Акустический анализ голоса у поющих детей

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Акустический анализ голоса у поющих детей
Д.м.н., доц. В.В. ШИЛЕНКОВА1, асп. В.В. КОРОТЧЕНКО2
Acoustic analysis of the voice in singing children
V.V. SHILENKOVA, V.V. KOROTCHENKO
Кафедра оториноларингологии (зав. — проф. А.Л. Клочихин) Ярославской государственной медицинской академии
Авторы проанализировали данные акустического анализа голоса у 54 поющих детей (19 мальчиков и 25 девочек), из них
27 — дети домутационного возраста (8—12 лет), остальные 27 — дети с мутацией (13—16 лет). Фонетография, спектрография голоса и исследование разговорного профиля осуществлялись с помощью компьютерной программы «The
lingWAVES Phonetogram Pro». Были определены нормативы акустических характеристик голоса — частотный диапазон,
сила голоса, Jitter, время максимальной фонации, индекс дисфонии (DSI) у поющих детей в разные возрастные периоды.
До мутации акустические параметры голоса у детей не имели половых различий, в то время как во время мутации эти
различия были существенными, затрагивали большинство показателей и касались в основном мальчиков. У мальчиков
отмечалось сужение частотного диапазона голоса, смещение его в сторону низких частот, высокий jitter и отрицательный DSI: —1,7±2,6. У девочек с мутацией, наоборот, имело место расширение диапазона голоса как в сторону высоких,
так и в сторону низких частот, незначительный Jitter и высокий показатель DSI: 2,4±2,2.
Ключевые слова: акустический анализ голоса, мутация.
The present acoustic analysis of the voice is based on the data obtained from 54 singing children (19 boys and 25 girls). They
were divided into two groups of 27 subjects each, with one including premutational-age the other mutational-age children
(from 8 to 12 and from 13 to 16 years respectively). «The ling WAVES Phonetogram Pro» software package was used to analyse
phonetograms and spectrograms of the voice and to study the speech profile. The acoustic parameters measured included voice
frequency range, strength, and Jitter, maximum phonation time, and dysphonic index (DSI) depending on the age of the singing children. Premutational acoustic voice characteristics were essentially similar in boys and girls unlike mutational ones that
differed dramatically, in the first place due to their substantial change in boys. The boys’ voice underwent marked narrowing
of the frequency range and its shift toward lower values, the jitter increased, and DSI became negative (—1.7±2.6). On the
contrary, the voice frequency range in girls broadened and shifted toward both high and low frequencies; the girls showed only
small amounts of Jitter and high DSI (2.4±2.2).
Key words: acoustic analysis of the voice, voice mutation.
Из всех вариантов творчества наиболее доступным
и полезным для ребенка является пение. Пение входит в
обязательный процесс обучения в средних общеобразовательных школах. Практически в каждом городе имеются
детские музыкальные школы, а в каждом Доме культуры
вы найдете вокальную или хоровую студию для детей.
Пение является частью эстетического воспитания детей. Пение развивает не только эмоциональные, поведенческие, психологические и умственные характеристики
личности ребенка, но и его физические возможности. Пение развивает слух, дыхательную и сердечно-сосудистую
систему, артикуляционный аппарат, а значит и речь.
Дети легко воспринимают и усваивают музыкальновокальные навыки. Объясняется это тем, что у них рано
развиваются подражательные инстинкты, что связано с
такими функциональными особенностями детского организма, как подвижность нервных процессов, быстрота
образования временных связей, особая восприимчивость.
Подражая взрослому, ребенок стремится воспроизвести
несложные мелодии, а занимаясь пением под контролем
педагога, способен значительно развить свои музыкальные возможности [1].
© В.В. Шиленкова, В.В. Коротченко, 2010
© Вестник оториноларингологии, 2010
Vestn Otorinolaringol 2010; 1: 46
46
Характерной особенностью ребенка является неравномерность развития его организма в процессе роста. Это
касается и голосового аппарата. Если рост носоглотки в
основном заканчивается к периоду полового созревания,
т.е. к 12—14 годам, то гортань завершает свой рост лишь с
окончанием этого периода — условно к 17—19 годам [2].
Изменяются не только анатомические размеры гортани,
но и голосовой диапазон. Поэтому одним из основных
условий правильного развития голоса у детей является
использование его в рамках возрастного диапазона. Еще
в 30-х годах прошлого столетия И.И. Левидов, изучая заболевания голосового аппарата у школьников, установил,
что причины их кроются в неправильном режиме пения и
использовании «непосильного» репертуара [3].
В настоящее время существует большое количество
вокально-хоровых детских коллективов, прием в которые
осуществляется на основании прослушивания ребенка и
субъективной оценки его вокальных данных. Прослушивание, как правило, осуществляется руководителем коллектива, т.е. педагогом. Чаще всего перед поступлением
в подобные коллективы дети не обследуются у фониатра.
Хотя в настоящее время существуют разнообразные методики, позволяющие оценить функциональные возможности гортани и провести анализ качества голоса.
1
Тел.: 8(4852)25-0964
Тел.: 8(910)970-3730
2
ВЕСТНИК ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ, 1, 2010
Особенно остро необходимость оценки качества голоса возникает в период мутации. Мутация характерна не
только для мальчиков, но и для девочек [4, 5]. Течение мутационного периода у детей индивидуально. У одних изменения в голосе малозаметны, у других — резко выражены, характеризуются срывами, охриплостью, доходящей
до афонии. Поэтому при формировании тактики голосоведения и построении вокальных и хоровых занятий с
детьми необходимо учитывать даже малейшие изменения
голоса.
Все методики, анализирующие качество голоса, можно условно разделить на субъективные и объективные.
К субъективным методам относятся шкала определения
звучности голоса GRBAS, общепризнанная и широко используемая в международной практике, и шкала Janagihara [6, 7]. Согласно этим методикам качество голоса оценивается в баллах, причем в случае применения шкалы
GRBAS требуется привлечение как минимум трех независимых экспертов, которым предоставляется возможность
прослушать голос ребенка (или запись голоса) и оценить
его качество по нескольким параметрам. Такой подход
трудоемок и в связи с этим крайне неудобен [8].
Объективные методы исследования качества голоса
основаны на записи фонетограммы, спектрограммы голоса и проведении анализа его акустических характеристик.
Преимущества акустического анализа голоса безусловны.
Метод позволяет изучить влияние патологических изменений гортани на голос ребенка, оценить эффективность
проводимого лечения, провести экспертизу голоса [9, 10].
В связи с этим мы посчитали целесообразным поделиться
собственным опытом применения акустического анализа
голоса в детской практике.
Методика акустического анализа голоса и ее особенности у поющих детей. Для записи детских голосов мы использовали измеритель шума Sound Level Meter (ATMOS,
Германия), имеющий встроенный микрофон и позволяющий регистрировать уровень шумовых эффектов в помещении. Оптимальным режимом для записи голоса считается уровень шума, не превышающий 40 дБ. Исследования проводили в «лаборатории голоса», оборудованной
персональным компьютером с инсталлированной в него
компьютерной программой «The lingWAVES Phonetogram
Pro» Version 1.x (ATMOS, Германия). Данная программа
позволяет произвести фонетографию и спектрографию
голоса, исследовать разговорный профиль и определить
основные акустические характеристики голоса, такие как
частота основного тона (F0, в Гц), время максимальной
фонации (Maximal phonation time, MPT, в с), пертурбация
основного тона (Jitter, в %), максимальная (Fmax) и минимальная (Fmin) частота голоса и разница между ними, т.е.
частотный диапазон (Fdelta в Гц), максимальная (SPLmax) и
минимальная (SPLmin) сила голоса и разница между ними
(SPLdelta, в дБ), индекс выраженности дисфонии (Dysphonia Severity Index, DSI).
Поскольку у поющих детей важным является определение диапазона голоса, исследование проводили в присутствии педагога по вокалу. Обычно на прием приглашали одновременно нескольких детей из одного певческого
коллектива и их руководителя. Сначала проводилась беседа с педагогом. Выяснялся характер занятий (хоровое,
индивидуальное пение, пение в ансамбле и пр.), репертуар, вокальные способности каждого ребенка, трудности,
которые испытывает педагог в работе с тем или иным
ВЕСТНИК ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ, 1, 2010
учеником, как часто дети пропускают занятия по причине болезни (респираторные заболевания), стаж пения (без
навыков пения 0 — «новичок» или ребенок с вокальными навыками). Затем осуществляли стандартный осмотр
ЛОР-органов с целью установления заболеваний резонаторной системы и органа слуха, анализировали амбулаторные карты. Педагог «распевал» детей, и только после
этого приступали к записи голоса и анализу его акустических характеристик.
Определение F0, фонетографию и спектрографию
осуществляли в режиме реального времени. Для этого ребенка усаживали перед измерителем шума так, чтобы микрофон располагался на расстоянии 30 см от рта (рис. 1).
Сначала ребенку предлагали громко, но не крича, в удобном для него тоне сосчитать до пяти: «раз», «два», «три»,
«четыре», «пять». Компьютерная программа фиксировала
голос в виде пиковой кривой, далее, используя специальные опции программы, автоматически вычисляли значение F0. Затем приступали к фонетографии. Для получения
максимально точных данных каждое выполняемое ребенком задание сначала демонстрировалось исследователем,
а при записи голосового поля на помощь привлекался и
педагог по вокалу, владеющий информацией о вокальных
возможностях каждого из обследуемых детей. Тоны предполагаемого диапазона голоса ребенка задавали при помощи виртуальной клавиатуры. Затем ребенок пропевал
диапазон вместе с педагогом и только после этого выполнял задание самостоятельно.
Фонетография включала вычисление MPT, Jitter, запись голосового поля и разговорного профиля. Для определения MPT и Jitter ребенку предлагали спеть звук «а»
максимально долго в комфортной для него тональности
и громкости. При этом голос так же, как и в предыдущем
исследовании, регистрировали в виде пиковой кривой,
после чего автоматически подсчитывали значение МРТ и
дрожание голоса.
Для записи голосового поля ребенку предлагали спеть
звук «а» с различной высотой тона и интенсивностью, т.е.
по всему певческому диапазону сначала громко, на forte,
а затем тихо, на piano. При этом на дисплее компьютера
появлялось изображение голосового поля и пунктирная
линия, показывающая выраженность певческой форманты. Программа автоматически определяла основные акустические параметры, характеризующие динамический
Рис. 1. Регистрация спектрограммы у девочки 10 лет.
47
48
36,0±5,7*
57,0±4,3*
93,0±4,02*
519,2±262,9*
220,6±24,0
244,0±23,2
Девочки 13—16 лет
Примечание. *р<0,05 (различия достоверны в сравнении с группой детей 8—12 лет).
739,7±254,3*
2,4±2,2*
0,7±0,3
137,6±32,0*
353,0±130,3*
—1,7±2,6
1,7±1,6*
13,0±2,6
197,7±34,4*
Мутация
Мальчики 13—16 лет
13,2±4,4
28,0±11,8
215,3±110,8*
88,3±9,3
60,2±4,7
27,6±6,6
60,2±5,5
87,8±6,8
341,6±165,1
211,1±43,1
552,6±169,4
—0,3±1,9
1,1±0,9
10,6±4,2
253,8±27,1
Дети 8—12 лет
SPLmin, дБ
SPLmax, дБ
Fdelta, Гц
F0, Гц
МРТ, с
Jitter, %
DSI
Fmax, Гц
Fmin, Гц
Акустические параметры голоса
Группы детей
Возраст
Акустические параметры голоса у поющих детей
диапазон голоса ребенка: Fmax, Fmin, Fdelta, SPLmax, SPLmin,
SPLdelta. Помимо этого осуществляли комплексную оценку
качества голоса на основании вычисления DSI. Данный
показатель квалифицирует одновременно несколько акустических параметров голоса, а именно Fmax, SPLmin, MPT
и Jitter, и используется, по данным литературы, для оценки вокальных качеств у взрослых певцов и с целью контроля качества лечения [11, 12]. Сведения о нормативных
данных DSI у поющих детей в литературе отсутствуют.
Разговорный голосовой профиль позволяет установить речевой диапазон для голоса средней интенсивности,
тихого и громкого голоса. Для записи разговорного профиля ребенку предлагали читать специально подобранный, достаточно простой текст сначала удобным, комфортным для него голосом с обычной интенсивностью.
Затем этот же текст читался тихим голосом, но не шепотом, а потом громким голосом, но не крича. При этом на
фонетограмме тремя крестами отмечали речевой профиль
для нормального, тихого и громкого голоса. Поскольку не
каждый ребенок способен прочитать незнакомый текст
быстро и без запинок, в ряде случаев разрешалось читать
вслух любое стихотворение, которое обследуемый знал
наизусть.
Для воспроизводства спектрограммы ребенок пропевал гласные звуки «а», «е», «и», «о», «у», каждый из них — в
течение не менее 4—5 с, в удобном для него тоне и комфортной громкости. Нужная тональность выбиралась педагогом и задавалась при помощи виртуальной клавиатуры. По характеру спектрограммы оценивали вибрацию голоса, присутствие добавочных призвуков и шумов. Запись
архивировали, а затем анализировали на основе изучения
спектров Фурье при помощи лицензионной компьютерной программы «MatLab 6,5. Версия 2002», разработанной
для нашего исследования (А.В. Ласточкин).
Опыт применения акустического анализа голоса у поющих детей. За период с 2007 по 2008 г. в «лаборатории
голоса» обследовано 54 здоровых ребенка, занимающихся вокальным и (или) хоровым пением в различных детских музыкальных школах г. Ярославля и Ярославской
области. Возраст детей — от 8 до 16 лет. Мальчиков было
19, девочек — 25. Стаж пения составил не менее 1 года.
Дети были объединены в 2 группы по 27 человек. Первую
группу составили дети без признаков мутации голоса (10
девочек и 7 мальчиков). Возраст детей — от 8 до 12 лет
включительно. Вторую группу составили дети с мутацией
(15 девочек и 12 мальчиков). Возраст детей — от 13 до 16
лет. Всем детям выполнены фонетография, спектрография голоса и запись разговорного профиля. Полученные
данные архивировали, а затем анализировали при помощи программы STATISTICA (Data analysis software system,
StatSoft, Inc. 2007) версия 8.0.
Статистический анализ показал однородность исследуемых групп (Levene Test: р>0,05), что позволило
провести корректное сравнение акустических параметров голоса у детей не только в возрастном, но и половом
аспекте. Так, в 1-й группе мы не обнаружили каких-либо
существенных различий между мальчиками и девочками,
причем по всем акустическим параметрам без исключения. Это позволило нам определить средние нормативы
показателей для поющих детей 8—12-летнего возраста
(см. таблицу). У детей в периоде мутации установлены существенные половые различия по большинству акустических параметров голоса, в связи с этим средние значения
SPLdelta, дБ
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ВЕСТНИК ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ, 1, 2010
Рис. 2. Сравнение фонетограмм девочки 10 лет (кластеры) и мальчика того же возраста (сплошная линия). Частотный диапазон
голоса девочки — 295,5 Гц, частота основного тона — 225,6 Гц, мальчика — соответственно 349,5 Гц и 230,1 Гц.
Рис. 3. Сравнение фонетограмм подростков в периоде мутации. Голосовое поле мальчика 15 лет (кластеры), голосовое поле девочки 14 лет (сплошная линия). Частотный диапазон голоса мальчика — 197,8 Гц, частота основного тона — 240,5 Гц, девочки — соответственно 539,8 Гц и 271,3 Гц.
ВЕСТНИК ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ, 1, 2010
49
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Рис. 4. Динамика голосового поля у подростка при мутации: кластерами представлен динамический диапазон при записи голоса
в 15 лет, сплошной линией — в 17 лет.
показателей были определены раздельно для мальчиков и
для девочек.
У детей домутационного возраста голос характеризовался невысоким Jitter (как правило, ниже 1%), достаточной силой (от 88 до 95 дБ), широким диапазоном (Fdelta —
341,6±165,1 Гц) и в целом — положительным значением
DSI, не превышающим 3,3. Частота основного тона находилась в пределах от 170,1 до 299,2 Гц, среднее значение —
253,8±27,1 Гц; MPT — 10,6±4,2 с.
В периоде мутации и у мальчиков, и у девочек наблюдалось некоторое удлинение MPT, в среднем до 13,0±2,6 с
и 13,2±4,4 с соответственно, но статистических различий
по сравнению с детьми 8—12 лет не выявлено. Кроме того,
у мальчиков отмечалось сужение частотного диапазона голоса и смещение его в сторону низких частот, что проявлялось в статистически достоверном изменении таких показателей, как F0, Fmax, Fmin и Fdelta. Тембр голоса отличался
неустойчивым характером и выраженным дрожанием.
Показатель Jitter порой превышал 5% и в среднем составил 1,7±1,6%. На спектрограммах в большинстве случаев
регистрировались дополнительные сигналы, указывающие на присутствие шумов. В целом, голос у мальчиков
13—16 лет характеризовался крайне низким, отрицательным значением DSI: от —6,3 до —1,7, средний показатель
составил —1,7±2,6, что, безусловно, указывало на плохое
качество вокального голоса.
У девочек в периоде мутации, по сравнению с детьми
8—12 лет, отмечалось расширение частотного диапазона голоса как в сторону высоких, так и в сторону низких
частот. Показатель Fmax составил 739,7±254,3 Гц, Fmin —
50
137,6±32,0 Гц, Fdelta — 519,2±262,9 Гц. Кроме того, у девочек 13—16 лет диапазон оказался в 2 раза шире, чем у
мальчиков того же возраста. Голос девочек отличался незначительным дрожанием (Jitter — 0,7±0,3%) и лучшей,
чем у мальчиков и у детей 8—12 лет, динамикой громкости. Сила голоса при пении на forte составила 93,0±4,02
дБ, при пении на piano — 57,0±4,3 дБ. Полученные данные свидетельствовали о хорошей способности девочек с
мутацией пользоваться как громким, так и тихим голосом,
что подтверждалось данными разговорного профиля. У
мальчиков с мутацией и у детей до мутации эти показатели существенных отличий не имели. Максимальная сила
голоса при пении в среднем не превышала 88 дБ, минимальная — 60 дБ. В целом, голос девочек с мутацией, по
сравнению с мальчиками и детьми домутационного возраста, отличался хорошим качеством, на что указывали
достаточно высокие значения DSI: от —0,3 до +7,4, среднее значение 2,4±2,2. Рис. 2 и 3 демонстрируют особенности фонетограмм у детей разного пола и возраста.
Неотъемлемым преимуществом акустического анализа является возможность сравнения данных в процессе
наблюдения за ребенком и становления его вокальных навыков. На рис. 4 представлены фонетограммы мальчика в
начале периода мутации (15 лет) и по его завершении (17
лет).
Выводы
1. Акустический анализ голоса позволяет провести
комплексную качественную оценку певческих способВЕСТНИК ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ, 1, 2010
ностей ребенка благодаря исследованию динамического
диапазона, спектрограммы и определению индекса выраженности дисфонии.
2. Целесообразны неоднократные исследования акустических характеристик голоса поющих детей в процессе
их роста и совершенствования вокальной техники.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Ермолаев В.Г., Лебедева Н.Ф., Морозов В.П. Руководство по фониатрии. Л 1970.
9.
Fuchs M., Fröehlich M., Hentschel B. et al. Predicting Mutational Change in
the Speaking Voice of Boys. J Voice 2007; 21: 2: 169—178.
2.
Вильсон Д.К. Нарушения голоса у детей. М 1990.
10.
3.
Аспелунд Д.Л. Развитие певца и его гигиена. М 1952.
Hirschberg J., Dejonckere P.H., Hirano M. et al. Voice disorders in children.
Int J of Pediatric Otorhinolaryngol 1995; Suppl. 32: 109—125.
4.
Орлова Н.Д. Развитие голоса девочек. М 1960.
11.
5.
Рахмилевич А.Г., Чаплин В.А. Мутация голоса. Заболевания гортани у
детей: Сб. научн. трудов. М 1982; 97—99.
Wuyts F.L., De Bodt M.S., Molenberghs G. et al. The dysphonia severity
index: an objective measure of vocal quality based on a multiparameter
approach. Speech Lang Hear Res 2000; 43: 3: 796—809.
12.
6.
Hirano M. Clinical examination of voice. New York 1981.
Heylen L.G., Wuyts F.L., Mertens F.W., Pattyn J.F. Phonetography in voice
diagnoses. Acta Otorhinolaryngol 1996; 50: 4: 299—308.
7.
Василенко Ю.С. Голос. Фониатрические аспекты. М 2002.
8.
Niedzielska G., Glijer E., Niedzielski A. Acoustic analysis of voice in children
with noduli vocals. Int J Ped Otorhinolaryngol 2001; 60: 119—122.
ВЕСТНИК ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ, 1, 2010
51