由人體的構造與音聲生理談歌唱發聲的原理 基礎篇

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

  1. 前言
  2. 腦部神經系統
  3. 喉部相關結構與生理
  4. 發聲有關的呼吸系統
  5. 發聲的生理機轉
  6. 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），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）。

  1. 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)。

  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. 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。
  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。
  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（cmH2O），如果想要改變音量、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, F0），聲帶必須要維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代，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

  1. Tucker HM: The Larynx, 2nd ed., New York, Thieme, 1992.
  2. Hirano M & Bless DM: Videostroboscopic examination of the larynx. San Diego, Singular, 1993.
  3. Isshiki N: Phonosurgery. New York, Springer-Verlag, 1989.
  4. Morrison M, et al.: The management of voice disorders. 1st ed., London, Chapman & Hall, 1994.
  5. Benninger MS, et al.: Vocal arts medicine: the care and prevention of professional voice disorders. New York, Thieme, 1994.
  6. Colton RH, et al.: Understanding voice problems: a physiological perspective for diagnosis and treatment. 2nd ed., Baltimore, Williams & Wilkins, 1996.
  7. 譚慶鼎等：喉部疾病。耳鼻喉外科進階，財團法人杜詩綿教授學術基金會，1999.

食管发音

2011-02-13 18:41阅读：111原理：食管发音是将空气通过口鼻进入食管，再排出食管，引起食管上段粘膜振动，发出基音，再通过构音器官（舌、齿、唇、腭），共鸣器官（咽腔、口腔、鼻腔）形成语言。
进气方法：
空气进入食管之前，咽食段（指食管的最上端）的上方，即咽腔中的空气压力大致等于外面的大气压力，咽食段有一定的肌肉张力，不允许空气进入。咽食段以下是食管本体，内壁的压力为负压，如果没有咽食段，则口、鼻、咽腔的空气就能畅通无阻的进入食管。因此，能否冲破咽食段这个障碍就成为能否进气的关键。克服咽食段障碍通常有两种方法：一是通过主观意识，辅以收下巴、倒吸气动作，使食管处于负压状态，主动地使咽食段松弛，打开，这种吸入空气的方法即吸气法。另一种是通过提高口腔中的空气压力，进一步减降食管中的压力，使咽食段上、下方形成更大的压力差，以冲破咽食段的紧闭状态的方法即注气法。
吸气法:

食管发音 - lzszlyy - lzszlyy-头颈外科

注气法:

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进气方法：
1. 吸气法：全身放松，口略张开，将软腭向后上方提起，舌根放低，形成匙状，使口腔、咽部与食管形成一畅通的空气路径，同时作提肩、收腹动作，快速经口、鼻吸气，使空气进入食管。
2. 注气法：闭合口腔，舌尖抵住齿龈，舌面逐渐抬高贴向硬腭，使口腔内压力增高，咽内缩 闭合，迫使空气进入食管。
排气发声：

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空气进入食管后，食管内为正压，这时胸廓收缩、软腭及舌根复位，此时，食管内气体自下向上排出，冲击食管入口处粘膜，使其振动，发出声音，即打嗝音。
随后进行食管音与口型配合训练，利用元音、辅音、单字、词组、诗词朗读等，要求咬字清晰、准确、从易到难，配合语调的轻重以及表情和动作的协调，使食管语逐步完善。
天下无难事，只怕有心人！