《歌唱的解》——声音背后的科学与艺术系列连载④

共振的调谐：从声道形变到音色聚焦的科学路径

马金龙

（中国科学院，长沙市老干部大学艺术团）

“共鸣”，是每一位声乐学习者耳熟能详的词。

然而，共鸣究竟是共谁之鸣？其调控机制与声道结构有何对应关系？

如果说“孤波在喉”是非线性的爆发能量，那么共振的调谐就是这股能量“穿上结构”的过程——

是歌声从物理现象迈向音色审美的系统性通道。

一、“共鸣”迷思：传统认知的模糊与困境

在声乐教学中，“打开喉咙”“找到面罩共鸣”“打通鼻腔”“靠后靠上”等表达层出不穷。

然而，这些术语：

• 多为经验性描述，因人而异、难以验证；

• 缺乏物理–声学层级的系统建模；

• 无法清晰回答：共鸣发生在哪？如何调控？与音色有何数学关联？

这也导致大量学习者“知道该做什么”，却“不知道为什么这样做”。

二、什么是共振？为什么是音色的“骨架”？

从声学角度看，共振（resonance）指的是声道结构对特定频率的增强现象。

人声系统中，主要共振腔体包括：

• 咽腔

• 口腔

• 鼻腔

• （部分情况下）前额与头骨空腔（共振耦合）

这些腔体组成的“声道结构”可视为一个复杂的声学滤波器，它通过调整形状、长度、开口面积等参数，对原始声源信号（声门振动）进行频率选择性调谐。

调谐的结果，就是在频谱上形成几个高能“共振峰”（formants）：

三、声道调谐：从“管状模型”到“动态构型”

1. “声道等效管”模型：

将声道近似为开口–闭口管结构（类似于管风琴），其共振频率由以下因素决定：

其中：

• f_n：第n阶共振峰

• c：声速（大约340 m/s）

• L：有效声道长度

该模型解释了：声道越长，整体共振频率越低；口腔开度越大，F₁越高。

2. 人体声道系统是一个天然的有机带通滤波器

图4-1 人体声道系统与空气系统带通滤波器同构

人体声道系统与空气系统带通滤波器具有同构的特点（图4-1）：

（1）几何结构上的类比：空气系统示意图中的“容积腔 + 颈管 + 直通导管”结构，与人体声道系统中的“鼻腔/口腔 + 咽喉 + 气道”在功能拓扑上高度一致。

（2）声学功能上的类比：两者都形成了带通滤波器：

低频以下：声波因容腔的惯性作用被阻隔（高通起点）。

高频以上：声波因颈部与腔体的质量-弹性作用被衰减（低通截止）。

中间一段频率：被腔体增强并透过（带通区）。

3.动态声道形变建模：

现代声学仿真（如Story–Titze模型）和进一步说明：

• 舌位、软腭、喉位的微调能大幅影响F₂与F₃；

• 咽穹和鼻穹的耦合可构成“准带通滤波器”，对F₃–F₄产生显著调谐作用；

• “面罩共鸣”实质上是一种F₃–F₄调谐聚焦的体感现象。

四、“音色聚焦”：共振锁定机制与歌唱优化

1.“共振锁定”现象

当声源频率（F₀或其谐波）与某个共振峰频率（F₁或F₂）重合或接近时，会发生“锁定”现象：

• 频谱能量聚焦；

• 音色凝聚、强化穿透感；

• 歌者主观感受“发声变轻松”“声线变集中”。

这正是“共振峰调谐”的科学基础，也是训练中“调腔调口调位”的目标。

2.示例：高音中调F₂锁定第二谐波

• 若F₀ = 400Hz，则2F₀ = 800Hz；

• 将F₂调至800Hz，可形成“声源–共振同步”；

• 声音通透、明亮，发音更稳定、聚焦。

图4-2《共振调谐机制图》展示的是声道形变如何调节声波的频率成分，从而实现“共振调谐”——这是歌唱中调控音色与能量聚焦的核心机制。

图4-2  共振调谐机制图

五、从风格到风格化：共振调谐如何决定“声音身份”

在不同文化声乐系统中，“音色”往往是风格辨识的核心。

这说明，共振调谐并非单纯技术选择，而是一种 “音色编码机制”，最终构成声音的风格标识，也即“声音的身份结构”。

六、训练启示：歌者如何进行“共振调谐建模”？

在实际训练中，我们可以基于“共振调谐”的科学逻辑，实施以下策略：

此外，借助语音分析软件（如PRAAT、VoceVista），可实时观察共振峰位置与变化，提高训练效率。

七、结语：音色，是结构之声，是调谐的艺术

“共鸣”不再是虚幻意象，而是声波通过结构调谐后形成的频谱艺术；

“音色”不再是玄妙感觉，而是共振系统所展现的科学骨架；

“声音之美”，正是“结构之善”的外显。

我们终将理解，歌唱，是调谐共振之术，是构建声音之桥。