歌唱音色的声学研究综述

　　壹、歌唱声学研究综述
　　根据研究内容，本文将既往研究文章大致分为歌唱声学基础性研究、歌手共振峰、艺术嗓音声学特征、唱法比较研究、歌唱技巧、声乐教学研究等方面。
　　（壹）、20世纪30—60年代de研究
　　1、歌手共振峰研究方面  自19世纪以来，解释人体发声de问题，壹直建立在亥姆霍兹de理论基础上：＂即人de声带shi在气息de振动下，以弦de方式振动，并产生壹系列de分音，其中以基音为最强，第壹泛音次之，然后依次类推，越来越弱。人声音色由泛音de数量和组成方式所决定。＂亥姆霍兹de这种解释充分肯定了声带振动发声和共鸣腔de共鸣作用，但shi并没有指出咽、喉管中de空气柱振动也能对音高de产生起作用。故声学及语言学家斯克里普乔1906年在其著作《实验语音学研究》中试图以管乐器de原理来解释人体发声问题。他认为＂当空气通过声带时，只shi产生壹系列喷气，如吹口哨时唇de作用壹样，声带本身并不产生基音和泛音。决定人声音高de并不shi声带de张力、闭合以及振动方式，而shi取决于共鸣管de长短、粗细，shi共鸣管中空气柱de振动产生音高。＂
　　从这壹时期de研究可以看出，歌手共振峰作为歌唱声学研究de壹个重要参量已由巴塞洛缪于1934年正式提出，这壹理论de提出，为以后瑞典声学专家桑伯格等人进壹步深入研究奠定了基础。
　　2、唱法比较研究方面
　　国内这壹时期研究de代表人物为林俊卿。林大量运用了医学、解剖学和歌唱声学de原理，从生理学、解剖学、物理学、音响学等方面系统地阐述了歌唱de发音原理，特别shi对歌唱呼吸de控制及＂发音管＂de造就较早作了详细de说明。这里所说de＂发音管＂de造就可理解为用歌唱声学de原理建构人de嗓音乐器。尤其值得壹提deshi林俊卿已从声学de角度对民族唱法和美声唱法进行比较研究，在《歌唱发音de科学基础》壹书第肆章第叁节中指出：＂西洋古典唱法不论什么声部不论唱得音高低轻响如何，音色壹般比其他流派（比方民族唱法）‘暗’许多。＂ ＂中国民族传统唱法发音，由于歌唱时始终把共鸣腔调节比较短小de原故，声音壹般比较＂亮＂而＂开朗＂。
　　（贰）、20世纪70年代de研究
　　1、歌手共振峰研究方面
　　继巴塞洛缪之后，许多学者、专家对歌手共振峰产生了浓厚de兴趣，为此进行了广泛而深入de研究。在众多学者、专家关于歌手共振峰de研究中，成绩最突出、最富代表性de当属瑞典声学专家约翰·桑伯格。《The Acoustics of the singing Voice》和《The Science of the Sing Voice》shi桑伯格研究＂歌手共振峰＂两篇重要文献，前文由我国de蒋英、翁若梅分别翻译,其重要性由此可见。
　　桑伯格de研究价值主要体现在对歌手共振峰de定义和形成原因上。定义方面，桑伯格认为歌手共振峰shi在西洋歌剧音乐会专业歌唱技术de男声歌唱元音声谱中，频率约为2800Hzde壹个额外高能峰。形成de原因shi歌唱家通过降低喉头造成。即在歌唱中，歌唱者降低喉位，导致咽喉扩张，当咽喉被扩大到使咽、喉腔接口处两腔截面积之比大于六分之壹而不匹配时，喉室变成壹个与声道其余部分相独立de共鸣腔，其共振频率为声道传递增加壹个额外de共振峰。
　　桑伯格关于＂歌手共振峰＂de研究，对于声乐界、嗓音医学界产生了深远de影响，其研究具有权威和代表性意义。后来西方和我国关于＂歌手共振峰＂de研究，基本上shi建立在他de研究成果基础之上。
　　（叁）、20世纪80年代de研究
　　1、歌手共振峰研究方面
　　这壹时期美国音乐声学家罗兴在其著作《The secience of sound》认为：＂受过训练de歌手，尤其shi男性歌剧演员，在2500—3000Hz频率范围左右会出现壹个突出de共振峰，这就shi＂歌手共振峰＂，它常出现在第3和第4共振峰之间，给男性歌唱者带来出色de能量。＂对于共振峰de形成，罗兴指出：＂低喉shi歌手共振峰形成de原因，放低喉头，咽喉随之下降＂。
　　2、歌唱声学基础性研究方面
　　国内这方面研究de文章有王士谦、包紫薇等de研究。1988年初王士谦为北京嗓声学界举办了＂现代嗓声科学系列讲座＂系列讲座。其内容包括：现代嗓声研究de范围、意义、方法、特点和分类；声乐和言语de声学关系；歌手共振峰概念de发展及其与声源机制de关系；国际上对嗓声源及其与声门上、下系统交互作用de研究等。
　　南京大学声学研究所包紫薇《歌唱和音乐de声学问题—为全国高等音乐院校学生声乐比赛大会而作》shi包教授作为声学研究方面de资深专家，从音乐声学de角度对歌唱发声原理进行de论述，在前言中，包紫薇教授明确指出艺术和科学de关系：＂科学shi艺术de根本。几十年来声乐唱法de进步，充分说明了科学方法对声乐de重要性。以科学de方法进行声乐教学，师生双方都可以避免机械de传授和模仿；抓住了发音技巧de科学内核，有利于每个人针对自己de生理特点进行再创造。＂
　　3、艺术嗓音声学特征方面
　　这方面研究de文章有吴卫彬等《艺术嗓音de声学特征研究》。该文研究de壹个显著特点体现在对艺术嗓音de研究方法上，其原理为声音de声压经快速傅立叶转换处理，取线形平均，即可得到声音de长时间平均谱。文章通过对100余名歌唱演员及戏曲演员de录音，指出：明亮圆润de歌声，具有明显突出de高频歌手共振峰，其中女声de歌手共振峰较男声de高。同壹男声或同壹女声，不管发什么元音（以歌唱方式发出），共振峰频率de位置几乎保持不变。
　　中央音乐学院嗓音大夫冯葆富《歌唱医学基础》壹书第九章中对歌唱声学基本问题进行了详细de介绍，书中就呼吸支持、起声、音域、声区、＂开放＂与＂关闭＂唱法以及歌声de颤动等六个方面de声学特征进行了深入细致地研究。如在唱法上de＂开放＂与＂关闭＂壹节中，认为：＂在主观和客观感觉上，……西洋古典意大利学派主张＂关闭＂唱法，而我国民族传统唱法，则类似所谓开放唱法。这两种唱法主要shi发声时应用不同de集中声音de方法造成de。＂
　　4、歌唱技巧方面
　　王宝璋在《咽音技法与艺术歌唱》第十叁章＂高泛音声波共振声道de获得＂中，指出：＂由于咽音基本功de练习，使歌唱机能进入了自然正确状态，形成了咽音基音管，扩大了歌唱基音发声de能量，开辟了通向高泛音声波共振声道de通道，锻炼了声带拉长、缩短、变薄de运用能力，从而比较容易构成与真声、假声混合为壹de发音方法，并较快地获得高泛音共振de歌唱能力。＂
　　吴卫彬《嗓音音质de客观评价与Q值》认为＂嗓音de音质固然同许多因素有关，但实验证明高频谐波de丰富程度以及歌唱共振峰de突出程度，对歌唱音质有着重要de影响，因而提出Q 值评价量。通过实验证明：悦耳de歌声，其Q 值壹般在—15dB到—5dB到之间，如果Q —15dB，此歌声缺乏色彩，听起来声音发闷，缺乏圆润感。＂
　　5、唱法比较研究方面
　　国内这壹时期de研究主要shi利用歌手共振峰进行民族唱法和美声唱法de比较研究。这方面de文章有：包紫薇等《歌唱嗓音de生理、物理、主观评价初探》，以频谱为主要参量研究各种歌唱嗓音de特征。文章选用美声唱法、我国独有de唱法（民族嗓、流行嗓、京戏嗓）和非正常（包括轻度生病）嗓音叁大类型声源为样本，通过频谱分析，可以在音色听感和声学参量之间找到壹定de对应关系。
　　中国音乐学院嗓音研究室黄平de《应用国产BP6型声频频谱纪录仪分析艺术嗓音de体会》指出：＂声乐、戏曲等演唱shi非常复杂de生理声学现象，它de瞬间变化，包含着许多参量，然而每个人在发声方法、发声de实时控制、演唱风格de掌握、音色de修饰和艺术处理de手法等，又有很大de差别，客观de对这些声音进行定性定量分析、科学地做出判断、并从中得出规律性de认识，shi嗓音研究de任务之壹。＂
　　沈阳音乐学院嗓音研究室商泽民等《声图测试对艺术嗓音分析de使用价值》，两次运用国产声图仪对艺术嗓音进行测试，试图找出音色、共鸣、声部鉴别、民族唱法与西洋唱法在频谱和声学上de对应关系，为嗓音生理研究提供客观纪录和依据。测试结果表明：＂在民族唱法和西洋唱法de比较中，贰者由于演唱风格、艺术处理和语言基础de不同，在声音色彩上有明显de差别。声乐女高音de‘S.F’壹般出现在3000—3500Hz间，而‘民嗓’女声多在3500Hz左右，其中多数民族唱法女声在5500—6000Hz之间常出现声能集中de高频谐波带，这在‘洋嗓’声图中shi极少见到de。＂商文将此称为＂民嗓高频谐波带。＂
　　6、声乐教学研究方面
　　刘运墀等《艺术嗓音保健与声学》在声学分析对艺术嗓音上de应用方面，通过对戏曲演员声学特征研究，证明声学分析有肆个方面de应用价值：
　　＂其壹可以鉴定歌声de音质、声部，并提供各种声音de声学特征信息，有助于艺术院校和文艺团体de选材；其贰对歌声特征和改变情况可随时记录存贮，供随时分析，有助于教学工作de改善；其叁可以帮助检验练声效果，达到指导练声和嗓音保护de目de；其肆可以配合艺术嗓音疾病de检查、诊断，尤其对早期诊断和预防有积极意义。＂
　　从以上de论述可以看出，这壹时期歌唱声学de研究进入壹个相对活跃时期，如相关学术会议de召开，研究人员参与数量增多和参与面扩大等。国内相关研究人员开始系统介绍歌手共振峰，如王士谦在80年代后期举办de＂现代嗓声科学系列讲座＂里，就向人们详细地介绍了现代嗓声研究de范围、意义、方法、特点及其分类；歌手共振峰概念de由来及相关讨论等。
　　这壹时期研究de另壹特征shi声学界和嗓音医学界de相关人员运用歌手共振峰理论对我国民族唱法、戏曲唱法和美声唱法进行定量定性de比较分析与研究，如包紫薇、黄平、商泽民、吴卫彬等人de研究均发现上述叁种唱法由于在演唱风格、艺术处理和语言基础de不同，声音色彩有着明显不同，体现在声音频谱上也有明显不同。
　　（肆）、20世纪90年代de研究
　　1、唱法比较研究方面
　　这壹时期具代表意义de研究shi由韩宝强等在1993-1995年完成de课题《中西歌唱发声体系声音形态de比较研究》。该课题主要利用频谱分析手段对美声和京剧两种唱法de声音特点进行比较研究，该课题对我国民族声乐艺术进行量化研究富有极强de现实意义，它不仅填补了我国在不同歌唱体系声音形态比较研究领域de空白，同时也为我国声乐界壹直讨论de＂中国声乐学派＂问题提供了有力de理论支持。更重要deshi从民族音乐学de角度，指出仅用＂歌手共振峰＂壹个参量shi远远不够de，提出对歌手共振峰de定义进行适当de修改，使之适用于美声唱法以外de各种发声体系，这对于从音乐声学角度研究歌唱具有突破意义。
　　2、歌手共振峰研究方面
　　这壹时期研究de壹个亮点shi王士谦与桑伯格关于民族唱法中存不存在＂歌手共振峰＂而展开de讨论。
　　王士谦认为＂歌手共振峰从来都shi由专业歌唱嗓声与其对应de言语声或未经训练de歌唱嗓声相比较出来de相对应声学特征，这里所说de对应，应包括同元音、同音高、同音量相比，除此之外这个比较还应在相同机制发声，相同言语（剧种），且在归壹化de条件下，用高频能量与低频能量之比作参数，才可能在声谱上，得到歌手共振峰稳定de相对声学特征。否则，在共振峰de认识上就会不断出现混乱，甚至自相矛盾de情况。＂以京剧为例，小生行当，在高声区使用假声发声。（属于轻机制），如果把京剧中小生发声（轻机制）和西方歌剧男中音（重机制）放在壹起比较，那shi壹定要出问题de。
　　3、艺术嗓音声学特征方面
　　这壹时期de研究主要集中在嗓音医学界相关人士de研究中。  李万进de《清新质朴唱声—云南彝族歌手白秀珍de演唱艺术》壹文运以声谱分析仪做出具体数据分析，对民歌手白秀珍真假声交替转换de歌唱方法作了深入研究。结果表明：白秀珍de演唱，＂无论shi真声还shi假声均出现了4次谐波（共振峰），有de谐波（共振峰）频率高达3600Hz 以上；声音de复合音（泛音）丰富，共鸣谐振音丰富，气息饱满通常，声音优美圆润、高亢嘹亮。＂
　　4、声乐教学方面
　　冯葆富先生认为在我国首先要解决好声乐艺术界对声乐艺术科学化de认识问题。他在《要重视声乐艺术与嗓音科学de有机结合》壹文中指出 ＂我们所说de科学化，shi用近代嗓音科学de、生理de、物理de和心理de科学成就研究声乐艺术。再者，声乐艺术工作者嗓音工作者对艺术嗓音科学de认识还未统壹，嗓音发声机能shi多维机能，……因此声乐歌唱行为科学研究需要生理de、物理（声学）de、心理de、音乐学de等方面多学科de合作才能做出成绩。＂
　　韩丽艳de《如何鉴定人声de乐器》中认为＂前苏联学者对声部问题de研究最早，内容也最全面，不但从音色、音域、换声点等发音学角度阐述了对声部划分de意义和作用，而且还从声带、口咽管de长度和共振峰de位置、硬口盖de形状等生理、声学角度分析了不同声部存在de生理、声学特征。说明歌手共振峰与声部类型有着密切de关系。＂
　　从以上de论述可以看出，这壹时期歌唱声学研究在参与人员和参与层面上不断向纵深发展，在广度上也有所扩展。其中壹个突出特点shi以往研究多由声学界或嗓音医学界人员参与，而这壹时期出现音乐声学界和声乐界联合研究de新趋向，在研究方法上严格规范。如韩宝强等de课题聘请声乐和京剧界de著名演员作为嗓音示范专家、相关资深声乐教授作为顾问，声音采样在标准录音间进行，测量环境符合音乐声学测量标准，从而充分保证了声源样本de权威性和典型性。
　　（伍）、2000年以后de研究
　　1、歌唱声学基础性研究方面
　　韩宝强de专著《音de历程—现代音乐声学导论》从人对音乐de主观听觉感知角度出发，系统介绍了现代音乐学de发展历程。该书与歌唱声学研究有关deshi第十肆章：＂嗓音声学研究＂，共分为嗓音构造概述、歌唱发声特性、＂歌手共振峰＂理论、歌唱方法、中西唱法de声音特征伍个部分。
　　与以往论述不同deshi，该章de内容主要shi从音乐声学角度对歌唱嗓音进行阐述。在嗓音构造概述中，认为＂人de嗓音器官从乐器声学de角度也可视其为壹件乐器：声带shi振动源，呼吸组织shi激励系统，人体中de各个腔体—口腔、咽腔、胸腔和头腔等构成了共鸣系统，而神经和肌肉组织则属于掌管乐音变化de调控系统。＂
　　歌手共振峰作为研究歌唱音色de壹个重要参量，壹直被人们广泛运用。但对于歌手共振峰de定义，壹直众说纷纭，吴静《歌手共振峰de相关阐释和界定》通过历史与现状de梳理，对歌手共振峰概念作出相关界定，并对歌手共振峰产生de原因和声区、歌唱力度、歌唱方法、声部、嗓音机制对其影响，通过相关音乐声学分析软件作了详细阐述。
　　歌声中de＂颤音＂和＂嗓音共振峰＂问题作为音乐声学研究de壹个分支，越来越受到重视。嗓音中shi否具备嗓音共振峰de特征，与歌唱de颤音波动有着直接de关系。于善英等《歌声中＂颤音＂和＂歌手共振峰＂相互关系de声学研究》，通过声学测量系统对测量对象de频谱分析，表明嗓音中shi否具备嗓音共振峰与歌唱de嗓音波动有着直接关系：正常嗓音颤音能使音质丰满、音量加强，而且在颤音de作用下嗓音共振峰de音量也得到加强。
　　3、 歌唱技术方面
　　这壹时期关于歌唱技术方面de研究主要体现在壹些音乐专业硕博学位论文中。
　　中国艺术研究院2007届毕业生吴静de博士论文《中国民族唱法音色de声学阐释——以女声为例》从音乐声学视角出发，以民族唱法音色作为研究对象，研究民族唱法音色特征在声音频谱上de规律。从音乐声学角度详细论述人声乐器de特殊性，并在此基础上分析人声乐器发声器官、呼吸、共鸣及语音对歌唱音色de影响，运用音乐声学相关测量方法，对民族唱法和美声唱法de声源进行采集、比较和分析，通过歌手共振峰参量，研究不同唱法体系de声音形态，得出不同唱法声音频谱特征。
　　首都师范大学音乐系2005届毕业生曹力de硕士论文《美声与通俗唱法中高频泛音de频谱特征（男声）—364个案例de分析与总结》。通过对美声及通俗两种唱法（男声）中364个CD演唱片段de频谱测试，表明贰者de高频泛音分布明显不同。结论为：＂不同歌唱方法会产生出不同de高频泛音，高频泛音de直接或间接地影响着歌唱声音de音色、音量、听感、空间分布以及用嗓卫生。＂
　　4、声乐教学研究方面
　　这壹时期涌现出不少从音乐声学角度论述声乐教学de文章。黄强等《声谱分析技术—声乐教学可视化de工具》认为在声乐教学中应用声谱分析，有叁个方面de意义：＂其壹shi可将看不见de声音可视化，使声乐教学从传统模式转变成＂口壹耳壹眼＂相互结合de教学模式。其贰可以了解声道形态de变化与声谱，特别shi共振峰之间有怎样de关系，有助于帮助了解不同发声方法de唱腔特点，指导发声训练。其叁还可以借助声谱分析，观察不同声部唱元音de共振峰频率de变化，以便在确定声部时提供帮助。＂
　　这壹时期de研究特点表现为壹些声乐方向博硕学位论文已经从音乐声学角度研究不同唱法de频谱特征，表明声乐界对于歌唱声学研究de重视。论文从选题到文章内容、结论基本上都从音乐声学角度出发，运用音乐声学de研究方法，体现了壹定de理论和实验操作能力，但值得壹提deshi，部分论文在研究方法de运用上存在壹些问题，具体体现在声源样本、测量环境方面。如声源样本de采集没有在标准录音棚条件下录音，而shi通过对CD、VCD、DVD音像制品截取de方式获得，用这种方式采集来de声源样本都不同程度加入了混响，对于测试结果de可信度将造成壹定de影响；还有de实验未能提供相对完整、规范de录音背景材料。如录音报告、测量报告等，无法使读者全面了解实验所用de方法、过程和仪器，使得实验de真实度存疑。
　　贰、研究成果评价
　　综上所述，笔者认为歌唱声学研究在人员构成、研究方法和研究内容等叁个方面呈现出独有de特点：
　　（壹）、研究人员构成
　　从研究者de专业构成看，主要为声学界、音乐声学界、嗓音医学界、声乐界等相关人士。如声学界de桑伯格、王士谦、包紫薇等；音乐声学界de巴塞洛缪、韩宝强等；嗓音医学界de冯葆富、韩丽艳、黄强等；声乐界de林俊卿、王宝璋、李万进等。究其原因，因为歌唱声学shi壹门交叉学科，涉及音乐声学、物理学、嗓音医学、解剖学等，所以在研究人员de专业构成上，并不局限于声乐界de人士，还有声学、音乐声学、嗓音医学等方面de专家学者参与，研究人员构成呈现多学科de特点。
　　（贰）、研究方法
　　歌唱声学作为音乐声学de壹个分支，在研究方法上，研究者们大多采用音乐声学de频谱分析方法，对采集到de声源样本进行共振峰形态方面de分析与测量，得到声音形态de波形样本和相关数据，并在比较分析de基础上，研究不同唱法de形态和发声规律。随着计算机de普及和计算机技术de不断提高，还开发出相关软件，迅速而准确de对声源样本进行分析。如韩宝强、项阳、林秀娣等de《中西歌唱发声体系声音形态de比较研究》，就shi通过《通用音乐分析系统》对中西歌唱发声体系及其声音形态、演唱方法、审美观念、表现手法等方面进行比较研究，收到较好研究de效果。
　　（叁）、研究内容
　　在研究内容上，国外学者如巴塞洛缪和桑伯格等都shi利用歌手共振峰对美声唱法进行研究；我国de研究者则利用其对我国民族唱法、戏曲唱法进行比较研究，试图找出美声唱法、民族唱法和戏曲唱法在歌手共振峰形态上de异同，观察音色听感和声学参量之间de对应关系，来说明民族唱法、戏曲唱法和美声唱法在演唱方法上de异同。如包紫薇、韩宝强等研究均发现在民族唱法和戏曲唱法de声源样本中，存在歌手共振峰，由于叁种唱法在发声方法、共鸣位置、吐字咬字上存在de不同，歌手共振峰de形态也各异，在峰宽、峰高以及共振峰出现de频域位置上存在明显不同。
　　综上所述，我国从音乐声学角度研究对民族唱法音色研究取得了壹定de成绩，但shi由于歌唱声学自身de特点，边缘性和交叉性强，研究中还存在薄弱环节。如从研究人员de专业构成看，基本上shi由声学、音乐声学和嗓音医学界de人士参与，声乐界参加de人员并不多。这使得歌唱声学摆脱不了声学专家不熟悉声乐，声乐歌唱者不熟悉声学原理de尴尬局面。许多声乐演唱者、教师de观念还停留在＂技术至上＂de层面，醉心于声乐技巧de获得，对于技巧后面de发声声学原理，还处于壹种茫然状态。
　　近年来虽有壹些声乐工作者开始涉足歌唱声学研究领域，但由于没有系统学习过声学、音乐声学等相关原理，普遍缺乏声学常识。所以，有学者指出：＂虽然‘歌手共振峰’shi歌唱声学研究de壹个重点问题，但到目前为止，它对中国声乐界de教学和表演并没有产生太多de影响。其主要原因shi因为作为歌唱生理发声装置de嗓音系统，在自然状态下并不能产生歌手共振峰，而shi需要壹定发声方法de支持。而对嗓音不同de审美追求决定人们不可能采用相同de歌唱方法来演唱，其中存在着民族欣赏习惯de问题。此外，研究歌唱声学需要声乐界和音乐声学界de密切合作，我国目前艺术科研领域尚缺乏这方面de经验和环境。＂
　　总结前人在声乐音色方面de研究成果和经验，更觉探索歌唱艺术奥妙de道路任重而道远，然而有壹点已经明了，那就shi必须加强声乐学科与音乐声学、生理声学、嗓音医学、语音学等相关学科de联系与合作，方能真正推进我国声乐界教学与演唱水平。