Bloothooft, G. (1988). 'Zang, muzikale spraak', in: Ter sprake, samengesteld door M.P.R. van den Broecke, pp.191-199, Foris, Dordrecht.


ZANG, MUZIKALE SPRAAK

Gerrit Bloothooft

 Onderzoeksinstituut Taal en Spraak, RU Utrecht
Trans 14, 3512 JK Utrecht

Figuur 1: Koor, beeldhouwwerk van Luca della Robbia, 1392-1482 (museo di S. Maria del Fiore, Florence).

Zingen onderscheidt zich van spreken door een veel rijker gebruik van de mogelijkheden die de stem ons biedt. In zang treden echter ook tal van bijzondere fysiologisch-akoestische verschijnselen op. We bespreken hier aspekten met betrekking tot toon-hoogte, luidheid, klankkleur, stemklassifikatie, de zangformant, stemregisters, vibrato en de problemen van het zingen bij hoge toonhoogte.

0. Inleiding

Wanneer we spreken dan is de variatie in de toonhoogte van de stem maximaal 1 oktaaf. De stem heeft echter meestal een veelvoud van dit bereik, zo ongeveer 2 3 oktaven die zich voornamelijk uitstrekken boven het gebied van de spreekstem. In zang kunnen we die extra stemmogelijkheden gebruiken.

Zingen is een bijzondere manier van menselijke communicatie en wordt vaak gebruikt om gevoelens uit te drukken. Bij vreugde en feesten wordt gezongen, religieuze gevoelens worden vaak in gezongen vorm uitgedrukt, de saamhorigheid bij akties wordt met strijdliederen onderstreept.

Onze stem heeft heel veel mogelijkheden tot klankvorming. De manier waarop hiervan gebruik wordt gemaakt hangt sterk af van de (sub)cultuur van een land. Vergelijk bijvoorbeeld de Chinese en de Westerse opera, het zingen van negrospirituals, popsongs en volksliedjes, het jodelen etc. De waardering van al deze gezongen uitings mogelijkheden kan nogal uiteenlopen. Zelfs binnen het beperkte gebied van de Westerse klassieke zang is men het er vaak niet over eens wat 'mooi' is en hoe dat via een bepaalde zangtechniek bereikt kan worden. Het probleem is dat zangtechniek naast akoestische en fysiologische aspekten ook belangrijke psychologische aspekten omvat. De voortbrenging van geluid in het strottehoofd is namelijk niet een tot in detail controleerbaar proces.

Spanning en ontspanning in de talrijke spieren die bij de stemgeving betrokken zijn, zijn sterk gebonden aan de algehele fysieke en emotionele toestand. De uitdrukking 'een brok in de keel hebben' geeft dat treffend weer.

Zingen doe je niet alleen met de stembanden maar met je hele lichaam en geest. Zangtechniek en het leren daarvan is daarom sterk persoonsgebonden. Natuurlijk zijn er wel een aantal algemene eigenschappen van de stemgeving bij zingen te geven, die vooral op fysiologisch en akoestisch terrein liggen. In dit hoofdstuk zullen we een aantal akoestische kenmerken bespreken van de Westerse klassieke zang, zoals: toonhoogte, luidheid, klankkleur, stemklassifikatie, de zangersformant, stemregisters, vibrato en de problemen van het zingen van klinkers bij hoge toonhoogtes.

1. Toonhoogte en luidheid

De stemgeving bij het zingen verschilt niet wezenlijk van die bij het spreken. Niettemin kunnen door training van de stem- en articulatie spieren veel meer klankmogelijkheden ontwikkeld worden. Dat geldt niet alleen voor het toonhoogtebereik, de laagste en hoogste toon die men kan zingen, en het dynamisch bereik, de zachtste en luidste klank die geproduceerd kan worden, maar vooral ook voor het timbre of de klankkleur van de stem. De mogelijkheden met betrekking tot toonhoogte, luidheid en klankkleur verschillen per zanger en worden gebruikt bij stemklassifikatie van zangers. De toonhoogte kan lopen van 73 Hz (laagste toon voor een bas) tot meer dan 1400 Hz (hoogste toon voor een sopraan). In het laatste geval gaan de stembanden dus 1400 maal per sekonde open en dicht! Dat is een enorme fysiologische belasting. Het dynamisch bereik is gemiddeld 20 40 dB voor een vaste toonhoogte. Absoluut wordt de laagste stemintensiteit echter bereikt bij een lage toonhoogte, en de hoogste stemintensiteit bij een hoge toonhoogte. Het totale verschil kan dan wel oplopen tot 80 dB. In een fonetogram (zie de bijdrage van Pabon) kunnen deze kenmerken zichtbaar gemaakt worden. Figuur 2 geeft fonetogrammen van een bariton en een sopraan. Let op de verschillen in het toonhoogte bereik en op de overeenkomsten in de vorm van het fonetogram.

2. Klankkleur

De waarneming van toonhoogte en luidheid van een stem komt redelijk goed overeen met de waarden van de fysische grootheden grondfrekwentie en geluiddruknivo. Voor de waarneming van klankkleur is deze relatie echter niet zo gemakkelijk te geven. Klankkleur wordt meestal gedefinieerd als alle aspekten waarin geluiden van elkaar kunnen verschillen als de toonhoogte en luidheid gelijk zijn. Naast de verschillen tussen een ruisig of

periodiek signaal is dan het frekwentiespektrum het belangrijkste fysisch aspekt van de klankkleur van een geluid. Aangezien voor een periodiek geluid elke verandering in de amplitudes van de harmonischen leidt tot een nieuwe klankkleur is de mogelijke variatie in klankkleur zeer groot. Deze enorme gevarieerdheid vinden we terug in de grote woordenschat die we hebben om klankkleur te beschrijven. Een klank kan warm, koel, helder, dof, metalig, fluweelachtig, scherp, enzovoort zijn.

Figuur 2. Fonetogrammen van een bariton (boven) en een sopraan (onder), opgenomen volgens de methode van Pabon.

Nu kunnen we met onze stem niet alle denkbare geluiden produceren. Het blijkt dat er hooguit vier vijf waarneembare, onafhankelijke veranderingen in de klankkleur van een periodiek stemgeluid kunnen worden aangebracht. We zeggen ook wel dat, in tegenstelling tot toonhoogte en luidheid, die ieder n-dimensionale grootheden zijn (met respektievelijk de schalen laag-hoog en zacht-luid), klankkleur een multi-dimensionale perceptieve grootheid is. De omschrijvingen van de klankkleur dimensies zijn niet precies bekend omdat luisteraars hierover nogal van mening verschillen. Van de maximaal vijf dimensies kunnen alleen de twee belangrijkste met de schalen dof-scherp en kleurloos-kleurrijk aangeduid worden.

De stem van een zanger of zangeres heeft een persoonlijke klankkleur, welke bepaald wordt door de specifieke eigenschappen van de stembanden en de vorm en grootte van het aanzetstuk. Deze persoonlijke klankkleur is medebepalend voor de stemklassifikatie van een zanger. Er zijn aanwijzingen dat het verschil in klankkleur tussen zangers vooral komt door verschillende lengtes van het aanzetstuk: voor een bas kan dat 25 cm zijn, voor een tenor 19 cm. De formantfrekwenties van een bas zijn dan veel lager dan die van een tenor, en de stem zal daarom donkerder klinken. Voor zangeressen geldt hetzelfde, maar in mindere mate: de lengte van het aanzetstuk van alten en mezzo-sopranen is maximaal 19 cm, voor sopranen is dat minimaal 15 cm. Vrouwen lijken echter onderling meer te verschillen in de specifieke eigenschappen van de stembandtrilling: bij alten worden door een abruptere stembandsluiting de hogere harmonischen meer versterkt. Alten kunnen daarom, meer dan sopranen, een volle, warme klankkleur bezitten.

Door verandering van stemregister en artikulatie kan een zanger nog veel extra variatie in klankkleur realiseren. Het stemregister is een kenmerk van de stembron, artikulatie wordt bepaald door de vorm van het aanzetstuk, waarbij de positie van het strottehoofd, het keelvolume en de mondstand een belangrijke rol spelen. Al deze aspekten zijn onderwerp van aandacht n discussie in de zangpedagogiek.

3. Enige spektrale aspekten van klankkleur

We zullen nu een aantal aspekten van klankkleur bespreken aan de hand van de frekwentiespektra van een klinker /a/ die door een professionele bas-bariton gezongen werd op 131 Hz (c-klein) op de volgende manieren: zacht, neutraal, luid, donker, licht en geknepen. In Figuur 3 staan de frekwentiespektra, in Tabel I de formantfrekwenties van de klinkers.

Bij de zachte fonatie valt op dat boven 1500 Hz geen belangrijke energie meer aanwezig is. De grondtoon, de eerste piek bij 131 Hz, is het grootst. De amplitude van de grondtoon is bij zachte fonaties bepalend voor de luidheid van de klank en hangt samen met de grootte (niet de vorm) van de glottale puls. Bij zacht zingen en spreken gaan de stembanden geleidelijk open en dicht en dan worden weinig hogere harmonischen gegenereerd: het spektrum loopt steil naar beneden af voor hogere frekwenties.

Van zachte via neutrale naar luide fonatie zien we het frekwentiegebied tussen 1500 Hz en 3500 Hz gaandeweg in belang toenemen. Er is eigenlijk sprake van een kanteling van het spektrum rond de eerste formant (ongeveer 700 Hz): frekwenties lager dan de eerste formant blijven achter. Dit komt omdat bij toenemende luidheid niet de grootte, maar de vorm van de glottale puls de luidheid gaat bepalen. Het openen en sluiten van de stembanden gaat steeds abrupter en daarmee nemen de hogere harmonischen sterk in belang toe. Het frekwentiegebied rond de eerste formant gaat nu de luidheid bepalen. Naast deze spectrale kanteling, die van glottale oorsprong is, verandert ook de articulatie bij luider zingen: de mond wordt wijder geopend. Dat komt tot uitdrukking in hogere frekwenties van de eerste en tweede formant, zoals in Tabel I te zien is. De frekwenties van de derde en vierde formant nemen daarentegen af. De meest waarschijnlijke oorzaak daarvan is dat bij luider zingen het strottehoofd daalt. Daardoor komen de frekwenties van F3 en F4 ook dichter bij elkaar te liggen en gaan deze formanten elkaar versterken. Dit verschijnsel van krachtige harmonischen tussen 2 en 3 kHz wordt ook wel de zangersformant genoemd. Voor een rijke, volle klank lijkt deze zangersformant heel belangrijk te zijn.

Van een ander karakter is de klankkleur variatie van donkere via lichte naar geknepen stemgeving. Alhoewel een donkere en een geknepen stemgeving niet in luidheid verschillen, zien we nogal uiteenlopende spektra in figuur 3. Bij een donkere klankkleur is er boven 3 kHz geen belangrijke energie meer aanwezig, terwijl die bij geknepen stemgeving dan juist geprononceerd is. De formantfrekwenties van de donkere klankkleur liggen alle beduidend beneden die van de geknepen stem. Ook over het totaal genomen zijn, wat formantfrekwenties betreft, donker en geknepen de extremen. We hebben bij de donkere stem te maken met het effect van een zeer lage positie van het strottehoofd en een ruime keelholte, en bij de geknepen stem met een zeer hoge positie van het strottehoofd en een kleine keelholte. Daarnaast wordt de stemgeving bij de geknepen stem gekenmerkt door de zeer korte tijd dat de stembanden open zijn, met een kleine krampachtige puls, en een lange gesloten tijd. Dit leidt tot een extreme kanteling van het spektrum en dus tot een relatief grote versterking van de hoogste harmonischen. Bij de lichte stem is sprake van een normale stemgeving die echter wat zachter is dan de neutrale.

Figuur 3: Frekwentiespektra van een klinker /a/ gezongen op 131 Hz (c-klein) door een bas-bariton, links: zacht, neutraal en luid; rechts: donker, licht en geknepen.

 

Tabel I: Formantfrekwenties (Hz) van de frekwentiespektra in figuur 3. De geluidsintensiteit I wordt gegeven in dB (SPL).

. F1 F2 F3 F4 Geluidssterkte (dB SPL)
zacht 630 1070 2750 3400 74
neutraal 690 1130 2500 3100 90
luid 780 1250 2350 2750 100
donker 630 940 2230 2620 90
licht 700 1130 2750 3300 80
geknepen 740 1180 3100 3350 90

4. Stemregisters

Naast de effekten van luidheid, strottehoofdpositie en artikulatie, kan de stemkleur nog zeer benvloed worden door het register waarin gezongen wordt. Een stemregister -de term is afgeleid uit de vergelijking met orgelregisters- kan gedefinieerd worden als stemvorming op basis van n fysiologisch mechanisme. Over stemregisters bestaat zeer veel onenigheid met betrekking tot het aantal registers dat onderscheiden kan worden en hoe de registers genoemd moeten worden: Er bestaan tientallen registernamen. Niettemin wordt meestal een hoofdindeling in drie registers gemaakt. Beneden een grondfrekwentie van ongeveer 70 Hz gaat de stem over in een krakende reeks pulsen met relatief lang gesloten stembanden. Dit register, dat wel pulsregister of 'vocal fry' genoemd wordt, wordt niet bij spreken en zingen gebruikt.

Vervolgens komt een groot frekwentiegebied, dat we modaal register kunnen noemen. In de zangwereld wordt dit gebied ook wel onderverdeeld in het borst-, midden- en kopregister. Met name de benamingen borstregister en kopregister zijn gerelateerd aan de trillingsensaties die respektievelijk in de borst en in het voorhoofd gevoeld kunnen worden bij een bepaalde toonhoogte en luidheid. Deze trillingen dragen echter in het geheel niet bij tot de toonvorming, ze zijn er slechts een afgeleide van. Als zodanig kunnen ze een zanger wel behulpzaam zijn bij het vinden van de juiste klankkleur. Omdat er bij borst-, midden- en kopregister geen sprake is van sterk verschillende fysiologie van de stemgeving is het eigenlijk onjuist om van registers te spreken. In het modale register kan de grootste variatie in toonhoogte en luidheid gerealiseerd worden. Hierbij speelt de belangrijkste spier in de stembanden, de M.Vocalis, een grote rol door de mate waarin deze gespannen of ontspannen wordt.

In het hoogste toonhoogtebereik van de stem kan wl een totaal ander mechanisme optreden: het falsetregister. De stembanden zijn dan zeer dun en staan onder hoge spanning, mede door kanteling van het strottehoofd. Alleen de randen van de stembanden trillen, er treedt geen abrupte sluiting op en vaak is er geen volledige stembandsluiting; het geluid klinkt relatief zacht en is vaak dof en hees.

5. Vibrato

Een ander belangrijk aspekt van klankkleur wordt gevormd door het vibrato van de stem. Vibrato is een modulatie van de grondfrekwentie. De toonhoogte is niet constant maar neemt periodiek toe en af. De periodiciteit ligt gewoonlijk tussen 5 en 7 Hz; een periodiciteit van meer dan 10 Hz wordt tremolo genoemd, en niet gewaardeerd. Figuur 4 geeft een voorbeeld van het toonhoogte verloop van een regel uit het lied 'Erlknig' van Schubert, gezongen door een bas-bariton. Heel duidelijk is te zien dat er van een constante toonhoogte geen sprake is. De variatie in toonhoogte door vibrato bedraagt zelfs meer dan een semitoon. Niettemin zal niemand zeggen dat er vals gezongen wordt.

Figuur 4: Toonhoogte verloop van een regel uit het lied 'Erlknig', gezongen door een bas-bariton.

 

6. Zingen op een hoge toonhoogte

Wanneer er op een hoge toonhoogte gezongen wordt, dan heeft dat een aantal interessante akoestische konsekwenties. Ten eerste zal, bij toenemende toonhoogte, de grondfrekwentie in de buurt van de eerste formant komen; het eerst voor de klinkers met een lage F1, zoals /i/ en /u/. Dat kan leiden tot een zeer sterke akoestische koppeling tussen het aanzetstuk en de glottis, waardoor stemgeving nauwelijks meer mogelijk is. Zoiets is voor zang natuurlijk ongewenst en de zangeres zal daarom door een aangepaste articulatie, bijvoorbeeld door de mond wijder te openen, de frekwentie van F1 laten toenemen. Dat gaat dan wel ten koste van een verminderde klinkeridentiteit: de klinkers gaan meer op elkaar lijken bij hoge toonhoogtes.

Een tweede aspekt van het zingen met hoge toonhoogtes is dat er minder harmonischen zijn in het relevante frekwentie gebied beneden 5 kHz. Wanneer met een grondfrekwentie van 100 Hz wordt gezongen zijn er 50 harmonischen aanwezig, bij een grondfrekwentie van 1000 Hz zijn dat er nog maar 5. In het laatste geval zijn er nauwelijks mogelijkheden om variatie in klinkeridentiteit en klankkleur aan te brengen. Het resultaat is dat een afzonderlijk gezongen klinker zo goed als onverstaanbaar wordt. Het zijn dan de spektrale effecten van toonhoogte-verandering en koartikulatie waardoor gezongen teksten op hoge toonhoogtes toch nog enigszins verstaanbaar blijven.

Literatuur

(1) Bartholemew, W.T. (1934) A physical description of 'good voice quality' in male voice, J. Acoust. Soc. Am. 6, 25-32.
(2) Bloothooft, G. (1985) Spectrum and timbre of sung vowels, proefschrift, Vrije Universiteit, Amsterdam.
(3) Sundberg, J. (1977) The acoustics of the singing voice, Scientific American 236, 82-91.
(4) Sundberg, J. (1982) The perception of singing. In:The psychology of music (D. Deutsch, editor), London: Academic Press.
(5) Vennard, W. (1967) Singing, the mechanism and the technique, New York, Fisher.
(6) Het tijdschrift Journal of Research in Singing.

Vragen

1. Uit een aantal Nederlandse spreekwoorden en gezegden blijkt de relatie tussen zang, gevoel en gedrag. Bedenk er enkele en beschrijf de relatie.
2. Waarom zijn klinkers in zang meestal belangrijker dan medeklinkers?
3. Welke kenmerken van vibrato en spektrum zou je intutief toekennen aan respektievelijk een warme, metalige, fluweelachtige en scherpe stem?
4. Waarom is zang bij hoge toonhoogtes moeilijk te verstaan?
5. Zangers zeggen wel dat de trillingen die ze in het voorhoofd voelen onmisbaar zijn voor de vorming van een mooie klank. Hoe moeten we zo'n opmerking interpreteren, in akoestisch en psychologisch perspektief?
6. Vibrato kan leiden tot een nauwkeuriger beschrijving van formanten doordat de boventonen onder het omhullende spektrum heen en weer schuiven. Leg dit principe uit.