共振峰
共振峰（formant）是用来描述声学共振现象的一种概念，[1]在语音科学及语音学中，描述的是人类声道中的共振情形。常用的量测方法是由频谱分析或声谱图（spectrogram，见图）中，寻找频谱中的峰值。但假如说话者，用比较高的基频发出元音，例如小孩或女性的声音，则频谱上看起来比较像是宽带状，比较无法看出明显的峰值。在声学中，共振峰是用来描述声源内部的共振，特别是对乐器而言，指的是共鸣箱内的共振。我们也可以讨论室内空气的共振峰频率，例如 Alvin Lucier 就在他的作品 I Am Sitting in a Room 中使用了这个概念。
共振峰及语音学
人类说话或唱歌产生的声音包含许多不同的频率，共振峰是这些频率中较有意义的部分。定义上，人类若想分辨几个不同的元音，我们所需要的资讯是完全可以被量化的。共振峰是使听者能够区分元音的关键泛音。大部分的这些共振峰是由管内或腔体的共振产生，但是有些哨音是由文丘里效应中的低压区域周期性回缩产生。频率最低的共振峰频率称为 f1，第二低的是 f2，而第三低的是 f3（基频一般以 f0 标示）。绝大多部分的情形是，前两个共振峰，f1 和 f2 就足以划分不同元音。这两个共振峰可以描述元音的开/闭、前/后两个维度（过去传统上把这和舌头的位置联结在一起，不过这并不完全精确）。因此开元音如 [a] 有比较高的第一共振峰频率f1，而闭元音如 [i u] 的则比较低；前元音如 [i] 的第二共振峰频率 f2 较高，后元音如 [u] 的则比较低。[2][3]元音几乎都有四个以上的共振峰，有时还会超过六个。然而，前两个共振峰还是最关键的。通常我们会用第一共振峰对第二共振峰的 关系图描述不同元音的性质。[4] 但这不足以描述某些元音的性质，例如圆唇与否。[5]圆唇会降低 f3，该效果对高前元音最明显。
鼻音通常在 2500 Hz 附近会有额外的共振峰，第二共振峰较弱甚至消失。流音[l] 则通常在 1500 Hz 附近有额外的共振峰，其第二共振峰以上的共振峰都比较弱。而英语的"r"音（[ɹ]）则是用非常低的第三共振峰分辨（低于 2000 Hz）。
塞音（在某种程度上，其他辅音如擦音也是）会对相邻元音与之相连部分的的共振峰产生影响，元音受影响的部分称为音征。塞音一发即逝，所以音征对于识别塞音来说十分关键。双唇音例如 [b p] 使这部分共振峰向 700Hz 靠近，主要体现为降低共振峰；软腭音如 [g k] 使共振峰向 3000Hz 靠近，主要体现为提高共振峰（发音之前f2 和 f3 几乎都会互相接近，在软腭音结束后才再分开，这种现象也被称为“软腭夹”）；齿龈音如 [d t] 使共振峰向 1800 Hz 靠近，因此所造成的共振峰变化部分视元音种类而定。各共振峰所指向的共同轨迹，比如上述的 700 Hz、1800 Hz、3000 Hz，称为“音轨”[6]。需要注意的是，辅音反过来很大程度上也受临近元音影响，元音造成的辅音圆唇以及发音部位的前移，会改变辅音的形态进而改变其音轨，如 [tʷ kʲ] 的音轨就不同于 [t k]。上述元音共振峰频率的变化称为“共振峰转变”（formant transition）。
假如声波的基频比系统的共振波基频还高，则共振峰频率所展现出的大部分特质会流失。最明显的例子是歌剧中的女高音，她们的音高到很高，以至于元音很难分辨。
控制共振峰是泛音唱法这种歌唱技巧的重要环节，歌手必须唱出一个基频很低的音，然后产生尖锐的共振并选择泛音，让人感觉同时有两种不同的音调。
声谱图可以用来观察共振峰。
| 元音 (IPA) | 共振峰 f1 | 共振峰 f2 |
|---|---|---|
| i | 240 Hz | 2400 Hz |
| y | 235 Hz | 2100 Hz |
| e | 390 Hz | 2300 Hz |
| ø | 370 Hz | 1900 Hz |
| ɛ | 610 Hz | 1900 Hz |
| œ | 585 Hz | 1710 Hz |
| a | 850 Hz | 1610 Hz |
| æ | 820 Hz | 1530 Hz |
| ɑ | 750 Hz | 940 Hz |
| ɒ | 700 Hz | 760 Hz |
| ʌ | 600 Hz | 1170 Hz |
| ɔ | 500 Hz | 700 Hz |
| ɤ | 460 Hz | 1310 Hz |
| o | 360 Hz | 640 Hz |
| ɯ | 300 Hz | 1390 Hz |
| u | 250 Hz | 595 Hz |
歌手的共振峰
研究歌手的频谱时，特别是男歌手的，发现在 3000 Hz 附近有清楚的共振峰（在 2800 到 3400 Hz 之间），而在平常说话或是没受过训练的歌手的频谱中则没有。这个现象就是使歌手从交响乐团中能突显出来的原因。因为交响乐团的共振峰大约在500Hz附近，比 3000 Hz 要低得多。歌唱训练会特别发展这个共振峰，例如透过“voce di strega”（女巫的声音）这个练习[8]，使声道的一部分成为共振器（resonator）。[9][10]
参考资讯
- ^ Titze, I.R. (1994). Principles of Voice Production, Prentice Hall, ISBN 978-0137178933.
- ^ Ladefoged, Peter (2006) A Course in Phonetics (Fifth Edition), Boston, MA: Thomson Wadsworth, p. 188. ISBN 1-4130-2079-8
- ^ Ladefoged, Peter (2001) Vowels and Consonants: An Introduction to the Sounds of Language, Maldern, MA: Blackwell, p. 40. ISBN 0-631-21412-7
- ^ Deterding, David (1997) 'The Formants of Monophthong Vowels in Standard Southern British English Pronunciation', Journal of the International Phonetic Association, 27, pp. 47-55.
- ^ Hayward, Katrina (2000) Experimental Phonetics, Harlow, UK: Pearson, p. 149. ISBN 0-582-29137-2
- ^ 林焘/王理嘉. 语音学教程. 北京大学出版社. 2013年8月: 85–86. ISBN 9787301228289.
- ^ Catford, J.C. (1988) A Practical Introduction to Phonetics, Oxford University Press, p. 161. ISBN 978-0198242178
- ^ Frisell, Anthony. Baritone Voice. Boston: Branden Books. 2007: 84. ISBN 0-8283-2181-7.
- ^ Vocal Ring, or The Singer's Formant. The National Center for Voice and Speech. [2008-04-07]. （原始内容存档于2020-11-08）.
- ^ Sundberg, Johan. The science of the singing voice. DeKalb, Ill: Northern Illinois University Press. 1987. ISBN 0-87580-542-6.
参见
外部链接
- What are formants?[永久失效链接]
- Formants for fun and profit
- Formants and wah-wah pedals （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- What is a formant? （页面存档备份，存于互联网档案馆） 讨论“formant”的三种不同意义
- Formant tuning by soprano singers （页面存档备份，存于互联网档案馆） 源自 University of New South Wales
- The acoustics of harmonic or overtone singing （页面存档备份，存于互联网档案馆） 源自 the University of New South Wales
- Materials for measuring and plotting vowel formants （页面存档备份，存于互联网档案馆）