共振峰频谱分析对人声音色的影响及其在声乐教学中的运用

　　随着科技的不断发展，计算机技术在专业音乐教学领域的应用已经越来越普及，这些应用大都体现在音乐理论、视唱练耳、公共音乐欣赏等课程方面，与传统的音乐教学模式相比，其优势是显而易见的。然而在一些非理论的技术性课程(如声乐、钢琴、器乐等)的应用上，其效果和应用价值还有待进一步研究。本文将以共振峰频谱分析人声音色作为切入点，来阐述计算机辅助声乐教学的优越性体现。
　　在很大程度上，声乐的教与学都是一个听得见而看不着的过程。这是因为，歌唱者的发声器官除鼻腔、口腔等少部分生长在体表外，大部分生长在体内，既看不见也摸不着，而且这些体内器官的神经反应都不太敏感，因此，想要调控它们并以此获得最佳音色绝非易事。歌唱训练只能在人体高级神经系统(心理)支配下，通过直接或间接调节体内外各种发声器官的生理功能，逐步建立起良好的发声感觉。歌唱者只有在寻找到正确的发声感觉并经过一段时间科学的训练，使其形成一种生理上的条件反射后，才能稳固地获得理想的歌声。那么，如何才能使学生获得既科学而又极具个性的音色也就成为声乐教学中的重点和难点。然而，纵观声乐教育发展史，经验主义者、科学派、自然方法三种学派的声乐教学法自19世纪以来一直被沿用至今，尤其是经验主义教学模式始终在声乐教学中占据着主导地位。其教学特征主要体现在教师根据自身的演唱经验，在教学过程中要求学生通过模仿老师的声音去学习演唱，以主观推断和臆想为主要教学评价手段，“使歌手的嗓音严格服从于教师的一副训练有素的耳朵。wwW.11665.cOm”这种教学模式尽管不无效果，但并不具备一定意义上的科学性，而且，教学程序显得随意，教学用语玄妙、模糊，往往易导致的结果是：在一定程度上阻碍歌手嗓音的个性发展，从而使歌者的音色缺失。更严重的还会伤及演唱者的声带，造成歌唱者声带小本文由论文联盟http://收集整理结或声带息肉，最终失去歌唱能力。那么，到底用什么方式可以解决这一困扰声乐教学界多年的技术问题呢？笔者认为，用多媒体计算机技术所进行的共振峰频谱分析，不但可以为声乐教学与训练提供一个鉴别和分析声音的手段，而且通过相关软件所测试出的共振峰频谱图可以通过计算机存储与制作，为声乐教学和科研记录整理资料提供了很大方便。用这种方法对歌唱家、不同程度的声乐学习者、不同声部或不同风格的演唱者、对每个演唱者在不同的声区发不同语音产生的不同共振峰频谱，作细致分析比较，它的分析结果对调整歌唱状态，并获取最佳歌唱音色是十分有用的。
　　关键词的界定与阐释
　　1、共振峰
　　共振峰指的是声音的自然频谱峰值。在人声和大多数乐器的很宽的频谱分布中都存在一些固定的频率峰值（formant synthesis），这种频率峰值在声音频谱中就叫做共振峰（formants）。在语音声学中，共振峰决定着元音的音质，而在计算机音乐中，它们是决定音色和音质的重要参数。共振峰的分布位置是建立在声音产生媒介的共鸣物理结构基础上的（resonant physical structure）。无论是人声还是乐器，它们的声音特性都源自两个因素，一个是发声系统，如人的声带或乐器的振动簧片，另一个是共鸣系统。乐器不同的共鸣系统使其在一定频域中的分音的振幅得以突出，这样，这些区域就产生了这个乐器所特有的共振峰值，这些共振峰值同共鸣体的大小、形状、材料密切相关。由于一件乐器的结构是稳定的，因此在一件乐器发出的所有音调中，不论基频如何，都会表现出相同的共振峰值，只不过其显著性有强有弱罢了。这就可以帮助我们解释为什么在很多的乐器中，同一乐器所发出的不同音调具有相同的音质。拿一把小提琴的琴体为例，根据它的共鸣物理结构，体现了一套特殊的共振峰。既然所有的小提琴内置外形都是一样的，它们就有着相同的共振峰值，人听起来音色也比较一致。人声也同样受自身生理如鼻孔、咽腔、口腔大小的影响，有自身的共振峰区（formant regions）。通过利用这些共鸣空间的形状和大小不同的变化（例如改变咽喉、嘴形），我们就能改变声音的共振峰。我们之所以能够区分不同的人声、元音，主要也是依靠它们的共振峰分布的位置。而在计算机的数字合成环境下，共振峰主要是通过音频数字来计算的，共振峰区尽管不直接与基本频率的音高有关联，但或多或少有间接的影响。
　　2、歌手共振峰
　　在聆听歌剧的时侯，许多人会感到惊奇，在庞大的交响乐队管弦齐鸣的巨大音响中，歌剧演员的嗓音居然能超越乐队，传送到歌剧院的听众之中。一个人的嗓音怎么会有如此的力量？为了理解歌剧演员的声音能超越交响乐队的原因，我们来分析一下比约林歌唱声、管弦乐队声与正常说话的声频谱比较图。
　　（图1：比约林歌唱声、管弦乐队声与正常说话的声频谱比较图）
　　从上图我们可以看到，交响乐队的声音能量主要集中在500hz周围这个区域。这是因为交响乐队所用的乐器，在这个区域，都有很强的共振峰。超过这一区域，交响乐队声音的输出能量，随着频率的升高，急剧下降。这种能量分布状况，在图中看得很清楚。我们再来看人说话时语言声音能量分布曲线(未经专业训练的人歌唱也同样)。它的声音能量分布几乎与交响乐队的完全一样。这就是说，此时人的声音(说话或歌唱)如果不用外加的扩音设备，是无法穿越交响乐队而