Влияние физических, дыхательных и вокальных упражнений на акустические характеристики голоса профессиональных вокалистов

Формирование здорового, устойчивого и профессионально пригодного голоса зависит от комплексного взаимодействия дыхательной, фонационной и опорно-двигательной систем. Традиционно в фониатрии и вокальной педагогике эти аспекты часто рассматриваются изолированно, однако современные исследования все чаще указывают на необходимость междисциплинарного подхода, объединяющего данные физиологии и биомеханики [1]. Знать, как дыхательные и вокальные упражнения влияют на голос, необходимо не только для того, чтобы красиво петь или говорить. Это фундамент для осознанного управления своим голосом как главным инструментом коммуникации и предотвращения его поломок.

Значение дыхательной системы выходит за рамки простой вентиляции легких [2]. Выдыхаемый воздушный поток является первичным источником энергии для колебаний голосовых складок [3]. Недостаточная респираторная поддержка закономерно ведет к компенсаторному перенапряжению мышц гортани, что увеличивает риск развития голосовой усталости и органических изменений [4]. В предыдущих наших исследованиях показано, что нервная регуляция голосового аппарата в значительной степени зависит от состояния сенсорных систем и активности головного мозга [5, 6]. Применение современных тренировочных протоколов показывает, что целенаправленное развитие дыхательной мускулатуры с дозированным сопротивлением улучшает аэродинамические показатели голоса (максимальное давление выдоха, время максимальной фонации) и способствует снижению голосового усилия [3, 7].

Вокальные упражнения координируют работу непосредственно фонаторного аппарата. Исследования показывают, что специфическая голосовая тренировка, например с применением техник полуприкрытого речевого тракта или упражнений на расширение глотки, приводит к измеримым акустическим улучшениям: снижению частотной и амплитудной нестабильности и повышению стабильности основного тона [8—11].

С точки зрения физической культуры такие тренировки можно рассматривать как процесс развития специальных двигательных навыков и повышения выносливости внутренних мышц гортани к длительным нагрузкам [8, 12]. Биомеханика голоса неразрывно связана с состоянием опорно-двигательного аппарата. Постуральные нарушения, такие как сутулость или переднее положение головы, изменяют положение гортани и ограничивают экскурсию диафрагмы, что негативно сказывается на дыхательной опоре [13, 14].

Включение аэробных и постуральных упражнений рассматривается как фактор повышения общей выносливости и оптимизации вокальной техники. Результаты исследований подтверждают, что кардиореспираторная подготовка и постуральный контроль могут влиять на интенсивность воспринимаемой голосовой усталости и скорость восстановления после длительной речевой или певческой нагрузки [15].

Цель исследования — изучить и охарактеризовать изменение акустических параметров голоса профессиональных вокалистов после выполнения упражнений с физическими, дыхательными и вокальными нагрузками.

В исследовании участвовали 82 профессиональных вокалиста (мужчин — 22, женщин — 60) в возрасте от 18 до 65 лет со стажем вокальной деятельности не менее 3 лет. Критерием исключения из исследования являлось наличие факта употребления кофеина и алкоголя в течение 24 ч до исследования, а также любых физических, дыхательных и вокальных нагрузок. Женщины привлекались к исследованию в период с 10-го по 14-й день менструального цикла.

Эмпирическая часть включала три этапа, каждый — в отдельный день. На первом этапе участники выполняли около 60 приседаний на протяжении 3 мин, что соответствует смене положения тела через каждые 3 с. Второй этап заключался в выполнении дыхательных упражнений: пятисекундные выдохи с произнесением звука /с/ чередовались с пятисекундными интервалами спокойного дыхания. Третий этап состоял из вокальных упражнений: произнесение звука /у/ на удобной высоте и громкости в течение 5 с после обычного вдоха чередовалось с периодами молчания и естественного дыхания такой же продолжительности. Выбор для пения звука /у/ обоснован нейтральной и удобной артикуляцией за счет вытянутых вперед губ, опущенного корня языка и поднятого мягкого нёба. Эти особенности позволяют фонировать достаточное количество времени и экономно использовать воздух как основной энергетический компонент голоса. Дыхательные и вокальные упражнения выполнялись в течение 5 мин.

До и после каждой нагрузки выполняли запись голоса для последующего извлечения акустических параметров. Запись осуществляли в помещении с уровнем шума менее 20 дБ с помощью моноблока HP 24-f166ur (HP Inc., КНР), подключенной к нему внешней звуковой карты Focusrite Scarlett Solo 3rd Gen (Focusrite plc., КНР) и студийного конденсаторного микрофона AKG P120 by Harman (AKG Acoustics GmbH, Австрия), который был дополнительно экранирован от окружающей среды звукоотражающим экраном, с постоянным расстоянием от губ (20 см). Запись производилась в формате WAV с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядностью 16 бит. Извлечение акустических характеристик голоса осуществлялось с помощью специализированного программного обеспечения PRAAT (Paul Boersma and David Weenink, University of Amsterdam, Нидерланды), широко применяемого в фонетических и клинических исследованиях. Для оценки состояния голосовой функции выбраны следующие ключевые параметры: частота основного тона (F0), отражающая высоту голоса, а также показатели частотной и амплитудной нестабильности — джиттер (Jitter) и шиммер (Shimmer), характеризующие стабильность и качество фонации. Статистический анализ полученных данных выполнялся с использованием лицензионного программного пакета Statistica 10 (StatSoft Inc., США) и табличного процессора MS Excel (Microsoft Corporation, США).

Анализ с применением критерия Уилкоксона показал, что после выполнения вокальных упражнений показатель F0 возрос (p<0,036) (рис. 1а). Показатель Jitter после голосовой нагрузки снизился (p<0,04) (рис. 1б). Показатель Shimmer после выполнения вокальных упражнений статистически значимо не изменился (p<0,268) (рис. 1в).

Рис. 1. Результаты сравнения акустических параметров у вокалистов до и после выполнения вокальных упражнений.

Здесь и на рис. 2—3: а — результат сравнения F0; б — результат сравнения Jitter; в — результат сравнения Shimmer.

У профессиональных вокалистов после дыхательной нагрузки по критерию Уилкоксона статистически значимые изменения не обнаружены: F0 (p<0,568) (рис. 2а), Jitter (p<0,522) (рис. 2б), Shimmer (p<0,256) (рис. 2в).

Рис. 2. Результаты сравнения акустических параметров у вокалистов до и после выполнения дыхательных упражнений.

Физическая нагрузка повлияла на акустические параметры следующим образом: показатель F0 статистически значимо не изменился (p<0,11) (рис. 3а), показатель Jitter после приседаний выраженно снизился (p<0,024) (рис. 3б), показатель Shimmer после выполнения вокальных упражнений статистически значимо не изменился (p<0,252) (рис. 3в).

Рис. 3. Результаты сравнения акустических параметров у вокалистов до и после выполнения физической нагрузки.

Проведенное исследование позволило дифференцированно оценить влияние разных типов нагрузки — специфической голосовой, дыхательной и общей физической — на ключевые акустические параметры голоса у профессиональных вокалистов. Полученные данные показывают, что голосовой аппарат по-разному реагирует на предъявляемые требования в зависимости от природы нагрузки [16].

Наиболее выраженные изменения акустических параметров ожидаемо наблюдались после выполнения вокальных упражнений. Зафиксировано статистически значимое повышение частоты основного тона (см. рис. 1а). Подобная реакция хорошо известна и обычно связывается с увеличением натяжения голосовых складок и повышением уровня подскладкового давления при интенсивной фонации. Это согласуется с данными литературы о том, что физическая активность, включая вокальную, может приводить к достоверному повышению F0 [17].

Разнонаправленная динамика параметров нестабильности частоты (Jitter) и амплитуды (Shimmer) представляет особый интерес. Снижение величины Jitter (см. рис. 1б) после вокальной нагрузки может отражать специфическую адаптацию профессионального голосового аппарата. Если в общей популяции возрастание нагрузки часто ведет к росту нестабильности голоса [18], то у тренированных вокалистов повторяющиеся упражнения, вероятно, способствуют оптимизации нейромышечного контроля и стабилизации периода колебаний голосовых складок. Крайне важно, что для корректной интерпретации этих результатов мы учитывали потенциальное влияние самой частоты основного тона, так как ранее было показано, что F0 наряду с интенсивностью и типом гласного является фактором, способным влиять на значения Jitter и Shimmer [19]. Отсутствие статистически значимых изменений Shimmer (см. рис. 1в) может указывать на то, что у профессионалов кратковременная вокальная нагрузка не приводит к нарушениям аддукции голосовых складок, ответственных за стабильность амплитуды.

Показательным является отсутствие статистически значимых изменений всех исследуемых параметров после выполнения дыхательных упражнений (см. рис. 2). Это подтверждает гипотезу о том, что при исключении вибрационной и мышечной нагрузки непосредственно на голосовые складки даже интенсивная работа дыхательной мускулатуры не оказывает прямого влияния на фонационные характеристики [20]. Данный факт подчеркивает локальный, а не системный характер реакции акустических параметров на специфическую нагрузку.

Результаты после физической нагрузки в виде приседаний показывают избирательную реакцию голосовых складок. Интересно, что показатель F0 статистически значимо не изменился (см. рис. 3а), это несколько расходится с некоторыми исследованиями, в которых статистически значимое повышение F0 наблюдалось даже при невысоком уровне физического усилия [21]. Вероятно, у профессиональных певцов при приседаниях не возникает достаточного стимула для существенного изменения натяжения голосовых складок как у тренированных лиц.

Наиболее примечательным результатом является выраженное снижение Jitter после приседаний (рис. 3б). Это парадоксальное на первый взгляд улучшение стабильности частоты при общей усталости можно объяснить несколькими физиологическими механизмами. Во-первых, общая физическая активность усиливает кровообращение, в том числе в области гортани, что может кратковременно улучшать трофику тканей и нейромышечную проводимость [22, 23]. Во-вторых, умеренная физическая нагрузка может вызывать повышение общего мышечного тонуса, включая мышцы-стабилизаторы и опосредованно мышцы гортани, что способствует более точному контролю над периодичностью вибрации голосовых складок [17]. Отсутствие динамики Shimmer после исследованных функциональных проб в настоящем исследовании (см. рис. 3в) подтверждает высокую устойчивость механизмов регуляции амплитуды фонации к данному типу воздействия (физическая нагрузка) у профессиональных вокалистов.

Выполненное нами исследование показало, что акустические параметры голоса профессиональных вокалистов обладают неоднородной чувствительностью к разным видам нагрузки. Обнаружено, что стабильность частоты основного тона служит наиболее динамичным маркером адаптации голосового аппарата в отличие от стабильности амплитуды, устойчивой ко всем типам воздействия. Ключевой находкой является то, что как специфическая вокальная, так и общая физическая нагрузка способны временно улучшать частотную стабильность фонации в отличие от изолированной дыхательной нагрузки, что указывает на ведущую роль генерализованного нейромышечного ответа, включая улучшение проводимости двигательных единиц и координацию мышц-стабилизаторов, а не респираторного компонента. Полученные результаты имеют прикладное значение для вокальной педагогики и гигиены голоса, указывая на то, что умеренная общая физическая активность может рассматриваться не как отягощающий, а как потенциально модулирующий фактор, способствующий тонкой настройке нейромышечного контроля фонации у профессиональных вокалистов. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение долгосрочных эффектов комбинированных нагрузок с применением электромиографии для прямой верификации предложенных нейрофизиологических механизмов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.