一些流行音乐演唱的科学知识

    一些流行音乐演唱的科学知识

    纠结考虑了很久，还是觉得有些东西不了解的话，一些合理的事情反而会觉得不合理。但如果要在正文中写明白透彻，那貌似说教或者说私货未免太多了一些。

    所以，就在这里吧……先声明一下，以下内容不全是个人原创，而是多年听音乐的思考、学习以及和朋友网友交流的结果（毕竟，学而思而学，才是王道）。

    （注意，这里的流行音乐的概念，不是商品音乐。它的定义是：被人民群众传听传唱的有人声部分的音乐形式，原则上不超过10分钟。）

    音乐属于声音，而声音是一种波——中学的数学和物理教材上都有提过，如果少年时读书认真的朋友，可能会仍有印象吧？

    无论是人声还是乐器声，既然都属于波，那么就可以通过数学公式进行分析。在物理研究中，声音由振动产生，所以任何一种声音都可以解析分离成多种简单的正弦波的叠加。

    一段稳定不变的声音，可以分成音高和音色两个属性。

    音高由声音的基础振动频率决定，而音色由泛音构成情况决定。

    所谓基础振动频率就是声音整体的振动频率；而在这个基频的基础上作倍数增加，就会解析得到一个个泛音，这些泛音的整体，就是泛音构成情况。

    例如，1939年在伦敦召开的国际会议上，最终确定a1=440赫兹（HZ）为国际第一标准音。一段稳定的a1音，它的基频就是440HZ，这就是它的音高本质。而实际上，绝大多数人声和乐器声的a1音，都不是最简单的440HZ的正弦波。（我国中学物理教材关于波的章节上，就有过某种乐器的声波图，那显然看起来比较复杂）。在数学的解析下，可以分离成440HZ，880HZ，1320HZ，1760HZ……每一个基频倍数上分别一个简单正弦波，直到解析完毕，或者频率超出人耳极限，或者该频率上的音量对人耳来说可以忽略不计。

    于是，对于a1音，我们可以把880HZ上的函数情况，定义为第一泛音，1320HZ的函数定义为第二泛音，以此类推。而所有第N泛音的集合，就是泛音。在相同的音高，不同乐器听起来不一样，本质的原因就是泛音的构成不同——这，就是音色。

    为什么会存在泛音呢？很简单——无论是你拉一下琴，还是吹一下笛，或者哼一声歌，最初的声音在基频之上是什么频率都有的，但只有频率为基频倍数的部分，才会在物体中形成驻波，其他的，将很快消散掉。从能量的角度来说，声波是一种能量，而泛音就是一种高效的储能方式。

    所以，一个形态固定的物体，它的音色是确定的。很多乐器，如小提琴、二胡、笛子等等，其音色一听就能分辨，就是这个原理。（不过，响锣这样的少数乐器除外，它类似于全频）而人声虽然构成更加复杂，但原理也是一样的。

    另一方面，正因为声音也是一种能量，所以声音的传播存在一个现象——共振，也就是共鸣。为什么乐器的声音能够传很远，而更多的声音却往往不能？（例如你用拳头砸墙壁，一声闷响，很快就消散了）原因就是，乐器都有一个共鸣箱。小提琴的琴身，二胡的琴筒，笛子的管子……虽然有大有小，形状各异，本质上都是共鸣箱。

    而人唱歌也是如此。气息从声带冲出来，到离开嘴巴（或者少数情况下的鼻子），之间的“路程”，就是一个共鸣箱——不过，因为人不是物件，这里不叫共鸣箱，而是共鸣腔。共鸣腔包括——喉腔、鼻腔、口腔。

    箱和腔，一字之差，意味着，箱是固定不变的，腔却是灵活可变的——人声可以发出比一门乐器丰富得多的声音来，甚至，如果人为制造不止一个共鸣腔，人可以同时发出不止一个声音（呼麦就是实例，但这里暂时不讨论，只讨论一个共鸣腔的情况）。古人总结说，竹不如丝，丝不如肉，就是因为管乐器的共鸣箱往往不如弦乐器复杂，而这两者又通通不如人体。

    所以，在数学意义上，歌手的演唱情况，有很大一部分，可以通过研究其基频、泛音构成来分析、总结。

    而歌手的声乐技术的练习，大约分为三部分：

    第一，锻炼肺活量、气息使用效率——没有气、气不够、浪费气，你在该出声时连声音都发不出，还谈什么唱歌？

    第二，锻炼声带，让声带能够稳定发出自己想要的音高——音高如果不准确、不稳定，就别指望形成优美的旋律了。

    第三，锻炼共鸣腔，能够随心所欲地准确调整共鸣腔的情况，发出自己希望的音色——这一部分是最复杂的。多数声乐技术的分门别类，区别就在于此。

    那么，什么是好的音色呢？本质来说，能够表诠释歌曲内涵的音色，就是好音色。

    但是，在这个艺术层面之前，还有一个物理层面问题——越来越多的流行音乐，除了人声部分，还有多多少少的伴奏的。不少唱功不佳的歌手，唱出来的声音，往往被乐器声给覆盖了，让人不能明显听清他的声音，这是为什么呢？（当然，那种为了遮掩演唱缺点而故意掩盖歌声的另说）

    两个频率相同的声音，振幅（即音量）大的会掩盖振幅小的——这是很显然的物理现象。其实，不仅相同的，只要是频率相近的，都会如此，频率越接近，这种掩盖现象就越明显。

    那么，在伴奏音量确定的情况下，怎么才能保证人声不被掩盖呢？

    方法有两个。第一，提高自己的音量——所谓一力降十会，但这么做是以气息和声带为后盾的，人体不是机器，不可能无止尽的提高音量。

    而第二，则是通过锻炼，让自己在3000HZ附近的泛音丰富有力。

    为什么是3000HZ？原因也有两个。

    第一，和听众有关——人的耳朵对声音的敏感区在2000－4000HZ之间，以3000HZ左右为最。（分贝的概念和温度有些相似，0不是下限，0分贝的定义是普通人耳朵刚好能察觉的音量。但实际上，对不同频率的声音，人耳灵敏度是不一样的，3000HZ左右的声音，只需要－7分贝就能被人耳察觉了）为什么会这样？很简单——人耳的构造是相同的。它本身就是一个不易形变的共鸣腔，恰好对3000HZ的声音的强化最大。

    第二，和歌手有关——从能量的角度来说，一般管弦乐器的声音能量分布，是从0HZ开始越来越高，在500HZ左右达到一个峰值（这个峰值称为低频共振峰），然后迅速逐渐降低。而人一般说话的声音也差不多，在多数频率段上往往比乐器还低一点，很容易被掩盖。但是，人在演唱时却不一样。演唱的声音能量，在0－500HZ段远低于乐器和说话，但在500HZ以上，并非单调的逐渐下降，反而在3000HZ左右会回升出一个峰值（这个峰值称为高频共振峰，是演唱时独有的）。虽然高频共振峰的实际能量比低频共振峰小，但和同频乐器的能量相比，差距却很大。

    也就是说，歌手在自己的高频共振峰上的泛音越丰富有力，听在人耳里的效果越明显，即使在基频的音量不如伴奏，也不会被掩盖（所以，唱歌和歌唱，在某种意义上是有极大区别的）。而不同的人，高频共振峰不一样，一般男歌手在2500－2800HZ，女歌手在3000－3200HZ。

    高频共鸣峰很重要，能够良好利用这个物理现象的歌手，能够将自己有限的音量传很远，这在还没有扩音器的时代，是必修课（虽然那时的人还没有共鸣峰的概念）。无论是东方的露天戏班子... -->>
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