關(guān) 晴

基于praat工具的歌唱聲學(xué)分析及其在教學(xué)中的應(yīng)用

關(guān) 晴

福建幼兒師范高等專(zhuān)科學(xué)校藝術(shù)系

音樂(lè)是有賴于聲音振動(dòng)這一物理現(xiàn)象而存在的，因此人們對(duì)聲音的本性、聲音各個(gè)側(cè)面的特性以及聲音振動(dòng)的前因后果的認(rèn)識(shí)和理解，就影響到人類(lèi)創(chuàng)造音樂(lè)時(shí)運(yùn)用物質(zhì)材料、物質(zhì)手段的技術(shù)、技巧、藝術(shù)水平，也影響到人類(lèi)認(rèn)識(shí)自己的聽(tīng)覺(jué)器官對(duì)聲音、音樂(lè)的生理、心理感受與反應(yīng)的正確與深刻程度。該文主要對(duì)歌唱聲音共振進(jìn)行分析，以期為聲樂(lè)教學(xué)實(shí)踐提供一個(gè)量化分析的研究渠道。

音樂(lè)聲學(xué) 共振峰 教學(xué)應(yīng)用

1 概述

“音樂(lè)聲學(xué)”(Musical Acoustics)亦稱“音樂(lè)音響學(xué)”，是著重從聲學(xué)角度研究音樂(lè)音響的科學(xué)。音樂(lè)聲學(xué)是聲學(xué)的分支，關(guān)注于研究和描述音樂(lè)的物理性質(zhì)——如何讓聲音作為音樂(lè)作品。音樂(lè)聲學(xué)研究領(lǐng)域的例子如樂(lè)器的功能、人聲（語(yǔ)音和歌唱的物理學(xué)）、旋律的計(jì)算機(jī)分析，以及在音樂(lè)治療中的臨床應(yīng)用音樂(lè)。

當(dāng)兩個(gè)不同的音場(chǎng)一起播放的同時(shí)，他們的聲波互相交流，在空氣壓力的高點(diǎn)和低點(diǎn)相互加強(qiáng)，從而產(chǎn)生不同的聲波。其結(jié)果是，任何給定的聲波比正弦波更復(fù)雜地可以通過(guò)適當(dāng)?shù)念l率和振幅（頻譜）的許多不同的正弦波來(lái)模擬，人類(lèi)聽(tīng)力設(shè)備（由耳朵和大腦組成）通?？梢哉页鲞@些聲音。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)音調(diào)播放一次，空氣壓力的變化在耳邊“包含”各自的間距，人耳和腦分離并解碼分成不同的色調(diào)。

真正的樂(lè)器都是接近周期性的，但泛音的頻率稍微不完美，所以波的形狀隨時(shí)間略有變化。由于音樂(lè)是有賴于聲音振動(dòng)這一物理現(xiàn)象而存在的，因此人們對(duì)聲音的本性、聲音各個(gè)側(cè)面的特性以及聲音振動(dòng)的前因后果的認(rèn)識(shí)和理解，會(huì)影響到人類(lèi)創(chuàng)造音樂(lè)時(shí)運(yùn)用物質(zhì)材料、物質(zhì)手段的技術(shù)、技巧、藝術(shù)水平，也影響到人類(lèi)認(rèn)識(shí)自己的聽(tīng)覺(jué)器官對(duì)聲音、音樂(lè)的生理、心理感受與反應(yīng)的正確與深刻程度。

音樂(lè)聲學(xué)包括一般聲學(xué)、聽(tīng)覺(jué)器官的聲學(xué)、樂(lè)器聲學(xué)、嗓音聲學(xué)、音律和諧的聲學(xué)、室內(nèi)聲學(xué)等六大部分。在《中國(guó)大百科全書(shū)·音樂(lè)舞蹈卷》中有關(guān)嗓音聲學(xué)的定義[1]是：“就其涉及人體器官的生理狀態(tài)而言，嗓音聲學(xué)也可歸屬?gòu)V義的生理聲學(xué)，但它與聽(tīng)覺(jué)器官的生理聲學(xué)本質(zhì)上不同，所研究的并非聲音感受過(guò)程中的，而是發(fā)聲過(guò)程中的生理聲學(xué)問(wèn)題。仿照樂(lè)器聲學(xué)的分析方法，人類(lèi)發(fā)聲器官亦可從能源、聲源、共振、擴(kuò)散四個(gè)結(jié)構(gòu)要素來(lái)討論?！?/p>

嗓音接納的能源來(lái)自內(nèi)臟對(duì)肺內(nèi)空氣的壓力，但造成壓力的運(yùn)動(dòng)部位并不在肺而當(dāng)在下腹(丹田)。聲源是由聲帶(喉)的狀態(tài)形成的，但緊靠著它的共振腔是從聲帶到口腔、鼻腔末端之間的管道(咽)，管道的一定口徑與長(zhǎng)度使空氣分子得以充分參與共振，咽與喉的狀態(tài)配合是發(fā)聲器官良好工作狀態(tài)的核心。隨后，口腔內(nèi)的空氣分子當(dāng)然也參與共振，但這已服從于歌詞的元音、輔音的吐字，其功能已非旨在增大音量的共振，而是給咽喉傳來(lái)的音波附加特定元音、輔音所應(yīng)具備的“頻譜共振峰”，隨即擴(kuò)散，把聲波送到遠(yuǎn)處。運(yùn)用發(fā)聲器官的技巧必須包括而應(yīng)加以訓(xùn)練的方面很多，諸如：音域的伸展，真假聲的選擇互補(bǔ)，換聲區(qū)的平順過(guò)渡，氣息長(zhǎng)短緩急的控制，音量強(qiáng)弱幅度的擴(kuò)大與調(diào)節(jié)的靈活，音色的變化，吐字的清晰準(zhǔn)確，音準(zhǔn)節(jié)奏的掌握等等。古往今來(lái)各民族各地區(qū)的不同唱法與不同聲樂(lè)學(xué)派，都備有獨(dú)特的運(yùn)聲方法，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但由于人聲器官構(gòu)造的復(fù)雜性，作為一門(mén)音樂(lè)學(xué)學(xué)科的嗓音聲學(xué)至今尚在革創(chuàng)時(shí)期[2]。

2 歌手共振峰

Gunnar范特將共振峰定義為“聲音的聲譜的譜峰”。在語(yǔ)音學(xué)和語(yǔ)音，共振峰也被用來(lái)指人的聲道的聲共振。它經(jīng)常被表示為聲音頻譜振幅的峰值，使用譜圖或頻譜分析器測(cè)量。在聲學(xué)上，它指的是一個(gè)在聲音包絡(luò)和在聲源，特別是樂(lè)器中的峰值，以及該聲室的諧振。任何房間，可以說(shuō)有一個(gè)共振峰獨(dú)有的特定的房間，因?yàn)槁曇艨赡芊磸棽煌谄鋲Ρ诤蛯?duì)象的方式。這種性質(zhì)的房間共振峰通過(guò)強(qiáng)調(diào)特定的頻率和吸收體現(xiàn)。

歌手共振峰的研究始于巴塞洛繆，限于許多歷史和技術(shù)的原因，盡管巴塞洛繆沒(méi)有給出相應(yīng)的歌手共振峰聲點(diǎn)，但隨后西方國(guó)家在關(guān)于聲樂(lè)的研究中給出了歌手共振峰的范圍：男性出現(xiàn)在2800～2900Hz，而女性共振峰在3200Hz。

在巴塞洛繆之后，許多學(xué)者對(duì)歌手共振峰進(jìn)行了研究，如Aipaerman、克蘭德?tīng)?、范納德等。其中瑞典聲學(xué)專(zhuān)家桑德伯格獲得的成就最為杰出，他在論文《歌聲的聲學(xué)》（出版于1977年3月《科學(xué)美國(guó)人》），是研究歌唱共振峰的重要文件。論文指出：“一流歌劇歌手的聲音具有獨(dú)特的地方，他們不會(huì)談?wù)撍囆g(shù)造詣，只是聲音本身可以讓一個(gè)訓(xùn)練有素的歌手打動(dòng)觀眾，他們的聲音可以穿透樂(lè)團(tuán)、達(dá)到處在宏偉音樂(lè)廳另一端的觀眾的耳朵里，但二流的，或從未受過(guò)訓(xùn)練的歌手，那么唯一的可能只是產(chǎn)生嘶啞的效果。這難道只是訓(xùn)練的問(wèn)題嗎？”[3]隨后，桑德伯格分析這個(gè)問(wèn)題：發(fā)音器官包括肺、喉、咽、鼻和嘴。喉、咽和口腔共同構(gòu)成了通道，它是一個(gè)諧振腔，像喇叭管或鋼琴和小提琴。發(fā)音者的嘴唇、下巴、舌頭和喉嚨等確定信道的形狀。嘴唇、下巴的變化，舌頭的位置，還可以使通道延長(zhǎng)或縮短，撅起的嘴唇或咽喉低應(yīng)力可以使通道捉襟見(jiàn)肘。聲帶的沖擊產(chǎn)生氣流聲源的聲音，它是說(shuō)唱原始的材料，是一個(gè)復(fù)合的聲音，從音調(diào)（頻率由振動(dòng)聲帶測(cè)定）和組合物的泛音，每個(gè)諧波倍頻程的幅度均勻地削弱12分貝。當(dāng)共鳴音頻率和一個(gè)符合腔的頻率，聲音被放大時(shí)的聲音的頻率與共振頻率不符合腔體，聲音會(huì)衰減。有四個(gè)或五個(gè)頻道這樣一個(gè)重要的腔，稱為共振。共振峰頻率是由聲道的形狀來(lái)確定，例如，成年男性的聲道約17.5厘米長(zhǎng)，其歌唱時(shí)第一個(gè)峰值一般接近500Hz，第二個(gè)共振峰接近1500Hz，第三共振峰接近2500Hz，第四共振峰接近3500Hz。如果信道稍微較長(zhǎng)或較短，它的基本頻率為稍低或更高。靜態(tài)壓力振蕩的振幅在聲門(mén)的最大值和振幅的嘴唇變得最小，相當(dāng)于1/4的一個(gè)最低諧振峰波長(zhǎng)，也就是1/4波長(zhǎng)的信道精確地重合。更改通道三個(gè)機(jī)關(guān)的形狀，它們是下巴、舌身和舌尖。下巴開(kāi)啟了第一共振峰的頻率，起著決定性的作用，它可以通過(guò)縮小聲門(mén)使聲道的另一端在嘴唇擴(kuò)大，第二共振峰和舌頭的形狀有關(guān)，第三共振峰和舌頭的位置有關(guān)。

3 共振峰產(chǎn)生的原因

桑伯格認(rèn)為歌手共振峰的產(chǎn)生是由于喉頭的降低造成的。當(dāng)喉頭放低時(shí)，發(fā)聲通道的音響適合于產(chǎn)生一個(gè)額外的共振峰。通過(guò)計(jì)算可以得出，假如喉頭到咽部的出口面積小于咽部橫斷面面積的1/6，喉頭與發(fā)聲通道的其余部分在音響上的配合是正當(dāng)?shù)模幸粋€(gè)自己的振動(dòng)頻率，這個(gè)頻率和發(fā)聲通道的其余部分無(wú)關(guān)。當(dāng)喉頭放低時(shí)，這個(gè)1/6的共振頻率是可能產(chǎn)生。這種喉頭放低使得咽腔底部擴(kuò)張的做法，使得放低了的喉部共振頻率在2500~3000Hz之間，也就是在正常第三和第四共振峰頻率之問(wèn)，這個(gè)位置，恰好是歌手共振峰出現(xiàn)的地方。

從人耳的生理效應(yīng)而言，根據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者德米特里耶夫的研究，掌握歌手共振峰的歌唱者，鼻副竇參與了共鳴，此時(shí)歌唱者顱骨的面骨部有強(qiáng)烈顫動(dòng)感，好像歌聲發(fā)白頭中。而人耳恰恰對(duì)這段頻率十分敏感，因而加大此段音量能給聽(tīng)眾造成巨大聲學(xué)效果，而喉肌能力耗費(fèi)卻不大。再者，從人的生理角度考慮，人外耳道的長(zhǎng)度接近3厘米。根據(jù)共振頻率的計(jì)算公式，以聲音在空氣中的傳播速度為344米／秒，那么f1 = c/(4l)= 344/(4×0.03)=2867(Hz)，從計(jì)算的結(jié)果可以看出，外耳道的第一共振頻率對(duì)2800Hz附近的泛音予以共鳴放大，這使得人耳對(duì)2800Hz頻率附近的泛音格外敏感，所以，當(dāng)歌唱者的聲音能量集中在此頻率區(qū)域時(shí)，聲音極富有穿透性。

4 結(jié)束語(yǔ)

音色作為樂(lè)音屬性的四要素之一，是能夠?qū)⒁舾摺⒁魪?qiáng)和音長(zhǎng)都相同的兩個(gè)音區(qū)別開(kāi)來(lái)的一種聲音屬性。從音樂(lè)聲學(xué)角度而言，音色的變化與諧音列結(jié)構(gòu)以及起始狀態(tài)密切相關(guān)，人歌唱時(shí)發(fā)出的聲音，主要與諧音列結(jié)構(gòu)有關(guān)。歌唱音色的異同與諧音的數(shù)量和每個(gè)諧音的強(qiáng)度有關(guān)。一般的規(guī)律為諧音越多，聲音越豐滿、圓潤(rùn)；高頻諧音越多、能量越強(qiáng)，音色聽(tīng)起來(lái)越明亮，反之音色則黯淡；中、低頻基音如果較突出，音色聽(tīng)起來(lái)比較“厚”。

歌手共振峰作為研究歌唱音色的一個(gè)重要參量，是指男聲出現(xiàn)在2800~2900Hz；女聲出現(xiàn)在3200Hz范圍的共振波峰。訓(xùn)練有素的歌唱家由于具有歌手共振峰，可以增強(qiáng)歌唱者嗓音的明亮度和穿透力，使得歌聲可以穿透大樂(lè)隊(duì)，突出在樂(lè)隊(duì)之上，而不被樂(lè)隊(duì)伴奏或其它音響所淹沒(méi)。

[1] 莊元．當(dāng)代中國(guó)音樂(lè)聲學(xué)研究述要[J]．中國(guó)音樂(lè)學(xué)，2005(2)：116．

[2] 中國(guó)大百科全書(shū)·音樂(lè)舞蹈[M]．北京：中國(guó)大百科全書(shū)出版社，1989.

[3] Johan Sundberg．The Acoustics of the singing Voice[J]．Scientific American，1977(3)：82-91．