Cộng hưởng (Resonance) – Vị trí âm thanh

Cộng hưởng (Resonance) – Vị trí âm thanh

Các khái niệm cơ bản trước khi tìm hiểu cộng hưởng:

Sẽ rất khó hiểu nếu nói ngay vào chủ đề cộng hưởng trong khi các bạn chưa hiểu rõ, hoặc chưa nhớ được các khái niệm vật lý xung quanh nó. Mình sẽ nhắc lại những khái niệm thú vị về dao động cơ và âm học, các bạn nhanh chóng hiểu về hiện tưởng cộng hưởng trong vật lý cũng như trong thanh nhạc. Dù hơi dài một chút, nhưng qua đó mình tin rằng bài giảng sẽ giúp các bạn sẽ thông suốt về cộng hưởng, vị trí âm thanh, mà không còn bị mơ hồ khi nhắc về nó.

  • Âm học (acoustic) là gì?

Âm học trong tiếng anh là từ acoustic mà các bạn hay dùng, acoustic nếu là tính từ, có nghĩa là thuộc về âm học, còn nếu là danh từ có nghĩa là âm hưởng học.

Âm học là một nhánh của vật lý học, nghiên cứu sự lan truyền của sóng âm trong các loại môi trường vật chất và tác động qua lại của chúng lên vật chất.

Sóng là hiện tượng xáo động môi trường, trong đó các phân tử có dao động vật lý liên tục tại một điểm, và có thể lan truyền dao động từ điểm này sang điểm khác. Sóng cơ học, là sóng lan truyền dao động cơ học từ phân tử này sang phần tử khác. Sóng âm cũng là sóng cơ học, có tính chất của sóng cơ học. 

Đối với tai người, sóng âm có thể nghe được, nằm trong một khoảng nhất định, các sóng âm ngoài khoảng đó vẫn tồn tại, nhưng tai không thể nghe.

Âm thanh được tạo ra do có ít nhất hai vật chạm vào nhau, tạo ra rung động.

  • Tính chất vật lý của âm thanh  
    • Âm thanh là sóng được tạo bởi các hạt vật chất của vật dao động (nguồn âm) có biên độ dao động (dB) biểu thị âm lượng, tần số dao động (Hz) biểu thị cao độ.
    • Nguồn âm là vật rung động tạo ra âm thanh, tần số rung động của nguồn âm là tần số của âm thanh.
    • Âm thanh cần vật chất để lan truyền đến tai người nghe, âm thanh không tồn tại trong môi trường chân không.
    • Khi nhiều sóng kết hợp sẽ tạo ra sóng mới gọi là sự giao thoa sóng, có hai loại giao thoa cộng sóng và giao thoa trừ sóng.
    • Trong không khí, âm thanh truyền tự do theo mọi hướng. Nhưng trong trong không gian hẹp, không gian vòm và bị hạn chế, sóng âm sẽ bị phản xạ tạo ra tiếng vang, lúc này hiện tượng giao thoa sóng lại tiếp tục xảy ra.

2. Cộng hưởng nói chung trong vật lý là gì?

Cộng hưởng trong vật lý sẽ xảy ra khi thực hiện dao động cưỡng bức lên một hệ, một vật chất.

Dao động cưỡng bức là dao động luôn chịu tác động của ngoại lực biến thiên tuần hoàn bên ngoài. (Nghe có vẻ khó hiểu quá phải không, các bạn đã từng học bài này trong chương trình vật lý 11, 12. Một ví dụ dễ hiểu để các bạn tưởng tượng, chính là hành động đưa nôi em bé, bạn tác động một ngoại lực biến thiên tuần hoàn có nghĩa là đều đặn. Lúc này tay bạn tạo ra một dao động có tần số n, và chiếc nôi chịu tác động của tay bạn cũng dao động với tần số n của lực tác động lên nó).

Người ta quan sát thấy, trong lúc tạo một dao động cưỡng bức lên một vật, đột nhiên khi đạt đến một tần số đặc biệt, biên độ dao động của vật bỗng nhiên tăng cao đột biến. Người ta gọi hiện tượng này là cộng hưởng, và tần số đặc biệt xảy ra cộng hưởng là tần số dao động riêng của vật chất. Mỗi hệ vật chất, và vật chất, có tính chất cấu tạo vật lý và chất liệu khác nhau, thì tần số dao động riêng của chúng có giá trị riêng biệt, khác nhau.

Vậy thực chất cộng hưởng trong thanh nhạc là gì? Các bạn đừng hoang mang, phần 3 sẽ giải thích sau đây.

3. Cộng hưởng trong thanh nhạc thật ra là gì?

Mọi vật trên đời đều có thể rung động. Mọi vật, hoặc môi trường chứa các phân tử có thể rung động nghĩa là chúng đều có thể truyền âm thanh (môi trường chân không, không có phân tử khí, nên không thể truyền âm thanh, mình đã nói ở trên). 

Vật rung động truyền âm thanh gọi là vật cộng hưởng. Một vật có chứa khí bên trong, rung động truyền âm thanh gọi là hộp cộng hưởng. (Đây chỉ là cách gọi để phân biệt cho dễ, nếu gọi chung tất cả là vật cộng hưởng cũng vẫn đúng)

Vậy bộ phận cộng hưởng của tiếng nói con người bao gồm cả vật cộng hưởng và hộp cộng hưởng. Vật cộng hưởng ví dụ như lồng ngực, cấu trúc xương, cơ, vòm cứng,… Hộp cộng hưởng chứa khí ví dụ như khoang miệng, khoang mũi, các xoang má, xoang trán, hầu họng,…

  • Thực chất, âm thanh từ dây thanh phát ra, sẽ truyền đến hầu họng, đến nơi có khoang trống như miệng, mũi (các khoang này có thể điều chỉnh được kích cỡ, độ mở, độ thả lỏng hoặc căng thẳng,…), tiếp theo các cấu trúc xương cũng rung động theo, và xoang chứa khí trong xương cũng rung động theo. Mỗi lần âm thanh đi qua một vật cộng hưởng, và một hộp cộng hưởng như vậy, chúng đều rung động, tạo ra các sóng âm thanh mới, kết hợp giao thoa với sóng âm thanh có sẵn trước đó. Kết quả là âm thanh sơ khởi tại dây thanh bị thay đổi, kết hợp liên tục, cho tới khi truyền ra môi trường, rồi truyền đến tai người nghe.
  • Từ “cộng hưởng” là một cách gọi. Khi nghe được một âm thanh vang khỏe, thoải mái không bị căng thẳng, có chất lượng tốt, liền lạc, dày và có âm lượng tương đối, thì trong thanh nhạc người ta gọi đó là âm thanh có cộng hưởng tốt (tính từ được sử dụng là resonant, nhận định này có tính tương đối qua ý kiến từng cá nhân).

Một âm thanh được nhận định cộng hưởng tốt trong đó bao gồm nhiều hiện tượng vật lý phức tạp, chứ không chỉ có hiện tượng cộng hưởng của sóng âm. Bởi vậy mà phần khái niệm phía trên mình đề cập, lúc này sẽ giúp các bạn hiểu bài. Các hiện tượng của một giọng hát “cộng hưởng tốt” bao gồm:

a. Dao động cưỡng bức và cộng hưởng vật lý của các xoang:

  • Khi bạn hát, áp lực dưới dây thanh (lực đẩy hơi) là ngoại lực tác động vào dây thanh (lúc này nguồn âm) và hệ vật chất của bộ phận cộng hưởng, bộ phận này dao động theo tần số của nguồn âm tạo ra sóng âm cùng kết hợp với sóng âm ban đầu của dây thanh.
  • Khi tần số dao động của lực đẩy này bằng tần số dao động riêng của các vật cộng hưởng và hộp cộng hưởng (vòm cứng, khoang miêng, xoang má, xương má, xoang trán, xương trán,…), làm cho biên độ dao động của các phần này bị tăng cao đột biến, kết quả là chúng rung động mạnh, phát ra sóng âm đột nhiên lớn hơn.
  • Vì xảy ra hiện tượng cộng hưởng, cho nên các xoang và xương này rung động mạnh đột ngột, người hát sẽ thường cảm nhận được sự rung động này trên mũi, trán, má,… tùy theo cảm nhận từng người. Tại đây, các giảng viên gọi nôm na cảm nhận rung này là “vị trí âm thanh” hoặc là “vị trí độ vang”, là hành động hướng phương lan truyền của âm thanh, và làn hơi (làn hơi là vật chất tham gia lan truyền âm thanh) lên vị trí xoang nào đó, mà ở đó, cộng hưởng dễ xảy ra, tại đó, khi cảm nhận sự rung động lớn, thì âm thanh đột nhiên có âm lượng lớn hơn, được khuếch đại lên.
  • Đến đây các bạn đã hiểu vị trí âm thanh là gì rồi, thông thường khi không đề cập tính chất vật lý, bằng chứng về hiện tượng vật lý của nó bạn rất dễ bị mơ hồ.
  • Như đã nói, sự cảm nhận độ rung ở xoang nào, hướng âm thanh đến xoang nào thì âm thanh sẽ vang nhất và hay nhất, là khác nhau ở từng cá nhân, vì con người có cấu trúc độ dày mỏng của xương, độ to nhỏ của các xoang không giống nhau. Trong các cuộc phỏng vấn, người ta thấy, mỗi ca sĩ, có một vị trí cộng hưởng ưa thích của riêng họ, có người ở má, có người ở răng cửa, có người ở sống mũi, có người ở trán, có người ở đỉnh đầu,… Cho nên việc tranh luận vị trí âm thanh ở đâu là tốt nhất, ở đây mới đúng ở kia không đúng, là không chính xác. Giảng viên không nên áp đặt vị trí âm thanh cộng hưởng của mình cho học sinh, mà đáng ra phải đưa ra nhiều vị trí để cá nhận học sinh tham khảo, rồi tự thực hành, suy ngẫm cái gì hợp với mình.

b. Phản xạ sóng

Sóng âm truyền tới bề mặt xương của các xoang chứa khí, và thành của khoang miệng, mũi, thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ sóng, lúc này, sóng quay ngược trở lại, tiếp tục kết hợp với sóng tới đang được nguồn âm tiếp tục truyền đến đó.

c. Giao thoa sóng âm:

Kết quả cuối cùng của âm thanh mà chúng ta nghe chính là hiện tượng giao thoa sóng âm.

  • Nguồn âm tạo một số sóng âm truyền tới
  • Các xương và xoang chứa khí rung động do dao động cưỡng bức, tạo ra một số sóng âm, có tần số giống với nguồn âm. Ở đó có thể xảy ra cộng hưởng, biên độ dao động của xoang tăng cao, âm thanh lớn đột biến.
  • Sóng âm truyền tới bề mặt xương của các xoang, được xem như những vật chắn, tạo ra các sóng phản xạ.
  • Cuối cùng, tất cả những sóng này kết hợp với nhau, xảy ra hiện tưởng giao thoa sóng, tạo ra những sóng mới lan truyền trong không khí, đó là kết quả cuối cùng truyền tới tai người nghe.
  • Nếu có nhiều giao thoa cộng sóng xảy ra, âm thanh được đẩy to lên, vang lên, tăng chất lượng, dày và khỏe khoắn. Ngược lại, nếu có nhiều giao thoa trừ sóng xảy ra, âm thanh sẽ bị nhỏ lại, hạn chế, bị triệt tiêu, làm âm thanh yếu đi, tiêu hao đi. Cho nên khi hộp cộng hưởng hiệu quả sẽ đẩy âm thanh của người hát lên, còn khi không hiệu quả, sẽ hạn chế âm thanh vốn có.
  • Theo kinh nghiệm của đa số những người luyện hát, giảng viên, ca sĩ, khi các xoang của bộ phận cộng hưởng không mở đủ rộng, đủ thoải mái, mà bị hạn chế, bị hẹp do bóp và gồng liên tục, thì âm thanh sẽ không xảy ra giao thoa cộng sóng nói trên, mà ngược lại bị triệt tiêu đi. Đối với một bộ phận nhỏ khác, thì không hẳn họ cảm nhận như vậy. Mở rộng đến đâu thì hiệu quả cũng là do mỗi cá nhân luyện tập và tự quan sát.  Học viên nên có giáo viên cùng theo dõi và nhận xét liên tục khi tập tìm ra độ vang, khỏe, lớn này.

Ca sĩ Whitney Houston

Ca sĩ Thanh Lam

Ca sĩ Sohyang

Ca sĩ Mỹ Tâm

Ca sĩ Tuấn Ngọc

Nguồn ảnh: Internet

Như bạn có thể thấy mỗi ca sĩ muốn làm cho giọng có cộng hưởng tốt, vang hơn, khỏe hơn, dày, và có âm lượng tương đối, họ đều có cách vận dụng bộ phận phát âm, khẩu hình riêng biệt, độ nghiêng của cổ, của đầu đều tự nhiên và khác nhau.

Một số tranh luận trên mạng cho rằng, nhăn mặt, nhắm mắt, hay là nghiêng cổ, ngước cổ, hoặc cúi cổ, hoặc ít há miệng (như trường hợp chú Tuấn Ngọc) là căng thẳng, là sai. Thực tế điều này, không đúng, căng thẳng hay không chỉ có người hát mới cảm nhận được, và hiệu quả cộng hưởng âm thanh như thế nào. Còn cách sử dụng cơ mặt, bộ phận phát âm, khẩu hình, không thể có một chuẩn mực nào quy định.

  • Kết luận:

Cuối cùng có thể thấy được, một âm thanh có cộng hưởng tốt, có độ dày, khỏe khoắn, vang rõ, và âm lượng tương đối, thì nguồn âm phải được khuếch đại qua 3 hiện tượng vật lý (chứ không phải chỉ có 1, ba hiện tượng này cùng xảy ra và có độ quan trọng như nhau, không thể nói cái nào quan trọng hơn cái nào):

  • Dao động cưỡng bức, cộng hưởng với các xoang và xương 
  • Phạn xạ sóng âm tại bề mặt các xoang, và xương.
  • Giao thoa sóng âm của tất cả các sóng tạo ra sóng mới truyền tới tai nghe.

Cảm nhận rung động, ở vị trí một xoang nào đó khi âm thanh đạt được cộng hưởng tốt, gọi là vị trí âm thanh, nếu chỉ nói vị trí âm thanh mà không giải thích rõ khoa học của nó, thì sẽ mơ hồ và khó tưởng tượng.

Vị trí này đặc biệt có tính chủ quan ở mỗi cá nhân, lúc luyện tập nên được giảng giải và theo dõi, không nên bị áp đặt từ người này sang người khác.

Ở phần kế tiếp, các bài tập về cộng hưởng, sẽ đưa ra đa dạng vị trí rung động, rất mong các bạn theo dõi, luyện tập và sẽ lựa chọn được vị trí thích hợp nhất đối với mình.

Tác giả: Nhật Thanh

Nguồn kiến thức:

sách giáo khoa vật lý 12, chương dao động

Wikipedia, Âm học

– Bài viết Resonnance của VoiceScienceWorks

https://www.voicescienceworks.org/resonance.html

– Sách Speech Science Primer


Quickom Call Center