我们曾经介绍了嗓音产生的系统和器官，包括指挥协调的神经系统，提供动力的呼吸系统，通过振动发出喉基音的器官声带以及形成音调、音强、音色和音素的共鸣器官。共鸣器官具有声音美化的作用，职业用嗓者如歌唱家、演员、声乐老师和学生对共鸣十分关注，因此我们这一期再展开介绍一下共鸣的原理，共鸣系统的调节，嗓音的共振峰等问题。

　　一、共鸣的原理

　　所谓的共鸣其实是声学的“共振”现象。共振是指物理系统在特定频率下，以更大的振幅做振动，在其他频率下振幅较小的现象；这些特定频率称之为共振频率。音叉就是利用了共振的原理，将音叉制成不同长度、质量的系列，使其在特定频率振动。两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。在生活中共振的例子比如齐步走的一队士兵在过桥的时候要改为便步走，以免整齐的步伐引起桥梁的共振导致桥的损害甚至垮塌。物体的固有频率也称为自然频率，是指物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化。固有频率与系统的固有特性有关（如质量、劲度和阻尼），与发动振动的外力无关，可以通过改变质量、劲度和阻尼这三个因素来提高或者降低固有频率。人体的声道就是一个共振系统。声道指言语产生过程中空气流通的通道。一种定义认为从肺、气管、喉、咽、口腔到鼻腔都叫做声道，也有学者认为声道只限于声门以上的部分。人体的声道比固定不变的物体复杂得多。如粘膜的质量、弹性、支撑声道的肌肉、软骨劲度随时都会发生轻微的变化。在病理情况下，如炎症导致的声道粘膜水肿，质量增加，或支撑声道的软骨硬度发生改变，都会导致声道共振频率的变化。声道内部结构的变化，如形状、张力等，对同一基音的共鸣作用千变万化，使得人可以发出复杂的语音。一般来说一个物理系统有多个共振频率。声道也有多个共振频率，对言语声进行语音分析时，可以得到多个共振峰。人发声时，声门关闭，鼻腔和口腔与外界相通，可以认为是一个闭管共鸣器。根据物理学原理，闭管共鸣器的长度对共振频率有重要影响。因而，影响人声共鸣的因素中，声道的长度是一个重要因素，声道长，共振频率偏低；声道短，共振频率偏高。

　　一个系统在振动过程中，受到阻力的作用，振动能量逐渐转化为其他能量，振动逐渐消失，这种振动称为阻尼振动。阻尼使得振动的幅度随着时间逐渐缩小，振动频率也会偏离系统的共振频率。阻尼是普遍存在的，也是不可避免的。阻尼振动的产生有以下四个因素：摩擦、吸收、辐射和重力。发声活动中，气道内分子之间的摩擦和气体分子对声道壁组织的摩擦，都可以导致振动能量的损失。吸收是振动能量由一个振动系统向其他结构转移造成的。声道中，气流分子对声道壁的碰撞使得声道内的能量部分被声道壁吸收。辐射是指共鸣腔中存有气体时，振动能量向周围播散。如发声时，声音的振动通过人体声道向外播散。重力在人共鸣系统中的影响较小。由于阻尼的存在，声源的能量随着时间逐渐衰减，频率也随着时间发生变化。

　　声道共鸣对喉基音的改造，可以这样理解，把声道想象成拉直的喇叭形状，这个“喇叭”有一个临界频率，如果喉基音高于临界频率，就不受“喇叭”的影响直接传播出去，如果低于临界频率，有一部分被增加，一部分被减弱。另外就是滤过作用，受声道质量和结构的影响，可能吸收高频通过低频，也可能吸收低频通过高频。由于声道具有可调节性，因而通过对声道管腔的调节形成对多种频率声音的多重滤过作用。

　　二、共振峰

　　前面我们提到共振频率，在声道中的共振频率称为共振峰频率，共振峰周围的频率成分因为阻尼的存在逐渐衰减。共振峰的形态对嗓音来说非常重要，因为共振峰决定了音色。在声音通过声道时一般有四、五个共振峰，前三个共振峰决定了发出的是哪个元音，第四、五共振峰决定了音色。这些共振峰用F1、F2、F3、F4、F5 表示。下图显示的是共振峰的频率和宽度。

　　影响共振峰频率的最主要因素是声道的形态，如舌的位置高低、前伸或后缩，唇形是扁是圆。研究显示舌位高低主要影响第一共振峰，舌位越高共振频率越低，舌位越低共振频率越高。舌的前后位置影响第二共振峰，舌前伸共振频率高，舌后缩共振频率低。唇形也影响第二共振峰，唇形圆共振峰高，唇形扁共振峰低。举例来说，发元音【i】时，舌位高、舌前伸，唇形扁属于高位前元音，第一共振峰位于上图中第一共振峰范围内的较低点，第二共振峰位于频率范围的较高点。发元音【u】时，舌位高，舌后缩，唇形扁属于高位后元音，第一共振峰和第二共振峰位于频率范围的较低点。发元音【a】时，舌位低，舌中间隆起，唇形不圆不扁，属于低位中元音，第一共振峰和第二共振峰位于频率范围的中间。

　　除了舌和唇的位置外，共振峰还受年龄和性别影响。一般来说，女性共振峰频率高于男性，儿童高于成人。此外，经过训练的歌手和普通人共振峰也有差异。这就是在音乐厅歌手的声音能够传播很远的原因。在歌手当中，还有一个现象，男歌手在演唱古典风格乐曲时，所有的元音在3kHz附近都有一个共振峰，叫做“歌手共振峰”。每个歌手在这个范围附近的共振峰频率决定了歌手的嗓音类型。男低音歌手频率在2.6kHz，男中音歌手频率在2.8kHz，男高音歌手频率在3.8kHz。这种差异导致不同嗓音类型之间音质有很大的差异。女歌手在3kHz附近通常有两个共振峰。当歌手和乐队合作演唱时，浩大的乐队的演奏并不能掩盖歌手的歌声，而是珠联璧合，对歌声有衬托作用。因为交响乐的共振峰在500Hz，在此频率以上的谐音响度并不高，而歌手共振峰频率明显高于500Hz，不会被音乐埋没。但是在交响乐中说话就不行，因为言语共振峰与交响乐接近，会被乐声掩盖。

　　对共振峰的研究多集中于元音，因为元音可以视为闭管共鸣，发辅音时，气流与唇、齿、舌等发生摩擦，因而辅音共鸣腔的研究较元音复杂得多。