“嗓音”（voice）是指人的發(fā)音器官發(fā)出的聲音，包括言語聲、歌唱聲、笑聲、哭聲、咳嗽聲等等。從本質上講嗓音是一種聲音，因而具有聲音的物理學特征。要想正確深刻地認識嗓音，還得尋根溯源，用物理學家理性冷峻的眼神重新審視一下“嗓音”這種事物。當然，我們的歌唱家和音樂愛好者不必成為物理學家，我們喉科醫(yī)生也不必。只是當我們對嗓音的基本物理學特征了解之后，可以更好地理解嗓音的構成、悅耳嗓音的物理學基礎、音樂廳的聲學、發(fā)音的效率等等和歌唱有關的問題。　　

我們說嗓音是一種聲音，聲音的本質是一種運動，是發(fā)聲振動體的機械運動引起周圍介質質點的運動，機械運動在介質中的傳播過程產(chǎn)生聲波，從而將聲音傳播出去。我們看不到聲波，可以想象向湖面投去石子，石子撞擊湖面，湖面形成波紋并向外傳播。波的傳播并不是媒質質點的位移，質點只在其平衡位置附近振動，上面的例子中，如果水面上飄著樹葉，它并不隨著波的傳播飄向遠方，而是在原位置做上下振動。聲波不是一種物質，是傳播媒介中質點振動和質點運動的能量。舉例來說，新年我們敲鐘祈福，巨大的木捶撞擊大鐘，鐘體振動，振動的能量引起周圍空氣介質運動，就形成了聲波。聲波可以在氣體、液體和固體介質中傳播，海洋中的鯨能夠發(fā)出聲波召喚同伴，是聲波在液體中傳播；回音壁通過折射作用使聲音增強，是聲波在固體中傳播。生活中最常見的就是聲波在空氣中的傳播。在不同的介質中，聲波傳播的速度不同，傳播速度與介質的密度有關，介質密度越高、傳播速度越快，介質密度越低，傳播速度越慢。聲波在空氣中的傳播速度是340m/s。在真空中，因為沒有空氣這種振動傳播的介質，不能形成聲波?！　?/span>

最簡單的振動形式是簡諧振動，任何復雜的振動都可以分解成具有一定特征的簡諧運動，其形波是正弦波，聲波簡諧振動形成的聲音是純音（見圖1）。自然界中不存在純音，只存在復合音，復合音是由許多純音組成的，通過傅里葉變換，可以將復合音分解為不同頻率的純音。言語聲、樂聲和噪音都是復雜的復合音。

                圖1 純音正弦波

                 圖2 復合波的分解

聲波的物理特征可以由以下的參數(shù)描述:頻率和周期、波長、強度、相位（見圖2）。頻率指單位時間內（通常是秒）內正弦振動的次數(shù)。頻率的單位是赫茲（Hz）。人耳能夠感受的頻率范圍是20-20000 Hz，低于20 Hz的聲波稱為次聲，高于20000 Hz的稱為超聲。人耳最敏感的頻率范圍是1000-4000Hz，言語聲的頻率范圍是500-3000Hz。狗和蝙蝠等動物可以聽得到高達16萬Hz（是人耳最高值的8倍）的聲音。鯨和大象可以產(chǎn)生頻率在15到35Hz范圍內的聲音。頻率對應音調，頻率高、音調高，頻率低、音調低。例如琴弦越細，產(chǎn)生的頻率越高，反之琴弦越粗，產(chǎn)生的頻率越低。從人耳對聲音的感受來說，頻率高，人耳感受的聲音尖銳，頻率低，人耳感受的聲音低沉。　　

那么物體（如琴弦、聲帶）振動的頻率由什么決定呢？物體振動的頻率取決于該振動體的質量和勁度（如聲帶的質量和勁度），質量是指物體所含物質大小。勁度指物體變形的能力和彈性的大小。質量和勁度都是物體的物理屬性，由振動體固有的質量和勁度決定的振動頻率稱為固有頻率。一個振動系統(tǒng)（如樂器）的最低固有頻率稱為基頻。剛剛我們說到，樂器聲和人聲等復合音是由多個純音構成的，每個純音是一個正弦波，有其頻率。將復合音分解為多個正弦波時，與最低固有頻率成整數(shù)倍的頻率稱為諧波頻率。含有較多諧波成分的復合音悅耳動聽?！　?/span>

聲波的波長指沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點間距離。單位是米或厘米。波長和頻率成反比，頻率越高，波長越短，頻率越低，波長越長。　

聲波的強度在聲學測量中采用聲強表示，聲波是一種能量，聲強用來描述能量的大小，聲強指在單位時間內（通常是每秒）通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲能量，單位為 W/m2（瓦/平方米）。聲強是物理學概念，對于人耳聽到的聲音來說，還有一個概念是響度。響度是聲波作用于人耳后產(chǎn)生的心理上感知的聲音強弱，它不僅取決于聲音的強度，還與它的頻率及波形有關。因而聲強與響度不完全成正比?！　?/span>

相位是對于一個波，特定的時刻在周期中的位置，它是否在波峰、波谷或它們之間的某點的標度。以度為單位，共360度。在兩個或更多聲波相遇時，由于相位的不同，它們會彼此相加和減去。如果它們的波峰和波谷完全同相，則互相加強，由此產(chǎn)生的波形的振幅高于任何單個波形的振幅（見圖3）。如果兩個波形的波峰和波谷完全異相，則會相互抵消，導致完全沒有波形（見圖4）。

                  
               圖3 相位相同的波相加

        
           圖4 相位相反的波抵消

寫了這么多，都是關于聲波的物理學特征，似乎有掉書袋之嫌。盡管筆者物理學基礎不錯，當年高考物理幾乎滿分，但是相隔20幾年再重拾物理學的基本概念，也是頗費一番腦筋。那又為何浪費筆墨掉書袋，講這些枯燥乏味的東西？因為這些知識是我們理解更加復雜的嗓音的基礎。下一回我們將言歸正傳，說一說嗓音的物理學特征。 

筆者小記：
應承下音樂周報的這個版面，是一個偶然的機會，《音樂周報》的編輯和屈歌博士談話，提到想開辟一個“專利”，架起音樂界和醫(yī)學界的橋梁，向音樂界的藝術家們介紹嗓音和醫(yī)學方面的知識。我非常贊同這個想法，藝術家有很多演唱經(jīng)驗和技術上的體會，但對發(fā)音系統(tǒng)的解剖、生理、功能、發(fā)音的評估等理論的知識可能接觸較少，而醫(yī)生對藝術家演唱的體會、維護嗓音健康的要求等也不甚了了。通過《音樂周報》這樣一個在音樂界有影響的媒體，為兩個領域的知識、思想交流搭建平臺，取長補短，讓嗓音學理論和實踐更好地溝通融合，實乃一件幸事。當我開始完成這個工作時，發(fā)現(xiàn)這不是個輕松的活，將晦澀難懂的醫(yī)學知識和術語轉化成非專業(yè)人士讀得懂、讀得下去的科普文章，比寫一篇醫(yī)學八股論文還要難，不過，承蒙編輯和讀者厚愛，自己也認可這是一件正確的事，就要做好。因而嘔心瀝血，希冀能夠讓讀者滿意。前面幾篇都是平時工作時體會較深的內容，獨立成篇，沒有連續(xù)性，難成系統(tǒng)。為不辜負廣大讀者和《音樂周報》的厚望，經(jīng)深思熟慮，決定將知識體系化、系統(tǒng)化，首先通過十幾篇的文章，向大家介紹“嗓音科學”，包括嗓音的聲學、嗓音言語產(chǎn)生的機制、發(fā)聲系統(tǒng)的組成和解剖、聲帶的解剖和運動、與嗓音產(chǎn)生有關的喉功能、氣道的共振、對聲帶的觀察和評估、嗓音的保健等內容，以饗讀者。

                                  文 | 黃冬雁