VOCOLOGICAMENTE: LA REATTANZA INERTIVA: il segreto fisico della voce libera e risonante

di Marco Fantini

La voce non è il semplice risultato acustico della vibrazione delle corde vocali all’interno di una cavità di risonanza, bensì l’interazione complessa e non lineare tra il flusso d’aria espiratorio, la glottide e le cavità risonanziali, rappresentate dal vocal tract. Quest'ultimo è lo spazio anatomico appartenente alle alte vie aero-digestive comprendente vestibolo laringeo, ipo-oro-rinofaringe, cavo orale e cavità nasali (figura 1). E' ormai noto che il tratto vocale non è un semplice insieme di cavità di risonanza, bensì una struttura che riveste un ruolo attivo nella generazione di energia acustica.

Figura 1. Il Vocal Tract

Il segreto alla base della voce libera e risonante può essere svelato in termini fisico-acustici come risultato di un’interazione virtuosa (scientificamente si direbbe a feedback positivo) tra sorgente del suono e vocal tract. Di fatto il tratto vocale può facilitare o – per contro – ostacolare l’amplificazione dell’energia acustica dell’oscillatore glottico, acquisendo una funzione cruciale ai fini del raggiungimento di un’emissione vocale efficiente.

Qual è il ruolo del soggetto fonante in tale contesto?

Egli mette semplicemente in atto le condizioni che consentono un’interazione virtuosa tra il vocal tract e la sorgente glottica; sarà poi l’energia acustica che egli stesso genera a occuparsi del resto! Potremmo quindi dire che l’azione volontaria del soggetto consiste nell’intenzione iniziale: ciò permette al sistema fonatorio di “viaggiare” in autonomia e – se le condizioni di partenza sono positive – di autorifornirsi di energia acustica generando un prodotto vocale caratterizzato da presenza sonora e ricchezza armonica. Non serve dunque un controllo muscolare attivo e volontario lungo tutta la vocalizzazione al fine di ottenere una voce risonante, bensì una coordinazione neuromotoria iniziale finalizzata all’instaurarsi delle condizioni che favoriscono un’emissione efficiente!

Ma qual è la spiegazione fisica di tale fenomeno che, esposto in questi termini, sembra quasi “magico”?

La spiegazione è una sola e - a dirla tutta - anche un po’ “nerd”, ovvero reattanza inertiva.

Una noiosa parentesi fisica è d’obbligo. In particolare un approfondimento sull’impedenza acustica rappresenta un punto cruciale per comprendere il segreto della reattanza inertiva.

L’impedenza si potrebbe descrivere come una misura di mancanza di risposta (movimento, deformazione, flusso, corrente elettrica etc) ad un determinato stimolo (che può essere una forza, una pressione, un voltaggio etc). L’impedenza può essere resistiva, reattiva o entrambe.

L’impedenza resistiva, più comunemente nota come resistenza, si verifica quando l’applicazione di uno stimolo è in fase rispetto alla risposta. Quando ciò non accade, l’impedenza sviluppa una componente reattiva, la cosiddetta reattanza. La reattanza si può ulteriormente suddividere in reattanza inertiva e reattanza compliante, a seconda che l’alterazione di fase della risposta sia rispettivamente in anticipo o in ritardo.

Al fine di comprendere tali definizioni, lo scienziato americano Ingo Titze propone un’efficace esemplificazione: immaginiamo di avere uno stimolo (rappresentato da una folla di persone in marcia) e un’impedenza (rappresentata da una porta ad ante scorrevoli). Se la porta si apre nell’esatto momento in cui un gruppo di persone tenta di passarvi attraverso, l’impedenza sarà resistiva. In altre parole, la porta rappresenterà una resistenza all’afflusso di persone, che sarà tanto più grande quanto più sono ridotte le dimensioni della porta. Se le ante scorrevoli necessitano del suono di un campanello per aprirsi, tutte le volte che un gruppo di persone tenterà di entrare ci sarà una certa inerzia nella risposta (rappresentata dall’apertura delle porte) che obbligherà le persone a fermarsi davanti alla porta prima che sia permesso loro di entrare. Al contrario, se sulla porta si trova una fotocellula che permette l’apertura quando le persone sono in avvicinamento, il fenomeno “apertura” si verificherà con un certo anticipo rispetto allo stimolo e si determinerà una condizione analoga a quella di un’impedenza compliante.

Il concetto di impedenza può essere applicato all’acustica vocale in termini di resistenza, inertanza e complianza acustica. L’impedenza acustica del vocal tract è una misura del rapporto tra la pressione e il flusso oscillanti all’ingresso del vocal tract (ovvero in prossimità della rima glottica). Se la sinusoide della pressione è in fase con la sinusoide di flusso si ha una condizione di impedenza resistiva, se la sinusoide di pressione è in anticipo rispetto alla sinusoide di flusso si verifica una condizione di reattanza inertiva, se la sinusoide di pressione è in ritardo rispetto a alla sinusoide di flusso si ha una condizione di reattanza compliante (fig. 2).

Figura 2. Relazione tra flusso e pressione in condizioni di (a) resistenza; (b) reattanza inertiva e (c) reattanza compliante (modificato da Titze, 2012[1])

Il vocal tract, in qualità di complessa camera di risonanza acustica, si caratterizza per poter dare risposte inertive e complianti in determinati range frequenziali. E’ stato dimostrato che la reattanza intertiva del tratto vocale sopraglottico facilita la vibrazione cordale, mentre la reattanza compliante la ostacola. Considerato ciò, l’obiettivo del cantante dovrebbe essere quello di mettere il vocal tract in una condizione di reattanza inertiva per più frequenze possibili, in modo da ottenere massima assistenza per la vibrazione cordale.

Di preciso, cosa succede quando il vocal tract “assiste” la vibrazione cordale?

Quando si crea una condizione di reattanza inertiva, il vocal tract dà una spinta “extra” ad ogni ciclo vibratorio cordale, rendendo l’emissione vocale via via più efficiente.

Questa spinta si verifica quando il movimento della colonna d’aria ha un preciso ritardo rispetto al movimento di apertura-chiusura delle corde vocali. Quando le corde vocali cominciano a separarsi all’inizio di un’oscillazione, la colonna d’aria tracheale viene spinta dalla risalita del diaframma nello spazio glottico e va a comprimere l’aria ferma a livello del vestibolo. L’inerzia della colonna d’aria nel vestibolo fa incrementare la pressione a livello della rima glottica, che viene ulteriormente spinta ad aprirsi. Quando il richiamo elastico spinge le corde ad addursi nella fase di chiusura glottica, il flusso d’aria attraverso la glottide si riduce. Per via dell’inerzia tuttavia, la colonna d’aria continua a muoversi verso l’alto, lasciando una condizione di vuoto a livello e sopra la glottide, che aiuta le corde ad unirsi con più efficacia e potenza (figura 3).

La forza e l’efficacia di queste spinte alternate sulle corde vocali dipendono dall’inertanza del vocal tract, come descritto dalla formula X = I (2πf), dove X rappresenta la reattanza, I è l’inertanza e f è la frequenza ciclica espressa in Hz.

In definitiva, similmente a quanto succede con una spinta correttamente cadenzata ad un’altalena (che determina un progressivo incremento di ampiezza di oscillazione della stessa), più grande è l’inertanza incontrata dalla colonna d’aria sopraglottica, più efficace sarà l’effetto di “tira e molla” sulle corde vocali.

Figura 3. flusso e pressione durante un ciclo glottico
(modificato da Titze, 2008 [2])

Le dirette conseguenze fisiologiche della reattanza inertiva sono una minore Phonatory Threshold Pressure (PTP), un arricchimento risonanziale della finestra 2000-4000Hz nel power spectrum e un incremento del parametro Maximum Flow Declination Rate (MFDR), considerato oggi il principale responsabile dell’intensità vocale. Il performer sperimenterà dunque una minor fatica d’emissione, maggiore risonanza e potenza vocale.

Va precisato che il vocal tract non si comporta in maniera inertiva in tutte le condizioni morfo-strutturali che può assumere durante una performance vocale. Il compito (e il segreto) del bravo performer è proprio quello di “aggiustare” la forma del vocal tract in modo da ottenere i benefici della reattanza inertiva lungo la maggior parte del range dinamico-frequenziale!

E’ naturale chiedersi a questo punto quali siano le strategie per incrementare e controllare la reattanza inertiva del vocal tract al fine di ottenere un’emissione efficiente e risonante.

Risulta putroppo evidente che conoscere l’esistenza del fenomeno della reattanza inertiva non sia condizione sufficiente affinché esso - magicamente - si realizzi!

Ingo Titze ha descritto due principali “atteggiamenti” del vocal tract che favoriscono uno sfruttamento ottimale della reattanza inertiva. Il primo è stato definito megaphone shape e si caratterizza per un piccolo spazio laringeo-paralaringeo ed una grande apertura della rima buccale, che rende il vocal tract nel suo complesso simile ad una “tromba”. Questo atteggiamento è tipico dei belters.

Il secondo atteggiamento è quello definito inverted megaphone shape, nel quale il vestibolo laringeo è piccolo, lo spazio faringeo (la “gola”) è mantenuta ampia e la cavità orale ha spazi relativamente ridotti. Tale atteggiamento è invece più tipico del canto classico (figura 4).

In termini fisici, a prescindere dal tipo di vocalità, l'esperto performer vocale ricerca la morfologia del vocal tract tale per cui, per una data vocale a un determinato pitch, il maggior numero di elementi frequenziali armonici prodotti dalla sorgente glottica sperimentino una condizione di reattanza inertiva.

Figura 4. Conformazioni a megafono e a megafono invertito del vocal tract
(modificato da Titze, 2008 [2])

Sempre Titze ha proposto un “trucco” per favorire la comparsa di una risposta inertiva da parte del vocal tract in modo rapido, efficiente e sicuro: la vocalizzazione in semi-occlusione. Ingo Titze è noto in tutto il mondo per essere stato l’inventore della tecnica della fonazione nelle cannucce (straw phonation) e in un certo senso rappresenta uno dei padri fondatori delle esercitazioni a vocal tract semi occluso. Tutti gli esercizi vocali ad impedenza aumentata (i cosiddetti SOVTE) hanno la caratteristica di incrementare le interazioni sorgente-vocal tract, facilitando l’instaurarsi di una condizione di reattanza inertiva su più frequenze dello spettro armonico. In altre parole, gli esercizi in semi-occlusione “aiutano” il vocal tract a trovare la condizione ottimale di reattanza inertiva (e quindi di emissione efficiente) per un dato suono, mettendo il performer in uno stato di partenza ottimale per lavorare o esercitare la voce.

Per approfondire i principi e le applicazioni degli esercizi a vocal tract semi occluso --> ESERCIZI A VOCAL TRACT SEMI-OCCLUSO: principi e applicazioni.

Fonti bibliografiche:

1. Titze I, Abbott KV. Vocology - The Science and Practice of Voice Habilitation. National Center for Voice and Speech editore, 2012.

2. Titze I. The Human Istrument. Scientific American, 2008.

3. Titze I. Voice training and therapy with a semi-occluded vocal tract: rationale and scientific underpinnings. J Speech Lang Hear Res. 2006 Apr;49(2):448-59.