摘要：在音乐声学研究领域中，歌唱声学是一个重要的分支。根据目前的研究成果，歌唱声学的常用参量是歌手共振峰。利用声学实验的方法研究声乐的演唱，对于声乐教学有着深远的意义。通过声音频谱图各参量的研究，可以拓宽声乐教学的方法路径，削弱听觉主观性的弊端，理性地进行声乐教学。
关键词：音乐声学；歌唱声学；歌手共振峰；频谱分析；声乐教学
音乐声学是一门专门研究音乐声的发生、传播、接收，音乐声的性质和其他物质相互作用的科学。对于声乐演唱的研究多关注嗓音声学。嗓音通过来自内脏对肺内空气的压力而发出能量，它的动力来源于腹部，就是人们俗称的“丹田气”。声源是经过声带的闭合，由气息推动使声音得到输出，从声带到口腔、鼻腔末端之间的管道形成共振腔。发声器官不断调整，使得管道形成一定的体积，空气分子在管道内充分参与共振。发声器官的咽部和喉头需要良好地配合，才能具有完美的声音。当气息推动声音在喉室充分作用时，歌唱者的咬字、吐字、发声等过程不单是声音力度的增大，还有咽腔、喉腔经过美化声音传送出来的泛音，即共振峰体现的均匀的歌唱频率。嗓音声学是音乐声学重要的组成部分，但由于人体发声器官构造的复杂性、人为因素的不确定性等，对于嗓音声学的研究，仍旧需要努力探索与发展。
一、歌手共振峰的阐释
歌手共振峰是一个声学参量，它与音乐声学有着不可分割的关系。歌唱者发出的声音由两部分组成：一个是基音，也就是没有美化的声音；一个是泛音，也就是我们听到后感觉很舒服的声音。发声者发出声音要经过一个有音响的共振腔传播出去，起最主要作用的便是“频率”。当发声的频率与共振腔的频率符合时，声音得到放大，反之则减弱。在这个形成的声道里有四个这样的共振腔，名叫“共振峰”。这四个共振峰中，第一个共振峰接近于600Hz，第二个共振峰接近于1400Hz，第三个共振峰接近于2600Hz，第四个共振峰接近于3500Hz。针对当前国内外的研究现状而言，来自美国巴尔摩音乐学院的巴塞洛缪（W•T•Bartholomew）是学者共同认为的研究歌手共振峰的鼻祖。他的主要研究成果是对于西洋美声唱法即“掩盖”唱法（CoveredVoice）声音频谱图上有一个异常突出的共振峰的研究。对于男声而言，这个峰值的频率为2800-2900Hz；对于女声而言，它所表现的共振峰频率为3200Hz左右。歌手共振峰如何形成，影响因素是什么？巴塞洛缪并没有从声学的角度对其进行更多的解释。但是，后来针对共振峰的相关研究、实验中，很多理论来源都直接参考、引用了他的理论观点。桑伯格（Jo－hanSundberg）是在巴塞洛缪以后对该研究问题最有影响力的瑞典籍声学专家。他指出：“优秀的歌剧演员通过声音便能给观众留下深刻的印象，其歌声可以穿过音量宏大的管弦乐队传到观众的耳朵里。”如下图1所示，此为著名男高音歌唱家毕约林的演唱声和乐队声、语言声频谱比较图。如图所示，共振峰数值增高的地方正好是管弦伴奏声响数值较低的地方，它的频率对于歌唱者而言是一个突出的频率范围。经过严格科学训练的演唱家能够让声音突破宏大的交响乐队，关键因素在于歌手共振峰的作用。歌手共振峰是一个位于第三、第四共振峰之间的额外值，它的产生是由于训练有素的歌手降低喉头所导致的结果。对于歌手共振峰，许多专家学者进行了多方面的研究，但遗憾的是至今仍没有对歌手共振峰的峰值范围有一个权威的定义。就目前来看，大家达成共识的观点是：歌手共振峰的频率大约在2000Hz到4000Hz之间，由第三、第四个共振峰及存在的额外共振峰中的某些峰组成。
二、频谱分析在声乐教学中的应用
在目前的声乐教学中，教师对于发声原理的理论讲授比较淡化，多数教师言传身教，利用多年的演唱经验以及自己的感悟教授学生。讲授也停留在声带闭合、胸腹式呼吸、头腔胸腔共鸣等较浅的层面，对于学生的理论体系构建不是很明确。声乐教学与其他器乐教学不同，有其独到之处，主要是人声乐器本身的特殊性，体现为可调节性与不可见性。每个人的声带长短、薄厚都不尽相同，即使同一声带若运用的发声方法、力度不同，声带的振动情况也不同，从而产生的音色具有可调节性。我们在演唱时，无法直观地看到各个肌肉群是如何协调工作的，只能通过特殊的医学仪器观察而得。因此，声乐教学常规的方法是一对一，口传心授，因材施教地挖掘每一个演唱者的声音特点。演唱者找到正确的发声位置并且经过一段时间的练习，形成生理记忆之后，才能稳定地记住理想的演唱状态。这种特殊性会导致演唱者的声乐水平反反复复、时好时坏，对于声音的记忆多数依赖于教师的指导，没有很直观的训练方法。笔者利用音乐声学中的频谱软件分析声音辅助教学，将主观分析与客观测量相结合，以自身对歌唱器官的生理认知并结合声乐教学的经验，分析演唱者的基音频率、泛音、共振峰等，可以把抽象的听觉感知转化为具象的视觉认知，将声乐教学多样化、理性化、直观化，从而达到事半功倍的效果。
1.采集声音样本
频谱分析应用于声乐教学主要是利用主观分析与客观测量相结合的方式进行。实际操作需要传声器、转换器、电脑、频谱分析软件等设备。采集样本的场地设在正规的有隔音效果的琴房或录音棚内，实验设备为一台安装有AdobeAudition录音软件的联想笔记本电脑，一支装有立式支架的火花（BlueSpark）电容式心形麦克风。目前，测量声音的工具有很多种类，商用软件和免费软件均有学者使用，还有一部分研究者自编软件程序。这些工具在操作难易程度上各有不同，而且有些软件价格昂贵，得不到普遍性使用。笔者建议采用一款操作简单、实用性更强的软件——Praat语音学软件，应用于声乐教学的辅助研究。Praat是一个功能十分强大的跨平台的语音学软件，它具有无需安装直接运行、支持多种系统操作平台、操作便捷等优势。教学将用到的软件为AdobeAudition录音软件、格式工厂软件、Praat软件、picpick截图软件。演唱学生站立，口部与麦克风间隔35cm，随后进行录音采集，多次采音收集，分别采取学生在相同声区不同的元音以及不同声区演唱相同元音的小样，最后取10次效果最佳的进行比照。在声乐教师的鉴定下，截取声音状态比较好的、不同音高的元音/a/的发音样品各一例，然后再截取具体声乐作品中带元音/a/的发音样品。
2.制作频谱图
将选好的录音样品插入Praat软件中，记录下共振峰的清晰数值，制作语音图形、频率截图等各种图形，通过图形分析学生演唱的优缺点。首先打开软件，在PraatObjects对话框中点击open菜单栏里打开所保存的wav文件，然后点击右侧菜单中View&Edit按纽进入语音信号的观察窗口。在必要的情况下，可以利用PraatPicture的作图功能对共振峰的频率图进行绘制、观测和分析。若要得出具体的长时平均频谱图，则要先打开wav文件，点击右面菜单的Analysespectrum—选择ToSpec－trum—点击OK—点击View&Edit，即可看到长时平均频谱图。为了便于观察，可以利用Praat的作图功能进行作图。声乐教师或在其指导下的专业学生对采集后的声音样本按传统的教学方法进行主观性评价，把演唱的声音状态记录成表格形式，标明学生这段演唱的吸气方式是否正确、音色是否饱满、各个部位的共鸣是否良好等。将评价后的结果与频谱图所展现的声音图像相对应作为对比素材，从感性和理性两个角度对学生的演唱进行评价与指导。
3.频谱图辅助声乐教学
下面将通过实例说明频谱分析关于气息与共鸣的问题。气息是歌唱的基石，常用的呼吸方法有胸式呼吸、腹式呼吸以及胸腹式呼吸法。在声乐教学中，教师多采用胸腹式呼吸法—气息进入胸腔，肺扩张迫使横膈膜向下收缩，气息体积变大，增强横隔肌和腹部的肌肉控制力建立起上下腔体的联系，从而控制声音的高低、强弱，使得演唱声音穿透力增强。下图2为某美声唱法女高音在演唱同一音区同一元音a时利用胸式呼吸与胸腹式呼吸的频谱对比图。通过图2可以得知，利用胸式呼吸演唱的共振峰数量为2，明显少于胸腹式呼吸，在3200Hz左右，没有出现歌手共振峰；而胸腹式呼吸的共振峰数量为5，出现了歌手共振峰。因此，胸式呼吸演唱出来的a元音从听觉上来看比较干涩，而利用胸腹式呼吸声音圆润，高频泛音多。然而，初学者在学习时，气息把握不是很熟练，控制能力不强，会出现胸式呼吸，通常会提肩，使得演唱时喉头抬高，气息不稳，造成在听觉上出现音色单薄、不够圆润的现象。实际教学中，声乐教师在讲授气息的内容时，多以比喻的方式，让学生感受闻花、气沉丹田等调动学生歌唱的想象力。抽象的讲解会让逻辑思维较强的学生产生疑惑，不明白教师表达的意思。然而，将直观的频谱图展示给学生，再结合气息进行理论的讲授，他们会对不正确和正确的气息方式有一个深刻的认知，然后用气息方法指导自己的声乐演唱。在声乐教学过程中，无论学生运用美声唱法抑或民族唱法，教师都会要求高位置发声，其中多运用头腔共鸣，尤其在唱高音时，头腔共鸣是占大多数的。头腔共鸣主要作用于鼻腔系统，使得高音透亮，富有金属性色彩。高位置发声的频谱图与位置欠佳发声的频谱图不尽相同，通常高位置发声共振峰数量多于位置欠佳的数量，同时会出现明显的歌手共振峰。高位置发声的频谱图峰域比较密集，位置欠佳的发声频谱图峰域比较稀疏，从听觉上声音缺乏穿透力。对于共鸣的理解，学生首先会从听觉上有一个感性的辨别，通过图例共振峰的数量和频率分布，可以直观证明优美的声音一定是高频泛音数量较多的，这样才能将声音传得远，在不借助话筒的外力下，仍然超越交响乐团的音量，这是通过嗓子用力喊做不到的，而是要用气息和共鸣相结合的科学唱法才可达到。在实际声乐课堂教学中，教师和学生可以通过分析频谱图的共振峰数量以及频域检验自己的音色，从而高效且有针对性地解决声乐教学中的共鸣问题。通过教师的主观评测和频谱图的对应分析结果可得知，频谱分析是可以辅助声乐教学的。首先它可以通过声音的图像定量，客观地表现出演唱的优缺点，对于完美声音可以直观地表现出来。其次，利用声音的频谱图学习声乐可以弥补自学声乐的不足。众所周知，人有内耳、外耳之分，自己通过内耳听到的声音和观众通过外耳听到的声音是不尽相同的，加之，场地不同、混响不同使得演唱者自身光凭听到的声音无法真实判断演唱的好坏，只能通过教师的提醒以及天长日久形成的肌肉记忆巩固演唱方法。而通过声谱图可以自我鉴定，调节发声状态，形象地判断演唱的音准、声音的圆润等情况，从而不断提高自己的演唱能力。最后，可以对声乐学生的学习过程进行跟踪测试，对其声部进行评估，纠正不正确的发声习惯等，将可视化声乐教学推入课堂中，建立专业的音乐声学评价体系，增强学生的理论与实践能力。
参考文献：
〔1〕韩宝强.音的历程———现代音乐声学导论〔M〕.北京：中国文联出版社，2003.260.
〔2〕龚镇雄.音乐声学———音响•乐器•计算机音乐•MIDI音乐厅声学原理及应用〔M〕.北京：电子工业出版社，1995.8.
〔3〕李晋玮，李晋瑗.沈湘声乐教学艺术〔M〕.上海：上海音乐出版社，1998.105.
〔4〕中国大百科全书出版社编辑部.中国大百科全书•音乐舞蹈〔M〕.北京：中国大百科全书出版社，1980.810-811.
作者:姜枫 单位:山西戏剧职业学院
