基于計算機輔助研究下的世界聲樂藝術(shù)大師的顫音數(shù)據(jù)分析

關(guān)鍵詞：顫音；歌唱；聲樂藝術(shù)大師；數(shù)據(jù)分析

一、顫音的學(xué)理闡述

顫音（vibrato）是歌唱家最重要的聲樂演唱技術(shù)及聲音美學(xué)特征。從聽感角度來講，演唱中的顫音是聲音有節(jié)奏的波動，頻率約為6—7Hz，有趣的是，該波動頻率對人的聽力感受是最悅耳動聽的，因為聽眾主觀上通常會將頻率比較低的波動（3—4Hz）感知為聲音的“擺動”，而頻率較高的波動（8—9Hz）則被感知為“小羊羔叫”或“豌豆粒灑落”的聲音。

學(xué)界普遍認(rèn)為，聽眾將顫音感知為演唱音色的一個主要特征，（Теплов，1947）并認(rèn)為其強烈影響對聲音的綜合審美。歌唱中如果缺乏顫音，聲音被感知的特點是生硬、沉悶、死板等，而顫音豐富的聲音則被感知為活潑、悅耳、飛揚、深情、細(xì)膩、穿透力強等特點。顫音是聲樂演唱中表達情感的重要手段之一，不僅是聲樂藝術(shù)的重要屬性，在樂器演奏中也同等重要，如小提琴、大提琴、管樂器等。（Володин，1970，1972，1974）從聲學(xué)角度來看，顫音是對與聲音相關(guān)的基本參數(shù)（基頻、振幅、頻譜）的調(diào)制。（Морозов，1977，2002）

關(guān)于聲樂藝術(shù)家們演唱中的顫音研究，早在20世紀(jì)60年代的蘇聯(lián)，以里姆斯基·科薩科夫命名的列寧格勒國立音樂學(xué)院（現(xiàn)俄羅斯圣彼得堡音樂學(xué)院）演唱聲學(xué)研究實驗室就將其列入實驗室科研工作計劃之一，并借助輔助設(shè)備對部分聲樂藝術(shù)大師的顫音進行了研究，（В.Морозов，1967）之后進一步在本論文作者維·莫洛佐夫教授的博士后論文為基礎(chǔ)撰寫的《聲樂演唱的生理物理學(xué)基礎(chǔ)》（1977）及其后期著作《歌唱共鳴藝術(shù)》（2002）中進行了更深入的研究。研究表明，專業(yè)歌唱家的顫音波動頻率，更準(zhǔn)確地說是聲音的頻率調(diào)制振幅系數(shù)（以下簡稱顫音頻率）約為5—7赫茲（每秒波動次數(shù)），此項研究結(jié)果與其他國家的科研文獻數(shù)據(jù)一致。（Seashore，1936;Kwalwasser，1980;Sundberg，1987等）

二、科研實踐目標(biāo)及任務(wù)

以世界知名聲樂大師及夏里亞賓為研究對象，獲得各聲部歌唱顫音完美度的客觀指標(biāo)；選擇客觀指標(biāo)，用于改進和完善當(dāng)前開發(fā)的判斷青年歌手聲樂天賦的計算機程序；進一步了解歌唱中顫音的起源和生理機制。

（一）檢測方法與程序

聲樂演唱中顫音技術(shù)的美學(xué)價值不僅取決于它的波動頻率，還取決于其他一系列參數(shù)。以往對顫音的研究通常都是在模擬設(shè)備（聲譜分析儀、聲級自動記錄儀等）上進行的，這對于顫音現(xiàn)象的研究相對有限?，F(xiàn)在的計算機技術(shù)為研究顫音提供了全新的研究方法。根據(jù)科研任務(wù)，俄羅斯科學(xué)院技術(shù)團隊自主開發(fā)的計算機程序能夠自動識別歌聲以及器樂聲音（弦樂、管樂、電子音樂等）中顫音的以下特征并進行統(tǒng)計和分析：

1.所選聲音片段及相對應(yīng)的音符頻率（Hz）——以音分（cent）為單位的音高記號。

2.顫音波動頻率，以赫茲為單位。

3.顫音波動頻率的平均值（%）以及相對應(yīng)的差值（%）。

4.以赫茲和音分為單位的顫音調(diào)頻深度。

5.顫音調(diào)頻的差值（以音分或赫茲為單位）。

6.所選聲音片段中的顫音半周期數(shù)。

7.相位性，即顫音波動過程中調(diào)頻（FM）和調(diào)幅（AM）極值的相位關(guān)系。

8.為分析顫音所選擇歌手聲音片段的持續(xù)時間，以毫秒（msec.）為單位。

借助以上檢測方法與程序，本研究團隊對包括世界各國著名聲樂藝術(shù)大師在內(nèi)的一批專業(yè)歌手的演唱資料和聲音（主要來自錄音、唱片等介質(zhì)）進行了相應(yīng)的聲音樣本提取以及聲學(xué)數(shù)據(jù)分析。

（二）檢測對象

本次研究的檢測對象有：伊萬諾維奇·夏里亞賓（ИвановичШаляпин）、貝尼亞米諾·吉利（БеньяминоДжильи）、恩里科·卡魯索（ЭниркеКарузо）、盧恰諾·帕瓦羅蒂（ЛучаноПаваротти）、普拉西多·多明戈（ПласидоДоминго）、瑪麗亞·卡拉斯（МарияКаллас）、蒙特塞拉特·卡巴耶（МонтсерратКабалье）、葉列娜·奧布拉佐娃（ЕленаОбразцова）、塞西莉亞·芭托莉（ЧичелияБартоли）、德米特里·霍沃羅斯托夫斯基（ДмитрийХворостовский）、亞歷山大·阿爾德爾（АлекандрАрдер）、伊莉娜·阿爾希波娃（ИринаАрхипова）、弗拉基米爾·阿特蘭托夫（ВладимирАтлантов）、瓦列里亞·巴爾索娃（ВалерияБарсова）、伊莉娜·博加切娃（ИринаБогачева）、維羅妮卡·波莉森科（ВероникаБорисенко）、尼古拉·蓋達（НиколайГедда）、鮑里斯·格梅里亞（БорисГмыря）、尼古拉·戈雷舍夫（НиколайГолышев）、尼古拉·賈烏羅夫（НиколайГяуров）、杰娜·基米特羅娃（ГенаДимитрова）、扎拉·多魯哈諾娃（ЗараДолуханова）、伊利亞·伊奧西弗夫（ИльяИосифов）、娜杰日達·卡贊采娃（НадеждаКазанцева）、葉夫根尼·基布卡洛（ЕвгенийКибкало）、伊萬·科茲洛夫斯基（ИванКозловский）、蒂特·庫吉克（ТийтКуузик）、馬里奧·蘭察（МариоЛанца）、瓦倫蒂娜·列夫科（ВалентинаЛевко）、謝爾蓋·列梅舍夫（СергейЛемешев）、帕威爾·利西齊安（ПавелЛисициан）、伊琳娜·馬斯連尼科娃（ИринаМасленникова）、列奧卡季亞·馬斯連尼科娃（ЛеокадияМасленникова）、塔瑪拉·米拉什金娜（ТамараМилашкина）、馬克西姆·米哈伊洛夫（МаксимМихайлов）、馬里奧·德爾·摩納科（МариоДельМонако）、葉夫根尼·涅斯杰連科（ЕвгенийНестеренко）、安娜·涅特列布科（АннаНетребко）、費吉里烏斯·諾雷卡（ВиргилиусНорейка）、娜杰日達·奧布霍娃（НадеждаОбухова）、喬治·奧茨（ГеоргОтс）、阿德麗娜·帕蒂（АделинаПатти）、伊萬·彼得羅夫·克勞澤（ИванПетров-Краузе）、亞歷山大·皮羅戈夫（АлександрПирогов）、馬克·雷森（МаркРейзен）、貝拉·魯?shù)强疲ěⅶ铵荮学钵濮乍支擐堙啵?、瓊·薩瑟蘭（ДжоанСазерленд）、列昂尼德·斯梅坦尼科夫（ЛеонидСметанников）、瓦西里·斯梅斯洛夫（ВасилийСмыслов）、朱塞佩·德·史帝法諾（ДжузеппеДиСтефано）、雷納塔·泰巴爾迪（РенатаТебальди）、鮑里斯·赫里斯托夫（БорисХристов）、約瑟夫·施密特（ЙозефШмидт）、鮑里斯·什托科洛夫（БорисШтоколов）、謝爾蓋·雅科文科（СергейЯковенко）。

（三）歌唱聲音樣本提取

研究顫音（人聲頻譜）的必要條件是必須選擇一段沒有伴奏的純?nèi)寺?，從聽覺體驗來講，雖然伴奏（鋼琴、管弦樂隊、合唱團）會令人愉悅，但這對顫音相應(yīng)聲學(xué)參數(shù)的測量和分離會造成很大的干擾，而顫音的美學(xué)品質(zhì)正取決于這些具體的參數(shù)。由于從歌唱家演唱的聲樂作品中選擇“純”音符（無伴奏）存在一定的困難，故在研究聲音的主要部分時，本次研究僅從以上每位聲樂大師的聲音樣本中有針對性的提取了1—3個音符。其中，享譽世界的俄羅斯男低音歌唱家夏里亞賓的演唱資料最為豐富，其為本次研究提供了很多不同的聲音樣本，例如在《露琪努什卡》（?Лучинушка?），《小笨蛋》（?Дубинушка?），《不是秋天的小雨》（?Неосенниймелкийдождичек?），《十二個盜賊的傳說》（?Легендаодвенадцатиразбойниках?），《小夜晚》（?Ноченька?）等著名俄羅斯藝術(shù)歌曲中的元音音符（不同音高）。以及從《波斯之歌》（?Персидскойпесни?）、浪漫曲《彷徨》（?Сомнение?）、《埃雷姆卡之歌》（?ПесниЕремки?）等作品中分離出來一些夏里亞賓演唱時的元音。此次研究主要通過自主開發(fā)的計算機檢測程序，對以上55位世界級聲樂藝術(shù)大師的296個歌唱元音（主要是A，O）聲音樣本（其中有198個元音來自夏里亞賓，約占研究總數(shù)的2/3）進行了分析研究。

三、實測參數(shù)及研究結(jié)果

（一）實測參數(shù)及理論分析

夏里亞賓與各聲部類型聲樂藝術(shù)大師的顫音實測數(shù)據(jù)見表1。

表1中的第1行顯示，測量音符平均高度按從低到高的順序，選取不同聲部音域范圍內(nèi)較為響亮的音高，男低音si、男中音mi1、男高音sol1、女中音bmi2、女高音fa2、抒情花腔女高音bla2、夏里亞賓la；

表1中的第2行表明顫音的頻率隨著音高由低到高的變化逐漸增強，所有男生聲部的平均值為5.92±0.53Hz，所有女生聲部的平均值為6.54±0.81Hz；

夏里亞賓的顫音波動頻率平均值為6.86±0.27赫茲，比所有男生聲部的平均值高出17.6%，甚至比女生聲部的平均值還高出5.03%；需指出的是，夏里亞賓演唱聲音中的高頻率顫音，從數(shù)據(jù)對比上看與其他男生聲部差異略大，但實際從聲音的審美聽覺角度上絲毫沒有產(chǎn)生異常的感覺。相反，他的顫音被世界公認(rèn)為是一種極其自然、完美、平穩(wěn)且符合高級藝術(shù)審美需求的大師級聲音。由此可見，夏里亞賓極其特殊又完美的歌唱技術(shù)及美學(xué)效果在很大程度上是由顫音中的其他參數(shù)共同促成的。特別是在第3行（橫向）中顯示，夏里亞賓的顫音波動差值（不均勻度）僅為4.6%，明顯低于男低音組（5.5%）、男中音組（5.0%）、以及女高音組（5.0%）和抒情花腔女高音組（4.9%）這四個聲部。

第4行顯示，夏里亞賓演唱聲音的另一個美學(xué)要素是，顫音的調(diào)頻（音高）深度平均值與其他聲部相比是最小的，只有90.6音分，也就是說小于半音。而其他男低音的顫音調(diào)頻平均值為139.8音分，接近1.5個半音。在筆者看來，正是因為這一因素，夏里亞賓演唱時聲音非常的平穩(wěn)、均勻，且可隨意自由流動，從聽感上來講，他的顫音只有非常細(xì)微的波動。在第4行中還表明，隨著聲部類型及音高由低到高的上升，顫音的調(diào)頻參數(shù)趨于下降。

第5行顯示，所有聲部的顫音調(diào)頻差值幾乎相同：大約15—16音分。與其他歌手相比，夏里亞賓（18.0音分）的顫音調(diào)頻差值略高，該現(xiàn)象可解釋為他的演唱聲音情感表現(xiàn)力、靈活性較強。

第6行顯示，對于各聲部類型的顫音分析，均選擇了元音片段。各聲部顫音半周期數(shù)平均數(shù)值范圍為10.4—27.1個（夏里亞賓13.1），該數(shù)據(jù)為我們提供了合理的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)。

第7行展示了聲樂教學(xué)科學(xué)方法中一個非常有趣尚且未被探索的現(xiàn)象，即顫音的調(diào)幅（AM）與調(diào)頻（FM）之間的極值（最小值和最大值）相位關(guān)系。研究表明，對于每位歌手，都有可能發(fā)現(xiàn)AM和FM之間的同相關(guān)系，表現(xiàn)為AM和FM最大值和最小值重合；反相關(guān)系，AM最大值對應(yīng)于FM最小值，反之亦然。例圖3、圖4都說明了這些現(xiàn)象。通過數(shù)據(jù)顯示，男生聲部的普遍特征是同相位顫音占主導(dǎo)地位：男低音組為最大值（0.64），男中音組為最小值（0.11）。對于所有女生聲部，特征則是反相位顫音占主導(dǎo)地位（女高音-0.47）。夏里亞賓的顫音，在AM和FM之間具有輕微的（-0.11）反相位關(guān)系，與其它的顫音參數(shù)一樣，夏里亞賓的所有顫音參數(shù)與所研究的男生聲部存在顯著區(qū)別。目前，根據(jù)初步證據(jù)表明，反相顫音比同相顫音具有一定的美學(xué)優(yōu)勢，當(dāng)然，這還需專門進行更深入的統(tǒng)計研究。

（二）聲音檢測示例圖

選定語音片段的圖表記錄和自動測量顫音參數(shù)示例，如圖1（聲音樣本：伊萬諾維奇·夏里亞賓）和圖2（聲音樣本：伊莉娜·博加切娃）所示。

圖1的該聲音片段來自夏里亞賓演唱的《不是秋天的小雨》，“愉快的日子，歡樂的日子飛得很遠(yuǎn)......”唱詞片段。在音符re1上的漸強，元音“O”落在“отлетели”這個詞上。

上段——以波形圖和振幅包絡(luò)的形式，表示以分貝（dB）為單位的語音強度變化圖。左側(cè)刻度表示聲音變化強度。顫音的調(diào)幅表現(xiàn)為聲音強度隨顫音波動頻率幾乎不可察覺的周期性變化。

下段——音符音高變化圖（左側(cè)顯示音階音高）。顫音調(diào)頻表現(xiàn)為聲音高度相對于平均值的顯著周期性變化。

圖2的該聲音片段來自伊莉娜·博加切娃演唱的詠嘆調(diào)《達俐拉》的最后一段。為準(zhǔn)確分析顫音，將時值較長的高音（g2）分為兩段：主要部分（聲音2）用垂直實線表示，附加部分（聲音1）用垂直虛線突出顯示。圖中的計分板顯示了計算機程序自動測量的顫音參數(shù)（根據(jù)主要片段，音調(diào)2）。

圖3的該聲音片段來自夏里亞賓演唱的《不是秋天的小雨》，“愉快的日子，歡樂的日子飛得很遠(yuǎn)......”片段。在音符re1上的漸強，元音“O”落在“отлетели”這個詞上。一個典型且具有代表性的反相位顫音的例子?？梢郧宄乜吹?，最大聲音強度（即顫音調(diào)幅，AM）對應(yīng)于最低音高（即顫音調(diào)頻，F(xiàn)M）。聲音的最大強度由向上的箭頭指示，最低音高由向下的箭頭指示。

圖4的該聲音片段來自鮑里斯·克里斯托夫演唱《多年》，“……和東正教保加利亞人民”片段中元音“O”落在“Народу”（人民）這個詞上，音高為#do1。，其中最大聲音強度（向上箭頭）對應(yīng)于最高音高（向上箭頭）。

（三）顫音的形成機制

通過研究表明，顫音相位的同相或反相取決于元音的類型、音符的音高、聲音的強度，也就是說，最終取決于顫音的形成機制，從顫音形成的機制來看，它包括來自各發(fā)聲器官如喉部、咽部、舌頭、下巴、嘴唇等部位的聯(lián)合共振（這些部位通過媒體＼屏幕上歌唱家的演唱可經(jīng)?？吹?，他們不是“在錄音下”進行，而是在真正的現(xiàn)場表演）?，F(xiàn)有證據(jù)表明，部分歌唱家呼吸器官中的某些部位也參與了顫音的形成，特別是氣管支氣管平滑?。ǚ亲灾餍裕约翱赡芤呀?jīng)被任意控制的橫膈膜，都參與了顫音的形成。平滑的氣管支氣管肌肉是指緩慢收縮的所謂的強直肌，它在呼氣時收縮，在吸氣時放松，從而使呼氣時肺容積減少，吸氣時肺容積增加，對應(yīng)于吸氣與呼氣交替頻率為0.5—1.5周期/秒（Hz）以及更頻繁的呼吸頻率。

需特別指出的是，演唱中的顫音頻率（5—7Hz），通過平滑呼吸肌的參與可輕松達成，然而平滑的呼吸肌同時能夠以更高的頻率進行收縮和放松，如生活中可觀察到的自然、無意識的笑聲（頻率可能更高），當(dāng)然還有自然的（非有意識）顫音。夏里亞賓的演唱，便以這種無意識的顫音被著稱為最頂級的聲樂大師及“世界低音之王”，他的顫音就像與生俱來的一樣，不受音高轉(zhuǎn)換以及語言發(fā)音清晰度的影響，該特征在他的歌聲語譜圖上可清楚的看到。（Морозов，2002）

現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)表明，體腔中呼吸、發(fā)音的整體進程，具有其特殊的固有共振頻率，正好對應(yīng)顫音（5—7Hz）頻率等數(shù)據(jù)。因此，維·莫佐洛夫在其著作《歌唱共鳴藝術(shù)》中，提出了一個假設(shè)，即，無意識的自然共振（共鳴）源于天賦秉異的天才型歌手。

至于顫音AM和FM的同相性與反相性，該現(xiàn)象的起源很可能與發(fā)聲部位喉頭、咽喉、舌頭、下巴、口腔和鼻咽腔，以及上述氣管支氣管平滑肌、甚至橫隔膜等呼吸系統(tǒng)有節(jié)奏的活動（振動頻率）以及相互之間的平衡、協(xié)調(diào)性有關(guān)。在顫音波動過程中，這些所有部位都在有節(jié)奏地工作，但有些部位，例如，聲門上部（喉頭）的活動節(jié)奏可能滯后于或超過顫音產(chǎn)生時氣管支氣管的活動節(jié)奏，這便會導(dǎo)致顫音FM和AM調(diào)制極值之間的相位關(guān)系發(fā)生變化。

順便指出，通過大量的研究，本團隊還發(fā)現(xiàn)了一種偶爾會產(chǎn)生的特殊現(xiàn)象，暫且可稱之為“相位間的”顫音，即AM與FM相互之間的比率既不是同相顫音的0o，也不是反相顫音的180o，而是特殊的90o。我們在鮑里斯·格梅里亞、貝尼亞米諾·吉利等著名聲樂大師的聲音研究中觀察到了這一點。然而，這種“相位間的”的顫音非常罕見，有時還會與同相顫音同時出現(xiàn)在同一個音符范圍內(nèi)，如馬里奧·德爾·摩納科在歌劇《小丑》序幕中演唱的那樣。

關(guān)于顫音FM和AM極值之間各種相位關(guān)系起源機制的假設(shè)還需要進一步的實驗研究。例如，使用X射線透視儀，可以看到歌唱過程中咽喉部與氣管直徑（如果有的話）、橫膈膜輪廓之間有節(jié)律的活動，以及動力學(xué)關(guān)系和相位比值關(guān)系。還有喉頭和已經(jīng)提到的口咽腔各部分之間的動力學(xué)關(guān)系和相位比值關(guān)系。還可使用其他方法（體積描記法、聲門電圖描記器、自計氣壓計等）結(jié)合錄音和計算機程序，對顫音AM和FM之間的相位關(guān)系進行綜合評定。

四、結(jié)論

維·莫洛佐夫教授領(lǐng)導(dǎo)的俄羅斯科學(xué)院心理研究所的科研團隊，通過本項研究工作，獨立開發(fā)了一種檢測歌唱顫音的方法和計算機數(shù)據(jù)分析程序，并借助該方法，研究了來自世界各地聲樂藝術(shù)大師的294個歌唱元音的顫音。通過表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)揭示了男低音、男中音、男高音、女中音、女高音、抒情花腔女高音聲部的顫音聲學(xué)參數(shù)特征。結(jié)果表明，夏里亞賓與其他所有男生聲部相比，在顫音主要參數(shù)統(tǒng)計數(shù)值方面有顯著差異。另外需指出的是，此次研究是俄羅斯國內(nèi)聲樂科學(xué)技術(shù)史上首次對顫音AM和FM的相位關(guān)系進行研究。本次研究結(jié)果對不同聲部類型聲樂大師歌唱聲音中顫音形成的可能性和生理機制得出一定的結(jié)論。

研究還表明，良好的顫音技術(shù)會提高和優(yōu)化演唱聲音在音樂（樂隊）伴奏背景下的飛躍性、穿透力、抗噪性和清晰度。初步數(shù)據(jù)顯示，較同相顫音而言，反相顫音能賦予歌唱聲音更高級的美學(xué)品質(zhì)。以上研究結(jié)果已輸入俄羅斯科學(xué)院的計算機數(shù)據(jù)庫，用于未來改進和完善判斷年輕歌手聲樂天賦的計算機檢測程序，以及其他科研實踐工作。