共振峰

共振峰（）是用來描述聲學共振現象的一種概念，Titze, I.R. (1994). Principles of Voice Production, Prentice Hall, ISBN 978-0137178933.在語音科學及語音學中，描述的是人類聲道中的共振情形。常用的量測方法是由頻譜分析或聲譜圖（spectrogram，見圖）中，尋找頻譜中的峰值。但假如說話者，用比較高的基頻發出元音，例如小孩或女性的聲音，則頻譜上看起來比較像是寬帶狀，比較無法看出明顯的峰值。在聲學中，共振峰是用來描述聲源內部的共振，特別是對樂器而言，指的是共鳴箱內的共振。我們也可以討論室內空氣的共振峰頻率，例如 Alvin Lucier 就在他的作品 I Am Sitting in a Room 中使用了這個概念。

共振峰及語音學
人類說話或唱歌產生的聲音包含許多不同的頻率，共振峰是這些頻率中較有意義的部分。定義上，人類若想分辨幾個不同的元音，我們所需要的資訊是完全可以被量化的。共振峰是使聽者能夠區分元音的關鍵泛音。大部份的這些共振峰是由管內或腔體的共振產生，但是有些哨音是由文丘里效应中的低压區域週期性回縮產生。頻率最低的共振峰頻率稱為 f1，第二低的是 f2，而第三低的是 f3（基频一般以 f0 标示）。绝大多部分的情形是，前兩個共振峰，f1 和 f2 就足以劃分不同元音。這兩個共振峰可以描述元音的開/閉、前/後兩個維度（過去傳統上把這和舌頭的位置聯結在一起，不過這并不完全精確）。因此開元音如 [a] 有比較高的第一共振峰頻率f1，而閉元音如 [i u] 的則比較低；前元音如 [i] 的第二共振峰頻率 f2 較高，後元音如 [u] 的則比較低。Ladefoged, Peter (2006) A Course in Phonetics (Fifth Edition), Boston, MA: Thomson Wadsworth, p. 188. ISBN 1-4130-2079-8Ladefoged, Peter (2001) Vowels and Consonants: An Introduction to the Sounds of Language, Maldern, MA: Blackwell, p. 40. ISBN 0-631-21412-7元音幾乎都有四個以上的共振峰，有時還會超過六個。然而，前兩個共振峰還是最關鍵的。通常我們會用第一共振峰對第二共振峰的 關係圖描述不同元音的性質。Deterding, David (1997) 'The Formants of Monophthong Vowels in Standard Southern British English Pronunciation', Journal of the International Phonetic Association, 27, pp. 47-55. 但這不足以描述某些元音的性質，例如圓唇與否。Hayward, Katrina (2000) Experimental Phonetics, Harlow, UK: Pearson, p. 149. ISBN 0-582-29137-2圆唇会降低 f3，该效果对高前元音最明显。

鼻音通常在 2500 Hz 附近會有額外的共振峰，第二共振峰较弱甚至消失。流音 則通常在 1500 Hz 附近有額外的共振峰，其第二共振峰以上的共振峰都比较弱。而英語的"r"音（）則是用非常低的第三共振峰分辨（低於 2000 Hz）。

塞音（在某種程度上，其他辅音如擦音也是）會对相邻元音与之相连部分的的共振峰产生影响，元音受影响的部分称为音征。塞音一发即逝，所以音征对于识别塞音来说十分关键。雙唇音例如 [b p] 使这部分共振峰向 700Hz 靠近，主要体现为降低共振峰；軟齶音如 [g k] 使共振峰向 3000Hz 靠近，主要体现为提高共振峰（發音之前f2 和 f3 幾乎都會互相接近，在軟齶音結束後才再分開，这种现象也被称为“软腭夹”）；齒齦音如 [d t] 使共振峰向 1800 Hz 靠近，因此所造成的共振峰變化部份視元音種類而定。各共振峰所指向的共同轨迹，比如上述的 700 Hz、1800 Hz、3000 Hz，称为「音轨」  。需要注意的是，辅音反过来很大程度上也受临近元音影响，元音造成的辅音圆唇以及发音部位的前移，会改变辅音的形态进而改变其音轨，如 [tʷ kʲ] 的音轨就不同于 [t k]。上述元音共振峰頻率的變化稱為「共振峰轉變」（formant transition）。

假如聲波的基頻比系統的共振波基頻還高，則共振峰頻率所展現出的大部分特質會流失。最明顯的例子是歌劇中的女高音，她們的音高到很高，以至于元音很難分辨。

控制共振峰是泛音唱法這種歌唱技巧的重要環節，歌手必須唱出一個基頻很低的音，然後產生尖銳的共振並選擇泛音，讓人感覺同時有兩種不同的音調。

聲譜圖可以用來觀察共振峰。

+元音平均共振峰Catford, J.C. (1988) A Practical Introduction to Phonetics, Oxford University Press, p. 161. ISBN 978-0198242178 元音 (IPA) 共振峰 f1 共振峰 f2   240 Hz  2400 Hz   235 Hz  2100 Hz   390 Hz  2300 Hz   370 Hz  1900 Hz   610 Hz  1900 Hz   585 Hz  1710 Hz   850 Hz  1610 Hz   820 Hz  1530 Hz   750 Hz  940 Hz   700 Hz  760 Hz   600 Hz  1170 Hz   500 Hz  700 Hz   460 Hz  1310 Hz   360 Hz  640 Hz   300 Hz  1390 Hz   250 Hz  595 Hz

歌手的共振峰
研究歌手的頻譜時，特別是男歌手的，發現在 3000 Hz 附近有清楚的共振峰（在 2800 到 3400 Hz 之間），而在平常說話或是沒受過訓練的歌手的頻譜中則沒有。這個現象就是使歌手從交響樂團中能突顯出來的原因。因為交響樂團的共振峰大約在500Hz附近，比 3000 Hz 要低得多。歌唱訓練會特別發展這個共振峰，例如透過「voce di strega」（女巫的聲音）這個練習，使聲道的一部份成為共振器（resonator）。

參考資訊

參見
線性預測編碼
人聲

外部連結

What are formants?
Formants for fun and profit
Formants and wah-wah pedals 
 What is a formant?  討論「formant」的三種不同意義
 Formant tuning by soprano singers  源自 University of New South Wales
 The acoustics of harmonic or overtone singing  源自 the University of New South Wales
Materials for measuring and plotting vowel formants 

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