共振峰

共振峰（formant）是用来描述声学共振现象的一种概念，在语音科学及语音学中，描述的是人类声道中的共振情形。常用的量测方法是由频谱分析或声谱图（spectrogram，见右图）中，寻找频谱中的峰值。但假如说话者，用比较高的基频发出元音，例如小孩或女性的声音，则频谱上看起来比较像是宽带状，比较无法看出明显的峰值。在声学中，共振峰是用来描述声源内部的共振，特别是对乐器而言，指的是共鸣箱内的共振。我们也可以讨论室内空气的共振峰频率，例如 Alvin Lucier 就在他的作品 I Am Sitting in a Room 中使用了这个概念。人类说话或唱歌产生的声音包含许多不同的频率，共振峰是这些频率中较有意义的部分。定义上，人类若想分辨几个不同的元音，我们所需要的资讯是完全可以被量化的。共振峰是使听者能够区分元音的关键泛音。大部分的这些共振峰是由管内或腔体的共振产生，但是有些哨音是由文丘里效应中的低压区域周期性回缩产生。频率最低的共振峰频率称为 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，前两个共振峰，f1 和 f2 就足以划分不同元音。这两个共振峰可以描述元音的开/闭、前/后两个维度（过去传统上把这和舌头的位置联结在一起，不过这并不完全精确）。因此开元音如 有比较高的第一共振峰频率f1，而闭元音如 的则比较低；前元音如 的第二共振峰频率 f2 较高，后元音如 的则比较低。元音几乎都有四个以上的共振峰，有时还会超过六个。然而，前两个共振峰还是最关键的。通常我们会用第一共振峰对第二共振峰的 关系图描述不同元音的性质。 但这不足以描述某些元音的性质，例如圆唇与否。圆唇会降低 f3，该效果对高前元音最明显。鼻音通常在 2500 Hz 附近会有额外的共振峰，第二共振峰较弱甚至消失。流音 则通常在 1500 Hz 附近有额外的共振峰，其第二共振峰以上的共振峰都比较弱。而英语的"r"音（）则是用非常低的第三共振峰分辨（低于 2000 Hz）。塞音（在某种程度上，其他辅音如擦音也是）会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。双唇音例如 使这部分共振峰向 700Hz 靠近，主要体现为降低共振峰；软腭音如 使共振峰向 3000Hz 靠近，主要体现为提高共振峰（发音之前f2 和 f3 几乎都会互相接近，在软腭音结束后才再分开）；齿龈音如 使共振峰向 1800 Hz 靠近，因此所造成的共振峰变化部分视元音种类而定。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 的音轨就不同于 。上述元音共振峰频率的变化称为“共振峰转变”（formant transition）。假如声波的基频比系统的共振波基频还高，则共振峰频率所展现出的大部分特质会流失。最明显的例子是歌剧中的女高音，她们的音高到很高，以至于元音很难分辨。控制共振峰是泛音唱法这种歌唱技巧的重要环节，歌手必须唱出一个基频很低的音，然后产生尖锐的共振并选择泛音，让人感觉同时有两种不同的音调。声谱图可以用来观察共振峰。研究歌手的频谱时，特别是男歌手的，发现在 3000 Hz 附近有清楚的共振峰（在 2800 到 3400 Hz 之间），而在平常说话或是没受过训练的歌手的频谱中则没有。这个现象就是使歌手从交响乐团中能突显出来的原因。因为交响乐团的共振峰大约在500Hz附近，比 3000 Hz 要低得多。歌唱训练会特别发展这个共振峰，例如透过“voce di strega”（女巫的声音）这个练习，使声道的一部分成为共振器（resonator）。