基于praat工具的歌唱聲學分析及其在教學中的應用

關(guān) 晴

基于praat工具的歌唱聲學分析及其在教學中的應用

關(guān) 晴

福建幼兒師范高等?？茖W校藝術(shù)系

音樂是有賴于聲音振動這一物理現(xiàn)象而存在的，因此人們對聲音的本性、聲音各個側(cè)面的特性以及聲音振動的前因后果的認識和理解，就影響到人類創(chuàng)造音樂時運用物質(zhì)材料、物質(zhì)手段的技術(shù)、技巧、藝術(shù)水平，也影響到人類認識自己的聽覺器官對聲音、音樂的生理、心理感受與反應的正確與深刻程度。該文主要對歌唱聲音共振進行分析，以期為聲樂教學實踐提供一個量化分析的研究渠道。

音樂聲學 共振峰 教學應用

1 概述

“音樂聲學”(Musical Acoustics)亦稱“音樂音響學”，是著重從聲學角度研究音樂音響的科學。音樂聲學是聲學的分支，關(guān)注于研究和描述音樂的物理性質(zhì)——如何讓聲音作為音樂作品。音樂聲學研究領(lǐng)域的例子如樂器的功能、人聲（語音和歌唱的物理學）、旋律的計算機分析，以及在音樂治療中的臨床應用音樂。

當兩個不同的音場一起播放的同時，他們的聲波互相交流，在空氣壓力的高點和低點相互加強，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雜地可以通過適當?shù)念l率和振幅（頻譜）的許多不同的正弦波來模擬，人類聽力設(shè)備（由耳朵和大腦組成）通?？梢哉页鲞@些聲音。當兩個或多個音調(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，所以波的形狀隨時間略有變化。由于音樂是有賴于聲音振動這一物理現(xiàn)象而存在的，因此人們對聲音的本性、聲音各個側(cè)面的特性以及聲音振動的前因后果的認識和理解，會影響到人類創(chuàng)造音樂時運用物質(zhì)材料、物質(zhì)手段的技術(shù)、技巧、藝術(shù)水平，也影響到人類認識自己的聽覺器官對聲音、音樂的生理、心理感受與反應的正確與深刻程度。

音樂聲學包括一般聲學、聽覺器官的聲學、樂器聲學、嗓音聲學、音律和諧的聲學、室內(nèi)聲學等六大部分。在《中國大百科全書·音樂舞蹈卷》中有關(guān)嗓音聲學的定義[1]是：“就其涉及人體器官的生理狀態(tài)而言，嗓音聲學也可歸屬廣義的生理聲學，但它與聽覺器官的生理聲學本質(zhì)上不同，所研究的并非聲音感受過程中的，而是發(fā)聲過程中的生理聲學問題。仿照樂器聲學的分析方法，人類發(fā)聲器官亦可從能源、聲源、共振、擴散四個結(jié)構(gòu)要素來討論?！?/p>

嗓音接納的能源來自內(nèi)臟對肺內(nèi)空氣的壓力，但造成壓力的運動部位并不在肺而當在下腹(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，而是給咽喉傳來的音波附加特定元音、輔音所應具備的“頻譜共振峰”，隨即擴散，把聲波送到遠處。運用發(fā)聲器官的技巧必須包括而應加以訓練的方面很多，諸如：音域的伸展，真假聲的選擇互補，換聲區(qū)的平順過渡，氣息長短緩急的控制，音量強弱幅度的擴大與調(diào)節(jié)的靈活，音色的變化，吐字的清晰準確，音準節(jié)奏的掌握等等。古往今來各民族各地區(qū)的不同唱法與不同聲樂學派，都備有獨特的運聲方法，積累了豐富的實踐經(jīng)驗，但由于人聲器官構(gòu)造的復雜性，作為一門音樂學學科的嗓音聲學至今尚在革創(chuàng)時期[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”。在語音學和語音，共振峰也被用來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量。在聲學上，它指的是一個在聲音包絡和在聲源，特別是樂器中的峰值，以及該聲室的諧振。任何房間，可以說有一個共振峰獨有的特定的房間，因為聲音可能反彈不同在其墻壁和對象的方式。這種性質(zhì)的房間共振峰通過強調(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，盡管巴塞洛繆沒有給出相應的歌手共振峰聲點，但隨后西方國家在關(guān)于聲樂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，許多學者對歌手共振峰進行了研究，如Aipaerman、克蘭德爾、范納德等。其中瑞典聲學專家桑德伯格獲得的成就最為杰出，他在論文《歌聲的聲學》（出版于1977年3月《科學美國人》），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特的地方，他們不會談論藝術(shù)造詣，只是聲音本身可以讓一個訓練有素的歌手打動觀眾，他們的聲音可以穿透樂團、達到處在宏偉音樂廳另一端的觀眾的耳朵里，但二流的，或從未受過訓練的歌手，那么唯一的可能只是產(chǎn)生嘶啞的效果。這難道只是訓練的問題嗎？”[3]隨后，桑德伯格分析這個問題：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，還可以使通道延長或縮短，撅起的嘴唇或咽喉低應力可以使通道捉襟見肘。聲帶的沖擊產(chǎn)生氣流聲源的聲音，它是說唱原始的材料，是一個復合的聲音，從音調(diào)（頻率由振動聲帶測定）和組合物的泛音，每個諧波倍頻程的幅度均勻地削弱12分貝。當共鳴音頻率和一個符合腔的頻率，聲音被放大時的聲音的頻率與共振頻率不符合腔體，聲音會衰減。有四個或五個頻道這樣一個重要的腔，稱為共振。共振峰頻率是由聲道的形狀來確定，例如，成年男性的聲道約17.5厘米長，其歌唱時第一個峰值一般接近500Hz，第二個共振峰接近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的最大值和振幅的嘴唇變得最小，相當于1/4的一個最低諧振峰波長，也就是1/4波長的信道精確地重合。更改通道三個機關(guān)的形狀，它們是下巴、舌身和舌尖。下巴開啟了第一共振峰的頻率，起著決定性的作用，它可以通過縮小聲門使聲道的另一端在嘴唇擴大，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

桑伯格認為歌手共振峰的產(chǎn)生是由于喉頭的降低造成的。當喉頭放低時，發(fā)聲通道的音響適合于產(chǎn)生一個額外的共振峰。通過計算可以得出，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?shù)?，它有一個自己的振動頻率，這個頻率和發(fā)聲通道的其余部分無關(guān)。當喉頭放低時，這個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，這個位置，恰好是歌手共振峰出現(xiàn)的地方。

從人耳的生理效應而言，根據(jù)前蘇聯(lián)學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，此時歌唱者顱骨的面骨部有強烈顫動感，好像歌聲發(fā)白頭中。而人耳恰恰對這段頻率十分敏感，因而加大此段音量能給聽眾造成巨大聲學效果，而喉肌能力耗費卻不大。再者，從人的生理角度考慮，人外耳道的長度接近3厘米。根據(jù)共振頻率的計算公式，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)，從計算的結(jié)果可以看出，外耳道的第一共振頻率對2800Hz附近的泛音予以共鳴放大，這使得人耳對2800Hz頻率附近的泛音格外敏感，所以，當歌唱者的聲音能量集中在此頻率區(qū)域時，聲音極富有穿透性。

4 結(jié)束語

音色作為樂音屬性的四要素之一，是能夠?qū)⒁舾?、音強和音長都相同的兩個音區(qū)別開來的一種聲音屬性。從音樂聲學角度而言，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)量和每個諧音的強度有關(guān)。一般的規(guī)律為諧音越多，聲音越豐滿、圓潤；高頻諧音越多、能量越強，音色聽起來越明亮，反之音色則黯淡；中、低頻基音如果較突出，音色聽起來比較“厚”。

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

[1] 莊元．當代中國音樂聲學研究述要[J]．中國音樂學，2005(2)：116．

[2] 中國大百科全書·音樂舞蹈[M]．北京：中國大百科全書出版社，1989.

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