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由人体的构造与音声生理谈歌唱发声的原理

2017-11-26 9页 doc 25KB 45阅读

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由人体的构造与音声生理谈歌唱发声的原理由人体的构造与音声生理谈歌唱发声的原理 由人體的構造與音聲生理談歌唱發聲的原理 基礎篇 譚慶鼎 目次 一、前言 二、腦部神經系統 三、喉部相關結構與生理 四、發聲有關的呼吸系統 五、發聲的生理機轉 六、結論 一、前言 聲音:sound:泛指人耳可以聽到的音波(頻率從20到20,000 Hz),風聲、水聲、拍打聲、蟲鳴聲、鳥叫聲等等數不盡的音波,都是聲音的一種;而音聲:voice:則是特指人類發聲系統所產生的聲音,可供彼此之間言語溝通或表達情緒。 人類說話或歌唱需要身體內的四大系統一起協調運作才能達成:圖一...
由人体的构造与音声生理谈歌唱发声的原理
由人体的构造与音声生理谈歌唱发声的原理 由人體的構造與音聲生理談歌唱發聲的原理 基礎篇 譚慶鼎 目次 一、前言 二、腦部神經系統 三、喉部相關結構與生理 四、發聲有關的呼吸系統 五、發聲的生理機轉 六、結論 一、前言 聲音:sound:泛指人耳可以聽到的音波(頻率從20到20,000 Hz),風聲、水聲、拍打聲、蟲鳴聲、鳥叫聲等等數不盡的音波,都是聲音的一種;而音聲:voice:則是特指人類發聲系統所產生的聲音,可供彼此之間言語溝通或達情緒。 人類說話或歌唱需要身體內的四大系統一起協調運作才能達成:圖一:,第一個系統是腦部神經系統,第二個是呼吸系統,第三個是喉部:larynx:,第四個是上聲道:upper vocal tract:。本文將先介紹發聲中較重要的相關結構與生理,再探討上述四大系統間如何運作以產生言語。 二、腦部神經系統 腦部中樞系統是整個發聲過程的指揮官,統合整個工作的進行,決定要用那種語言、說唱些什麼、用什麼樣的情緒表現。而許多神經與我們發聲有關,例如控制喉部運動、調整舌頭的位置、調整共鳴腔、構音,甚至聽覺相關的神經都與發聲時的回饋控制有關。 三、喉部相關結構與生理 1. 喉部的解剖學 俗稱的喉嚨包括口咽、下咽、與喉部,此處將專門討論喉部。喉部是靠一些肌肉韌帶使其懸吊於頸部的一個可動性的結構:圖二:,喉部的支撐架構由多塊軟骨組成,其中最有名的是甲狀軟骨,它因為形狀如盾甲而得名,甲狀軟骨的兩個軟骨板在中線相連,相交上緣凹陷叫甲狀切跡 (thyroid notch),男生的交角為90度,女生則呈120度相交,由正前方觀之,是喉最突出的部份,又名亞當的蘋果(Adam’s apple)。聲帶就位於此軟骨之內。軟骨之間利用各種膜及韌帶相連接,再加上複雜的肌肉與黏膜,構成了複雜且精細的喉部結構。 喉內可分三部分(圖三):上聲門部、聲門部及下聲門部(supraglottic, glottic and subglottic area)。上聲門部上起會厭軟骨與杓會厭皺壁,下至假聲帶。下聲門部由真聲帶下緣算起,往下到環狀軟骨下緣為止。聲門部介於上述兩者之間,圖四顯示喉鏡檢查下所看到的喉部及其細部名稱,所謂的聲門:glottis:,指的就是真 聲帶之間的空間,而聲帶的長度男性約為15mm,女性約為10mm。 喉部相關肌肉包括喉外肌:extrinsic muscles of larynx,圖五:及喉內肌:intrinsic muscles of larynx圖六:。喉外肌又分為舌骨上及舌骨下肌群:suprahyoid 、infrahyoid muscles:,主要作用是調節喉部的位置。喉內肌肉群包括環甲肌、後環杓肌、外環杓肌、橫杓肌、斜杓肌及甲杓肌。其中環甲肌是唯一由上喉神經支配的肌肉,其餘肌肉皆由返喉神經所支配。該肌肉收縮時會將環狀軟骨的前部與甲狀軟骨板拉近,整個環狀軟骨相對於甲狀軟骨向後滑動,因而使聲帶韌帶的張力增加而繃緊。後環杓肌是唯一會使聲門張開的肌肉。經由這些肌肉的精巧配合,人類乃能發出各種聲音。 與發聲關係最密切的聲帶,其結構更為複雜,如圖七所示,它分為上皮層:epithelium:、黏膜下固有層:lamina propria:、肌肉層。黏膜下固有層又分為表淺、中間、深層:superficial、intermediate、deep:三層,中間及深層合組為聲帶韌帶:vocal ligament:。最內層肌肉層為聲帶肌:vocalis muscle:,是甲杓肌的一部分。在解釋聲帶黏膜波動的覆膜—主體:cover—body:學說中,上皮層與黏膜下表淺層稱為覆膜:cover:,中間及深層黏膜下層稱為轉變層:transition:,肌肉層稱為主體:body:,這精妙的構造使得氣流通過聲門時,聲帶的黏膜得以產生如海浪般的波動,稱為喉脈衝波:glottal pulse:。 2. 喉部的主要生理機能 喉部具有四個主要生理機能::一:呼吸作用(respiration);:二:咳嗽反射以保護下氣道(effective cough reflex);:三:吞嚥作用(swallowing);:四:發聲作用(phonation)。 2.1 呼吸作用:喉部乃是咽與氣管之間的通道,且對氣體交換的調節有一 定的作用。聲帶在正常的情況下,會平順的開啟及關閉,呼吸時,聲 帶向外移動,使得聲門面積增加,以利於呼吸順暢進行,在喉部發炎, 充血腫脹時,聲門面積縮小,容易造成吸氣困難的現象。 2.2 咳嗽反射作用:咳嗽反射是一個重要的保護機轉,當異物誤入時,由 喉內肌的作用,使聲門閉合,防止異物進入氣道,並能引發咳嗽將之 排出,故咳嗽反射又稱為「肺的看門狗」。此外,呼吸道黏膜屬纖毛上 皮,纖毛運動亦有助於分泌物之排出。 2.3 吞嚥作用:喉對吞嚥動作有其重要的地位。當食團通過咽峽之後,喉 外肌中的舌骨上肌群 (下頷舌骨肌,二腹肌,甲狀舌骨肌) 將喉拉向前 上,緊貼會厭:epiglottis:,封閉咽與氣管之間的通路,而喉內的括約 肌則關閉喉門和聲門;食團至會厭後則分成二邊,由兩側梨狀隱窩 (pyriform sinus)下降,進入食道,而不致於誤入氣道。 2.4 發聲作用;要產生一種聲音,基本上激發體、振動器:vibrator:及共 鳴器是必要三要件。所謂的發聲:phonation:指的是藉著喉內結構:正 常的情況下主要只靠聲帶:的振動產生聲波的現象。在發聲時,人的 肺部就是激發体,當空氣充滿肺部,經由支氣管、氣管,再到喉部。 而聲帶就是發聲的振動器,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)。音聲的頻率、音量大小也需要喉部參與調節。 四、發聲有關的呼吸系統 聲帶在發聲時向內關閉聲門產生阻力,呼吸系統則須負責提供穩定的氣流來拮抗此一阻力,以使聲帶產生振動,才有辦法出聲,這裡所提到的聲帶振動產生音波是針對母音:vowel,或稱元音字母:的產生而言,對子音:consonant,或稱輔音字母:而言,不一定需要聲帶振動,對於爆破音或摩擦音,它們的產生是在聲門開啟的狀態下,由呼吸系統提供足夠的氣流,使口腔口咽等部位能藉由調整而產生這些聲音。簡言之,產生母音或子音都需要呼吸系統提供氣流。 肺部及胸廓:rib cage:都是具有彈性的結構,不論是用力吸氣或呼氣使它們脫離休息狀態:rest position:,都會產生一個被動的反彈力量。以正常音量說話時,聲門下壓力約為5到12 公分水柱壓力:cmHO:,如果想要改變音量、2 頻率、或音質,都會需要改變聲門下壓力,例如激動大聲的說話就需要較大的聲門下壓力,簡言之,在說話時,呼吸系統並非只是單純的提供一個持續穩定的氣流。 事實上就連前面提到的構音的聲道部分也會對聲門阻力產生影響,像我們發爆破音或摩擦音,這些都會迅速地改變聲門阻力,因為要能維持發聲音量的穩定性,呼吸系統就要能迅速地改變,以配合發聲所需。由於聲門下壓力取決於聲門阻力及呼氣力量,兩者的變化都會造成聲門下壓力的改變,如果呼吸氣流不能迅速地改變,就需要靠迅速地改變聲門阻力,以達到所需的聲門下壓力。 五、發聲的生理機轉 發聲,會使得呼出氣流之氣體動力的能量:aerodynamic energy, DC current:被轉換成音響的能量:acoustic energy, AC current:。喉內肌各種不同的組合作用,就可以調整聲帶的張力、長度、形狀、以及彈性,而達到改變音量、頻率及音質的目的。 為了要建立各種不同的基礎頻率:fundamental frequency, F:,聲帶必須要維0 持特殊程度的張力以及每單位面積的質量:mass per area:,如果聲帶的張力增加、每單位面積的質量減少,基礎頻率就會提高。發最低音階時須鬆弛聲帶,長度最大而振動慢,兒童和女性因聲帶較短,振動較快,發音較高;發高音階時須緊張聲帶,降低寬度及厚度,故聲帶較長較厚的男性較難發高音。人類發音的範圍約為二個八度音程(octave),經訓練後可達兩個半音程,少數可達三或三個半音程。 前所提及的覆膜?主體理論能夠解釋聲帶的振動,聲帶的多層結構使其有能力作出非常複雜的振動,在modal register、pulse register:或稱為vocal fry:、或falsetto register,聲帶的振動方式各不相同。在falsetto register,聲帶的覆膜會較為繃緊,所以各層間作用會較像同一層在作用,聲帶緣會變薄,發聲週期中的關閉期會不完整或較短;在pulse register,覆膜會較為鬆弛、主體會相對地較為緊 實、關閉期會相對地較長;在modal register,如果聲帶是在較厚較短的情況下,只需要較低的聲門下壓力就可以啟動及維持聲帶的振動,在這種範圍下,改變基礎頻率主要是靠改變聲帶的張力或是它的堅實度。 肌肉的作用常需要一個相對應肌肉的拮抗,以提高音調而言,除了環甲肌的作用外,還需要聲帶肌及甲杓肌的相對作用才能增加聲帶的張力;相反地,若想降低音調,就需要上述肌肉的作用均減弱。當然喉外肌改變喉部的位置也會影響音調調節我們聽到的聲音,例如舌骨上肌肉群將喉部向上提,縮短上聲道,就會使音調提高。 音量大小主要與聲門下壓力及聲帶的振幅有關,當然聲道過濾的功能以及音聲發射出去的情形也會影響音量大小。 音聲的品質與個別結構差異以及個人使用發聲機制的習慣有關。聲帶脈衝波在男聲、女聲、與氣息聲時是不同的,男性的關閉期:closing phase:較快,會使其在音聲頻譜上呈現較豐富的諧和音:harmonics:;當關閉期延長時,聲音較不清晰,因為高頻處的諧音和振幅會變小,所以女聲比男聲具有較多的氣息音,這種音聲性質與許多女性在發聲時後聲門區會有小縫細有關,當後聲門區的縫細更大時,會產生更大的氣息聲,而諧和音也會被亂流造成的噪音所取付,尤其在超過5,000 Hz以上的頻率範圍此現象會更顯著。粗糙的聲音:harsh, rough:是因為聲帶振動的頻率變動太大:jitter:或振幅變動太大:shimmer:。 歌唱時呼吸系統的運作與日常說話所需不同,以正常成年男性而言,竭盡所能的吸氣可使肺部氣體總量達到6到7公升,若盡力地將氣體呼出,最後會殘留1.5到2公升的氣體在肺部,這個5公升的差異就稱為肺活量:vital capacity:,一般而言,我們並不會將所有的肺活量均用於發聲。歌唱時,在吸氣後,儘量維持胸廓位置不要變動太大,收縮腹部的肌肉並且慢慢放鬆橫隔膜,胸廓位置要略為抬高,但不要過分緊繃或固著不動,才不會干擾聲帶振動的機轉,也不會拮抗呼氣的力量。唱歌時的呼吸是一種動態間的平衡,需要肌肉互相拮抗,不是一種被動不受控制的情況。力量與氣體的空間並不是最重要的,最重要的是如何協調使用的技巧與經驗,呼吸的機轉要具有相當的可變通性:flexibility:,才能符合唱歌時對整個呼吸機轉快速變動的需求。 聲帶開始產生振動的方式有三種,分別稱為軟:soft:、硬:hard:、平衡:balanced:起音。硬起音是聲帶會用力的關閉,產生很高的聲門阻力,因此需要很高的聲門下壓力才能誘發發聲,因此在歌唱聲音前會出現聲門的爆破音,容易造成聲帶的傷害;軟起音是聲帶關閉前會有氣流通過,使得聲門不會閉合,常常可以在聲門後區看到未完全關閉的部分,聲音開始時較為柔軟但帶有氣息音;最好的方式是平衡起音,在發聲的瞬間,不會看到上腹部突然地向內移動,聲音清楚的開始,歌唱者假想自己發聲前先發出一個/h/音,但實際上並未真的發出可聽到的/h/音。 聲音結束稱之為釋放:release:,如同起音一樣,結束時也希望是個乾淨清楚的結束,聲門會回復到它開啟的位置。所謂的硬釋放,聲帶肌肉會維持一定的 張力,使聲帶無法回到深吸氣時的完全開啟狀態,因此延遲呼吸的回復以及有效的再關閉;另外更常見的是軟結束,肌肉的力量慢慢釋放,會延遲聲門開啟的動作,接著減緩了換氣的動作,軟結束常會伴隨著呼吸機制的塌陷、身體姿勢明顯的改變。因此歌唱除了需要訓練聲帶肌肉的可變動性,也需要具有快速而安靜的換氣。 人類的聲帶振動產生了複雜的訊號就是聲門脈衝波,它會有複雜的諧和音,第一個諧和音常常是基礎頻率的兩倍,比基礎頻率高八度,第二個諧和音則是基礎頻率的三倍,依此類推,第三個諧和音則是基礎頻率的四倍。在共振腔頻率一樣的情況下,基礎頻率較低者會有較多個諧和音產生,因此,一個女高音會比一個男低音產生較少的和諧音,這個原理可以解釋兩種不同聲音品質的差異。聲門脈衝波傳入聲道,聲道的長度與形狀決定了共振峰:formant:的頻率,母音具有特殊的共振峰,經由某些頻率被加強某些頻率被減弱,而產生了我們能分辨的一個特殊聲音。男女的聲道構造不同,這會加強諧和音的不同部分,也就是男性較大的聲道會共鳴較低頻率的諧和音,而女性較小的聲道就比較會加強共鳴較高頻率的諧和音。 六、結論 任何病變影響了聲帶黏膜的平整性、黏稠度和柔軟度等因素,或聲帶的運動不正常,或呼吸器官疾病,均可能使發出的音聲沙啞。另外如前所述,人類用於講話的喉部及呼吸系統有著其他許多重要功能,它的控制有一部分是自主的,一部分是不自主可受到控制的。來自咽喉、甚至食道的感覺運動反射:sensori-motor reflex:,會將感覺傳回腦部,再經由神經運動調控影響音聲的產生,這是許多疾病或身體狀況會影響發聲的原因,例如慢性的胃酸反溢就會影響喉嚨的神經肌肉功能。 發聲需要神經肌肉系統十分精細的協調工作,就如同其他的一些運動,有些人他們的能力就是超越一般人,但藉由訓練,可使每個人將其能力作最好的發揮。 圖一 說話歌唱所需的四大系統:摘譯自Morrison M, et al.: The management of voice disorders: 圖二 喉部的架構,喉部的骨架連至舌骨,舌骨再藉由肌肉韌帶與頭顱相連:摘 譯自Tucker HM: The Larynx: 圖三 喉部的冠狀切面,正常發聲時,只靠真聲帶振動:摘譯自Tucker HM: The Larynx: 圖四 顯示喉鏡檢查下所看到的喉部及其細部名稱:摘譯自Tucker HM: The Larynx: 圖五 喉外肌肉群:摘譯自Tucker HM: The Larynx: 圖六 喉內肌肉群:摘譯自Tucker HM: The Larynx: 圖七 聲帶的冠狀切面顯示其組織學上多層結構:摘譯自Hirano M & Bless DM: Videostroboscopic examination of the larynx: 參考文獻 nd1. 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