当意大利男高音歌唱家帕瓦罗蒂在台上高歌《我的太阳》时，歌声中洋溢的热情会令听众如痴如醉、热血沸腾。优秀歌手所发出的动听歌声，如同优美的器乐一样，能给人以无可替代的美妙享受。提到著名的器乐演奏者时，人们总是会联想到他平常的勤学苦练。然而，提到著名的歌手时，人们却会认为那是一件理所当然的事情，因为“那人天生嗓子好。”其实，即使是天赋很好的歌手，也要用科学的方法勤加练习，才能有效地控制自己的发声器官，从而发出美妙的歌声。
唱歌所用的发声器官很复杂吗
如果我们仔细研究一下发声器官的构造，我们就会发现，与各种乐器相比，人的发声器官从表面看来实在简陋得可怜。
要了解这一点，就要先知道一些乐器发声的知识。一件乐器由三个基本部分组成。一是声源，即声音最初发出的地方。声源发出的声音一般都是比较微弱的，且常带有杂音。二是共鸣器。它随着声源中谐音的频率振动，并成百上千倍地放大这些谐音。经共鸣器挑选和放大的谐音决定着音乐的音色。三是发声面，或发声孔。它负责把由共鸣器挑选和增强的乐音辐射出去。比如，演奏者用嘴唇将气流吹进小号的号嘴产生声源，号管是共鸣器，小号的喇叭嘴则将放大的乐声辐射出去。
在所有乐器中，最像人类发声器官的是小号。人的声带相当于号嘴；类似小号共鸣器的则主要是几个空腔，包括喉腔、咽腔、鼻腔及胸腔，因此也称为共鸣腔；而口腔就像小号的喇叭嘴，可将人声发射出去。然而，与不少乐器相比，人的发声器官就显得太简陋了。人的声带看上去不过是两条松松软软的肌肉。女性的声带长度只有1.5～1.8厘米；男性的稍长，也不超过2.4厘米。人体共鸣腔的长度只有十几厘米，只相当于管弦乐队里音频最高的乐器——短笛的长度。
声带为何可以发出复杂的声音
人类发声器官的音域可以达到4个八度的宽度。看似简陋的人体发声器官为何能发出如此复杂的声音？这是因为我们的发声器官看似简陋，结构却很复杂。我们的声带是由三种不同的组织组成，即韧带、肌肉和黏膜。
最靠近声门的地方左右各有一根韧带，每根相当于一根琴弦。与琴弦不同的是，它的张力随拉伸程度非线性地迅速增加。比如，声带从1厘米拉伸到1.6厘米时，张力可以增加30倍。这是琴弦做不到的。声带组织中大约10％是韧带，主要用来发出高音。其他90%主要是肌肉组织，主要用来发出中音和低音。这些肌肉不是均匀的，其中又分为许多层，层与层之间性质不同，有的能收缩，有的不能。这样，就形成了许多平行的振动面。
由于声带的振动是由空气流引起的，声带还有另一个装置能增强对气流能量的接收，使得声带的振动更为有效和强烈。这就是覆盖在声带表面的一层薄薄的黏膜。它的下面有一层液体状的物质，使这层黏膜很容易在气流中起波，就像风刮过水面一样。这些能量再传给肌肉和韧带，使得后者获得足够的能量发生振动。
如何控制共鸣发出美妙歌声
改变共鸣器的大小，可以制作成不同尺寸的乐器。但是，人类必须用尺寸基本上固定的共鸣腔，其长度只有十几厘米。如果乐器的共鸣器也只有这么长，就难以完成挑选和放大谐音的共鸣功能。
幸运的是，人类进化出与乐器发声不同的独特机制——惯性反应。美国犹他大学的英戈·蒂兹教授的研究表明，在声带上方的空气柱有一种惯性，即对声带振动的反应有一个滞后期。当声带在第一个振动周期中打开时，空气流过声门，推向正上方静止的空气柱。在惯性作用下，空气柱不能立即顺着下面的空气流一起走，声门和它正上方的空气压力会短暂地增加，把声带推得更开。当声带由于自身的弹性又关闭时，气流被截断，而声带上方的空气柱却由于惯性仍然在往上运动，在声带上方造成一个局部的真空，使得声带更有力地弹回来而闭合。
这个惯性反应过程有点像荡秋千。如果每次在正确的时间点给予秋千一个小小的推力，秋千就会越荡越高。能量回馈叠加起来的效果，就像是多次在恰当的时间给予声带发出的声音一定的推力，极大地强化了共鸣效果。但是，惯性反应过程不是自动发生的，而是需要歌手调节声带和共鸣腔的形状，使这种效应得到最好的发挥。这不是一件轻松的任务，需要通过长期刻苦的练习才能完成。
为何说的没有唱的好听
我们都有这样的经验。随着年龄增长，我们说话的声音并没有很大的改变。多年不见的朋友从电话里传过来的声音，仍然和从前差不多。但是，我们唱歌的能力却随着年龄不断下降。越是多年不唱歌，我们唱歌的能力越弱。这说明说话和唱歌所使用的控制机制是不同的。同理，专业歌手唱出的优美歌声是大多数人不能比拟的。但是，这些专业歌手一旦说起话来，却和常人无异，甚至可能比常人说话还难听。
我们说话的音频主要在中低音范围。但是，说话和唱歌有很大的不同。在话语中每个音的时间都很短暂，声调很快地变来变去，也不要求严格的音准，所以对发声器官的要求不高。我们每天进行这个过程，有关的发声组织也由于每天的反复使用而保持良好的工作状态。但是，唱歌却常常要求持续地发出同一个音，要求音准好、音域广、音色美。这些都需要对声带肌肉和韧带发声的精密控制，要求巧妙地配合使用身体各个共鸣腔。这些能力都不是天生的，而是后天获得的本领，所以都需要对控制所有这些过程的神经进行长期持续的训练。稍一停顿，就会退步。
人的发声结构比起乐器来，似乎过于简陋。现代科学研究却表明，正是因为我们的发声器官是由活体组织构成的，共鸣腔和嘴的形状又可以按音频的需要随时变换，再加上歌手经过长期练习获得的精确控制能力，看上去不起眼的发声器官才能发出美妙动听的歌声。这也是生物进化所带来的奇迹之一。
歌唱中的假声是如何发出来的
由于肌肉占声带体积的90%，所以肌肉收缩变紧而发声时，几乎整个声带都在振动。这样发出的声音饱满响亮。这种声音叫真声。位于声带边缘的韧带，只占声带体积的10%左右。如果我们只用韧带发声，此时只有声带的内缘在振动。所发出的声音透明、纤柔、轻盈，和真声的音质有很大的不同，被称为假声。
歌手通过调节声带自身的肌肉张力和声带周围肌肉的张力，可以选择主要使用肌肉发声，还是主要使用韧带发声，并在真声和假声之间来回变换。有趣的是，女歌手和男歌手对于韧带在高音区的使用情形不同。由于女性的声带本来就比男性的小，肌肉发声的音频范围也比男性高，所以从肌肉到韧带发声的变换比较自然，不易留下痕迹。我们听到的是音程的连续转换，在音质上没有明显的不同。男性歌手则少用韧带来发高音，而主要依靠自己声带的肌肉。所以男性发声比女性要低一个八度左右。经过练习之后，男性歌手的韧带也能发出和女高音一样的歌声。但是，这样发出的高音与常见的男声难以自然衔接，我们听到的是不同音质的音，更像是女歌手的声音。这种声音被称为假声男高音。
由于假声男高音类似女声，所以可以用来模仿女声。梅兰芳扮演的花旦就是最好的例子。相声演员模仿女声，用的也是韧带发出的假声男高音。男性用假声歌唱在西方也历史悠久，早在8世纪西班牙就十分盛行假声男高音，而且很快在不少演出中代替了童声。古代欧洲一些教堂唱赞美诗时，女高音部分也大多由男性用假声演唱。
本文来自《科学画报》
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