшивити.
У стані ж стомлення жоден співак не в силах продемонструвати стадію стробоскопического комфорту навіть хоча б на 1 сек.
До речі кажучи, таким чином був виявлений один з багатьох парадоксів вокального мистецтва - неабсолютность активного абсолютного музичного слуху. Неточність інтонування заданого звуку може бути викликана як неточністю слухового контролю, так і похибкою відтворення.
Порушення «стробоскопического комфорту» тим більш виражені, ніж більш несправний голосовий апарат (стомлений або хворий). На цій підставі лікарі планують навіть кілька стадій стробоскопической картини, за якими вони судять про стан голосового апарату.
Мал. 11. Картина гортані людини, яка спостерігається в ларингоскоп,
під час вдиху (а) і під час фонації (б).
1 - надгортанник 2 краю голосових зв'язок.
Останнім часом набули поширення електронні стробоскопи. Диск-сирена в них відсутній. Співак може співати при стробоскопірованія будь-яку зручну для нього ноту, що не подлажіваясь під заданий звук сирени, а голосові зв'язки його все одно будуть висвітлюватися переривчастими імпульсами світла від неонової або імпульсної газорозрядної лампи-спалахи, подібно до тієї, яка вживається фотографами. Частота ж спалахів лампи-спалаху в електронному стробоскопи управляється автоматично коливаннями самих голосових зв'язок. Для цього до гортані співака прикладаються мініатюрні ми крофони (ларингофони), які реєструють частоту коливань голосових зв'язок. Сигнал від ларингофонів надходить в підсилювач і управляє частотою розрядів лампи-спалаху.
Таким чином, яку б ноту співак, не співав, в електронному стробоскопи завжди буде спостерігатися стадія «стробоскопического комфорту» - повна нерухомість голосових зв'язок. (2) В приладі, однак, є пристосування, що дозволяє штучно зміщувати фази освітлення і тим самим як завгодно « сповільнювати »коливання голосових зв'язок. Завдяки цьому пристосуванню електронний стробоскоп незамінний при стробоскопірованія осіб, які не вміють наслідувати звуку стробоскопической сирени (відсутність активного музичного слуху).
Мал. 12. Процедура ларінгостробоскопіі.
1-диск стробоскопа з отворами
Величезна кількість російських і зарубіжних дослідників присвятили багато років роботі зі стробоскопом. Прилад цей і в даний час є не тільки важливим засобом наукового дослідження коливань голосових зв'язок, але і апаратом для діагностики захворювань голосу.
Якщо ж говорити про недоліки стробоскопи, то це перш за все - відома залежність отриманих даних від суб'єктивних властивостей спостерігача: адже сам-то він хоча і бачить коливання голосових зв'язок, все-таки не вимірює їх, а оцінює, як то кажуть, на око. А вже якщо говорити про стадії порушення голосової функції, т. З. про відхилення від норми, то, звичайно, краще за все говорити мовою цифр. Цифри ж можна отримати тільки шляхом вимірювання.
Тому подальше вдосконалення методики дослідження голосових зв'язок йшло по шляху все більшої об'єктивізації отриманих даних. Вже таке просте пристосування, як нанесення міліметрової шкали на Ларингоскопічна дзеркало (розпочате, правда, незабаром після винаходу ларингоскопа), дозволило точно виміряти довжину голосових зв'язок. При цьому виявилося, що чим вище голос, тим коротше голосові зв'язки: у баса їх довжина близько 2.5 см, у тенора 1.7-2.0 см, а у сопрано приблизно 1.5 см. Вчені давно замислювалися, як би записати коливання голосових зв'язок на рухому стрічку. Здійснити це, однак, довго не вдавалося, і лише в порівняно недавні роки розвиток техніки дозволило створити прилади для об'єктивної реєстрації коливань голосових зв'язок людини під час фонації.
У 1959 р ленінградські дослідники А. В. Хохлов і Ю. Н. Петров створили прилад, який вони назвали ендоларінгограф, для запису форми коливань голосових зв'язок па осциллографе. Для цього вони в Ларингоскопічна дзеркало вмонтували мініатюрне фотосопротівленіе, а до горла досліджуваного людини, трохи нижче гортані, приставили сильне джерело світла. Свег проникав через тканини тіла в Подсвязочное простір І як би злегка висвітлював голосові зв'язки знизу. Якщо голосові зв'язки зімкнуті нещільно, то частина відбитого світла пройде через голосову щілину і освітить розташоване під голосовими зв'язками фотосопротівленіе, яке дослідник вводить співакові в рот разом з ларингоскопом, як при звичайному Ларингоскопічна огляді гортані. Як легко бачити, при цих умовах ступінь освітлення фотосопротивления буде залежати від ширини просвіту між голосовими зв'язками, а зміна цього просвіту при коливанні голосових зв'язок викличе відповідні коливання електричного струму, що проходить через фотосопротівленіе, ці коливання і реєструються на шлейфному осциллографе.
Таким чином, за допомогою ендоларінгографа Хохлова-Петрова можна не тільки порахувати частоту коливань голосових зв'язок, але і визначити форму їх коливань, яка, як виявилося, залежить від типу фондованим гласною, сили голосу, висоти ноти і т. Д. Відомим недоліком ендоларінгографа, так само як і ларингоскопа і стробоскопа, є все ж необхідність введення в ротову порожнину досліджуваного співака стороннього предмета - ларингоскопа, безсумнівно порушує природність умов фонації. Хто нам дасть гарантію, що при вимові голосної «а» голосові зв'язки без введення ларингоскопа коливаються точно так же, як і з ларингоскопом?
На боротьбу з цим важливим недоліком всіх Ларингоскопічна методик виступив французький вчений Філіп Фабр. У 1957 р йому вдалося зареєструвати коливання голосових зв'язок без будь-якого застосування ларингоскопа. Його прилад заснований на принципі реєстрації опору гортані (в поперечному напрямку) до струмів високої частоти.
З боків гортані розташовуються невеликі електроди, які випромінюють струми високої частоти, так само як відомі в медицині фізіотерапевтичні прилади, які називаються УВЧ. УВЧ, як відомо, служить для прогрівання глибоко розташованих тканин тіла струмами високої частоти. Електроди ж в приладі Фабра випромінюють слабкі струми, які практично не дають ніякого нагрівання тканин і не відчуваються досліджуваним людиною.
Інтенсивність випромінювання струму електродами приладу Фабра залежить від опору тканин між електродами, т. Е. Від опору гортані. Це опір в свою чергу залежить від щільності змикання голосових зв'язок між собою. Зважаючи на це коливання голосо вих зв'язок неминуче породять відповідні і пропорційні коливання електричного струму в приладі Фабра, зареєструвати які вже не становить труднощів.
Мал. 13. Вимірювання частоти коливань голосових зв'язок за допомогою приладу Ф. Фабра.
Якщо нас не цікавить точна форма коливань голосових зв'язок, а тільки їх частота, то ми можемо обійтися і без приладу Фабра. Оскільки гортань під час фонації вібрує (тремтить), і частота цієї вібрації в точності відповідає коливанням голосових зв'язок, то можна піти шляхом вимірювання вібрації гортані за допомогою віброчувствітельних елементів - вібродатчиків. Ці вибродатчики легко виготовити з кристалів пьезоелектріков або на електромагнітному принципі. Для цієї ж мети цілком можна застосувати всі види ларингофонів.
Частоту коливанні голосових зв'язок також можна підрахувати по осциллограмме звуку, записаного за допомогою звичайного мікрофона. Оскільки ж в звуці голосу міститься багато обертонів, то для підрахунку основного тону краще його виділити, т. Е. Очистити від обертонів, застосовуючи спеціальні електричні фільтри.
Застосовуючи всі ці численні прилади для вимірювання частоти коливання голосових зв'язок, дослідники вивідали у природи дуже багато Гайне освіти людського голосу. Про одну з таких таємниць розповімо докладніше.
Іноді при стробоскопірованія можна спостерігати більш-менш часті коливання однієї з голосових зв'язок при нерухомості інший. Це дивовижне явище можна пояснити тільки розбіжністю частот коливання правої і лівої зв'язок, що в свою чергу пояснюється, по-видимому, відомої автономністю сил, які змушують голосові зв'язки коливатися. У цьому явищі деякі дослідники вбачають свідчення на користь нейрохро-наксіческой теорії освіти голосу (див. Про це в наступному розділі).