语音的故事（五十八）| 焦磊：赫姆霍兹共振管和歌唱共振峰帕（连载）

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The story of pronunciation

语音的故事

焦磊：赫姆霍兹共振管和歌唱共振峰帕

前面已经说过，可以把人的发声器官比拟成一件管乐器，那么这件管乐器所能够演奏的音符是乐音。我们语言中也有乐音，主要是元音，还有辅音中的响音，如鼻音m, n和边音l等。一般的辅音，也就是阻音，他们的发声原理就不一样了。人类发出的元音与乐器发出的乐音具有相同的特性，而辅音就和乐音不一样。如果要给一个更加形象的定义，那么可以说，元音在声道这根管子里面不会遇到任何的障碍阻碍肺部呼出气流的通过，而元音的不同则是靠管子的不同形状来区别。就像我们平时吹的笛子那样。可以发现，笛子越是细小，音色就越是尖利；而笛子越是粗大，则音色越是浑厚。元音的区别跟管子的形制有关。在物理上，我们就把这样的管子叫做共鸣腔，不同大小形状的共鸣腔具有不同的特征频率，会和特定音高的音发生共鸣，从而将音高和特征频率相吻合的音放大。因此，元音是由其共鸣腔特定共鸣频率所决定的。例如我们要发元音i，就得把我们的口腔变成一个在300 Hz和2,500 Hz这两个频率左右发生共鸣的管子。发现这条共鸣定律的，则是我们前面提到过的德国科学家赫尔姆霍兹。他当时使用了一个巨大的金属腔体来研究共鸣。而语音学家们也确实使用各种不同形制的管子，模拟人类的发音。随着实验语音学的进步，到了20世纪60年代的时候，著名的瑞典语音工程师方特从物理上对每个元音的共鸣腔形状进行了研究，并推导出它们共鸣频率的计算公式。将实验语音学与工程语音学的研究与应用推入一个新的时代。

当我们唱歌的时候，对于管子的调节会跟平时说话时不大一样。如果把正常男子说话和歌剧式的唱腔相比较，我们会发现歌唱元音的音质和一般说话时的元音比较起来有一些调整。一般的印象是在唱歌剧的时候，声音会显得比较含混，听起来有些类似一边打哈欠一边说话的效果。如果用一个比较专业的词儿来形容，那么可以叫做遮盖（covering）。当唱出这种音质的声音的时候，X光片上显示出，不但发声时喉头的位置发生了改变，咽喉的最底部和喉室（真声带与其上假声带之间的腔室）也会发生扩张。这样的结果，则是造成了在歌唱元音的共振峰声谱中，会多出一个额外的共振峰来。当专业的男歌唱家演唱时，就会出现这个典型的共振峰。这个共振峰不受到音高，元音以及力度层次的影响。因此，是否存在这个共振峰，已经被视作是判别歌剧中歌唱音质是否合格的一个标准。这个共振峰也因此被称作“歌唱共振峰”。

其实我们也可以做一个赫尔姆霍兹共鸣器的实验。最简单的方法自然是往暖壶里面儿灌开水。我们可以通过听它的声音来判断水是否已经灌满。当水位不断升高的时候，水的运动动引起了不同频率的声音，可是剩余的空腔部分的共鸣只是增强那些频率接近于其特征频率的声音。随着空腔的减小，共鸣频率升高，所增强的频率也越来越高。当声音足够高的时候，有冲开水经验的人就知道水灌满了。

网上也曾经有人做过另外的实验，例如威士忌酒瓶就可以作为一个一个很好的赫姆霍兹共鸣器。通过一点儿测量与计算，就可以知道它的共振频率大约是在132 Hz左右。如果打开瓶盖后把酒瓶放在电脑喇叭旁边，然后使用纯音生成器生成一个132 Hz的单纯音，同时用手遮住瓶盖口开合数次，就会明显地听到声音忽大忽小，但是用其它如80 Hz或200 Hz音波播放的话就不会有任何反应，所以，将空酒瓶放在喇叭前，会导致喇叭播放时产生增强132 Hz的共振失真。因此，喝威士忌的音乐发烧友得小心了，记得要把瓶盖给盖好才行。

我们还是言归正传，谈谈人的发音器官。人的声道大约长17 cm，在发元音的时候我们可以将他看作是一端封闭（声门）而另一端开口（双唇）的管子。当我们的口腔处于自然放松状态时，我们的口腔就可以看作是一根均匀的管子，这根管子的最低共振频率就等于波长为这根管子长度四倍的声波的频率。他的其余共振频率是这个最低共振频率的奇数倍数（3倍，5倍……）。这时我们所发出的元音就是央元音ə。当我们发其他元音的时候，管子不再均匀，其共鸣频率也不再均匀分布。但是我们还是可以利用物理知识，算出它的共振频率来。

为什么在唱歌剧的时候要降低喉头产生这样一个歌唱共振峰呢？答案是很有趣的。实际上这个歌唱共振峰的出现，并不是为了使得歌唱的声音听上去更好听，而是关系到歌唱家在歌剧和音乐会表演时候身处的音乐环境——歌唱家的声音必须要具备能够穿透交响乐团的音乐背景的能力。

（共振示意图）

科学家分析过交响乐团声音能量的平均分布，结果显示声音的最高理想频率在450赫兹附近。这个频率和一般说话的声音能量所在的频率差不多，因此如果在唱歌时使用一般说话的能量分布，那声音就会被乐团的背景音乐给淹没。但如果歌唱家训练有素，能够在演唱时创造出歌唱共振峰，那么声音就能穿透强大的交响乐背景而被观众听见。

因此，如果一位男性咽喉很宽，又有振动频率在2,500至3,000赫兹之间的大喉头，那么就比那些不具备这样特征的人在经历声乐训练之后更有可能发展出美妙的歌声来。所以我们也可以看见，那些著名的男歌唱家往往都是胖胖的，而且有一个比常人要粗的大脖子。可别小看这个大脖子，它可是一件优质赫姆霍兹共鸣器呢！

（恩里科·卡鲁索，意大利人，

20世纪早期的男高音歌唱家）

（原载《叫我如何不想她——语音的故事》，朱晓农、焦磊著，商务印书馆2013年第一版）

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