第三章 歌唱發聲原理
第二節 歌唱發聲的原理
34張錦華，前引書，頁7-10。
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歌唱是一種有意識且經過控制的學習行為，歌唱時的發聲乃是經過意志力控 制的。人們在吸入空氣時，肺部會充滿空氣，橫膈膜會下降；在呼出空氣時，橫 膈膜則會上升，並擠壓肺部空氣，讓其形成一股氣柱往上衝。此時，聲帶有如震 盪器，產生聲源；口腔則有如共鳴器。歌唱即是透過有意識地運用氣柱，以及變 換聲帶的運動，而產生不同的音高、強度與音色，從而將話語變成初步的音樂聲 響。說話則是在所形成的氣柱中，經由聲帶運動，再透過口腔中不同的舌頭位置，
產生多樣的元音發聲。從生理上來看，唱歌與說話的發聲器官所具有的生理機能 雖然相同，但兩者之間使聲帶振動時氣息所運用的方式不盡相同。若要唱得聲音 較大、較高、較長時，需要的氣息即較多，並要對氣息的吐出，採取有效的控制。
另一區別則在於歌唱時對於喉頭的活動和反應的控制，唱得較高時喉頭需往上 移。
以上可知，人的聲音是由發聲器官發出的生理現象。而科學的兩個分支——
生理學和音響學，支配著人的聲音。生理學，管理著人體的功能，也控制著發聲 的機能；音響學，講的是聲音的規則和特性，對發聲器官產生的聲音進行研究。
作為聲樂藝術的基本元素——嗓音，則是比音更高級、更複雜的。35本節分為「音 響學上的聲音原理」、「生理上的發聲原理」等兩方面，就歌唱的發聲原理敘述如 下：
一、音響學上的聲音原理
當我們在說話或歌唱時，如果將手輕觸喉部，我們會感受到喉部有著輕微的 振動，而這振動就是聲源。但有關聲源的研究，直到德國海德堡大學的生理學與 物理學教授海爾姆霍茨（Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz ,1821-1894）
在一八六三年發表了著名的《論作為音樂理論生理基礎的音的感覺》（Die Lehre
von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik）
35P.Marafeotti 原著、郎毓秀譯，前引書，頁 39。
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之論述後，才奠定了聲學物理學的基礎。
海爾姆霍茨認為：樂音有三個主要的物理特徵，即音高、音量與音色。音高 是由聲波的頻率所決定，音量是由聲波的振幅所決定，音色則由組成該音所含的 泛音們所決定。他也證實了音量強度與距離的平方成反比，並且測量出人耳所能 聽到的最低頻率為每秒鐘15-16 次，而最高頻率則是每秒鐘 20,000 次。海爾姆 霍茨表示任何樂器都有三個主要組成的部分：動源體（如絃樂器的弓、歌唱時的 氣息）、振動體（絃、聲帶）以及共鳴體（琴身音箱、人體的腔體）。他研究了共 鳴的現象，指出共鳴體與振動體以相同頻率振動的現象，稱為諧和振動或共振
（Sympathetic Vibration）。共振後如果將振動體移除，共鳴體仍然能夠依照其本 身有原的頻率繼續振動；另一種是被迫振動（Forced vibration），共鳴體與振動 體的頻率不同，但是被強迫振動。因此，一旦將振動體移除，則共鳴體將不再振 動。對於人體的發聲現象，海爾姆霍茨也做了研究，他認為是聲帶振動產生了聲 音，同時他也注意到了優秀的歌唱家們所唱出具有高泛音的歌聲，有著致遠性和 有如銀鈴一般響亮的美妙音色。因此，若從物理角度來看聲音，可分為以下幾項 說明：
（一）聲波：
聲波（sound wave）是指物體在氣流的作用下產生振動，使周圍的空氣疏密 程度產生改變，形成疏密相間的縱波，這就是聲波。聲源振動發出的能量，透過 聲波傳入人耳，使耳膜振動，也就產生了聲音。空氣是能傳遞聲波的介質，而固 體和液體同樣也是能傳遞聲波的介質。如果物體周圍沒有任何能傳遞聲波的介質，
人耳就聽不到聲音。一般而言，人類的聽覺系統能感受到的波動是介於20-20000 赫茲的頻率範圍，在此範圍內稱為「聲波」。頻率低於人耳接受範圍的稱為「次 聲波」（infrasound），高於人耳接受範圍的則稱為「超聲波」（ultrasound）。
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（二）振幅、週期和頻率：
振幅（amplitude），是指物體在一定範圍內運動，而當物體離開平衡位置的 距離就是振幅，它表示振動強弱的物理量。週期（period），是指物體振動時完 成一次完整的振動所需要的一定時間，就稱為「振動週期」。頻率（frequency）
是指在單位時間內，物體完成完整振動的次數就稱為「頻率」。週期和頻率都是 表示振動快慢的物理量。在國際單位制定中，週期的單位為「秒」，頻率的單位 為「赫茲」（Hertz）。
（三）音高：
音高指的是音的高低，音調的高低決定了聲源振動的頻率，頻率高則音調高。
反之，頻率低則音調低。在正常情況下，人耳能收聽到的樂音振動的頻率範圍大 約在27-4100 赫茲之間。
（四）聲音的強度和響度：
一般而言，聲帶振動能發出聲音。聲音有強有弱，這種強弱的差別，是由聲 波在一定時間內通過一定的面積傳播的振動能量多少來決定。
（五）樂音與噪音：
一般而言，人耳能聽到的音樂聲分為兩種，一種是樂音（tone），另一種是 噪音（noise）。在物理聲學上，樂音是指由週期性的振動所引起，在聽覺上有明 確音高的聲音；噪音則是由非週期性的振動所引起，在聽覺上沒有音高的聲音。
（六）基音與泛音：
我們知道當物體因為振動而發出的能量會產生許多聲波，而這些聲波介於 20-20000Hz 就是人耳能聽到的聲音。但一般而言，樂器或是人聲……等自然發
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出的聲音，往往都不會只有一種頻率，而是可以分析成多種不同頻率的聲波所疊 加而成的音。而這些聲波當中頻率最低的就是「基音」（fundamental tone），也因 此決定了音高，而在此聲響中，其他頻率比基音高的那些波形所產生的音就是「泛 音」（overtone）。
（七）純音與複合音：
聲音可以根據其身所包含的所有頻率分為「純音」（pure tone）與「複合音」
（compound tone）兩種。純音是指所發出的振動只有基音此一頻率，如音叉或 電子合成器所發出的只有基音振動的音就是純音；複合音則是基音與泛音所共同 組成的音，如器樂聲、人聲……等。36
二、生理上的發聲原理
前節所述從口到肺形成之長管子而組成的發聲器官，具有產生呼吸和把氣息 從肺運送到聲帶的使命，並使它們產生振動，發出聲音。聲音則從聲帶送到口部，
並在口裡轉化成嗓音，再到達共鳴器官，繼而從共鳴器官得到豐滿的共鳴。
為什麼聲帶會振動呢？目前世界上有兩種說法：一種是「空氣動力學說」（又 稱「肌肉張力學說」），認為聲帶的振動是被動的。當吸氣時，聲帶會將聲門打開。
呼氣時，聲門會關閉，氣流衝擊使聲帶振動，因此而產生聲音。另一種學說是法 國著名發聲生理學家于松（Raoul Husson,1901-1967）所提出的「神經時值學說」，
是他於一九五○年在巴黎的一本醫學雜誌上發表了一篇名為《對歌唱聲音的生理 與聲響效果的基本現象的研究》37的論文中提出的。于松認為聲帶的振動與氣息 無關，歌唱家在歌唱時是先想著一個音符的高度，而聲帶上的連環神經（nerf
36本部分主要參考：王耀華、喬建中，《音樂學概論》（北京：高等教育出版社，2005），頁 362-379。
37Etude des Phenomenes Physiologiques et Acoustiques fondamentaux de la Voix Chantee,These Revue Scientif, 88, Paris, 1950。
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recurrent）接收到腦神經的指令，開始產生振動，因而產生聲響。這些聲響跟著 使經過聲帶的氣息振動，將原始的聲響音量擴大。因此，聲音並不是因為氣息而 發聲，而是因為連環神經的振動所產生，所以又稱為「肌陣學說」。于松還認為 聲帶的振動是自動的，是由喉返神經所控制，這一學說在全世界的喉科界造成轟 動。于松亦認為：「聲門的閉合是依靠喉返神經而實現的，而聲帶的閉合拉緊，
則依靠喉上神經來實現，喉返神經的衝動頻率，決定喉頭發聲的頻率。」38這兩 種學說到目前為止仍然並存，還有人認為兩種學說應該結合起來，才最能闡釋聲 音的產生原理。
發聲時，人的肺部就是發射體，當空氣充滿肺部，經由支氣管、氣管，再到 喉部。由肺和氣管呼出的氣流給聲帶以衝擊而引起振動，並構成了人聲。此時如 果發出一個元音，即構成樂音。聲帶是人類的主要發音體。39因此，肺乃是人類 發聲器官的第一個部分。它是裝在一個籠（胸）內，由兩個海綿組織的風箱構成，
由橫膈膜的凸面托住，它包含無數裝滿氣（即指吸入的空氣）的小氣泡，這些小 氣泡連結在叫做「支氣管」的許多小管子上，將氣帶進肺內。從肺部到出口處，
支氣管就減少到兩個——大支氣管，最後通向一個氣管。在氣管的頂上就是喉嚨，
裡面包圍著聲帶。
喉腔是發聲器官的第二個部分，代表著發聲器官的第二個小籠子，環繞著軟 骨和肌肉，其全部軟骨由韌帶和肌肉連接著，它們移動著喉嚨以配合聲帶，去調 節要發出的聲音。聲帶是兩條具有伸縮性的帶子，是發聲的振動器，在喉嚨裡由 軟骨和肌肉保持著張力，能在由肺推動的氣流通過時，讓氣道內的空氣經聲帶的 振動，形成一種疏密波，之後再經過咽、口腔、鼻腔及鼻竇等共鳴器的作用，而 產生音聲(voice)。在喉嚨上部的會厭軟骨，對聲門起著保護蓋的作用，在吞嚥時 關住喉嚨口，使呼吸器官不致受到任何危害。且在唱歌的時候，保持「豎」的位
38張錦華，前引書，頁11。
39酆子玲編著，《歌唱語音訓練》（北京：人民音樂出版社，1996），頁 25。
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置，讓喉嚨大打開，以助聲音自由通過，而從聲帶進入口和共鳴器官。40人體內 有天然的共鳴器官，可以直接對人類的聲音起著共鳴作用，它們即是聲帶上方的 喉腔、咽腔、口腔和鼻腔。剛從聲帶振動發出的基音是微弱、單薄的，既不能傳 遠，也不能變化音色和音質，更不會有聲音的穿透作用。人們所聽到那些具有較
置，讓喉嚨大打開，以助聲音自由通過，而從聲帶進入口和共鳴器官。40人體內 有天然的共鳴器官，可以直接對人類的聲音起著共鳴作用，它們即是聲帶上方的 喉腔、咽腔、口腔和鼻腔。剛從聲帶振動發出的基音是微弱、單薄的，既不能傳 遠，也不能變化音色和音質，更不會有聲音的穿透作用。人們所聽到那些具有較