淺談琵琶“彈”的聲學(xué)特性

1、淺談琵琶“彈”的聲學(xué)特性摘要：本文采用實(shí)驗(yàn)分析的方法對(duì)琵琶演奏時(shí)的“彈”進(jìn)行分析，提取了 26個(gè)音的時(shí)長、能量、頻譜的聲學(xué)參數(shù)，結(jié)果顯示:1）倍高音、高音、中音、低 音、倍低音的時(shí)長依次增加；2）整體能量衰減速度減慢，并提出周期型、弧線形、 直線型三種能量的衰減模式；3）對(duì)頻譜進(jìn)行研究，并分析出琵琶的諧波振動(dòng)周期 性模式。本文首次將實(shí)驗(yàn)語音學(xué)研究方法引入琵琶的研究中，為琵琶演奏和教學(xué) 提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:琵琶；樂器聲學(xué)；能量；時(shí)長；頻譜一、引言“聲學(xué)是音樂聲學(xué)的根基，也是中國古代科學(xué)中最為發(fā)達(dá)的學(xué)科之一。 宋代 科學(xué)家沈括在夢溪筆談中首先使用聲學(xué)一詞，而有關(guān)音樂聲學(xué)的理論則散見于經(jīng)、史、子、

2、集之中，歷代史書中的律歷制或音樂制，其中關(guān)于律 學(xué)、樂器制造、音樂演奏和演唱技巧等的記述也多涉及音樂聲學(xué)范疇”。戴念祖（中國物理史的專家）,在他的中國聲學(xué)史（1994）中系統(tǒng)地?cái)⑹隽艘魳穼?duì)于聲 學(xué)發(fā)展的重要性。中國古代音樂聲學(xué)的研究中注重樂律的理論研究。 早在春秋戰(zhàn)國時(shí)代，中國 已出現(xiàn)了成熟的樂律計(jì)算理論和樂器調(diào)音工具，可視為中國早期音樂聲學(xué)的誕生。 十九世紀(jì)下半葉，隨著西方聲學(xué)理論著作的傳入，中國的音樂聲學(xué)開始融入具有 現(xiàn)代科學(xué)意義的研究成分。在1893年出版的聲學(xué)揭要一書中，除介紹了聲學(xué) 基本原理外還論及樂音和樂器發(fā)聲原理等內(nèi)容。當(dāng)代也有一些論著，對(duì)音樂聲學(xué)產(chǎn)生了影響，系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代音樂

3、聲學(xué)的發(fā)展歷程。龔鎮(zhèn)雄的音樂聲學(xué)一音 響、樂器、計(jì)算機(jī)音樂、Mm、音樂廳聲學(xué)原理及應(yīng)用（1995）是一本全新結(jié)構(gòu) 的音樂聲學(xué)專著。另外，韓寶強(qiáng)的專著音的歷程一現(xiàn)代音樂聲學(xué)導(dǎo)論（20XX）, 唐林等著音樂物理學(xué)導(dǎo)論（1991）、朱起東著音樂聲學(xué)基礎(chǔ)（1988）、胡澤 著音樂聲學(xué)（20XX）等都是針對(duì)音樂聲學(xué)研究做出了相關(guān)的研究。樂器聲學(xué)是音樂聲學(xué)的一種，本文對(duì)樂器中的琵琶進(jìn)行分析，以琵琶中的簡 單指法“彈”作為研究對(duì)象，提取時(shí)長、能量等聲學(xué)參數(shù)，進(jìn)行分析總結(jié)，通過對(duì) 頻譜的分析，研究琵琶演奏時(shí)的振動(dòng)方式。琵琶聲學(xué)分析的研究為音樂學(xué)研究提 供客觀數(shù)據(jù)，同時(shí)為樂器演奏和教學(xué)提供了理論依據(jù)。二、琵琶的

4、簡介及發(fā)音特色1. 琵琶的簡介琵琶已經(jīng)有二千多年的歷史，最早被稱為“琵琶”的樂器大約在中國秦朝 時(shí)期出現(xiàn)的?！芭谩边@個(gè)名稱來自所謂“推手為枇 ，引手為杷”所以名為“枇 杷”（琵琶）。琵琶被稱為“民樂之王”，其音域廣闊、表現(xiàn)力豐富。圖1琵琶的構(gòu)造圖琵琶音箱呈半梨形，四弦,頸與面板上設(shè)有用以確定音位的“相”和“品”。 經(jīng)歷了幾代演奏者的改進(jìn)，至今形制已經(jīng)趨于統(tǒng)一，成為六相二十四品的四弦琵 琶。2. 琵琶的發(fā)音特色琵琶發(fā)聲十分特殊，它的泛音不但音量大，而且音質(zhì)清脆明亮。同時(shí),琵琶發(fā) 出的基音中又伴有豐富的泛音，這種泛音能使琴聲在傳播中衰減，具有較強(qiáng)的穿 透力。琵琶之所以發(fā)音響亮，是因?yàn)榕玫拿姘搴?/p>

5、背面之間有一個(gè)共鳴箱的存在 ， 并在復(fù)手下方有一出音孔。當(dāng)用手撥動(dòng)琴弦時(shí)，琵琶的音響發(fā)生有以下的規(guī)律： 弦的振動(dòng)復(fù)手的振動(dòng)面板的振動(dòng)，從出音孔中最終把音發(fā)出來。用手指撥弦時(shí)，弦的振動(dòng)如果能夠最大限度地使復(fù)手和面板與共鳴箱產(chǎn)生 共振,其發(fā)出的音無疑是飽滿、渾厚的?？梢赃@樣認(rèn)為，由弦?guī)?dòng)復(fù)手和面板的振 動(dòng)是由演奏者的手指撥動(dòng)琴弦決定的。手指不觸弦 ，復(fù)手、面板自然不會(huì)振動(dòng)， 當(dāng)然也就不會(huì)發(fā)出音響，手指觸弦的角度、方向,決定著復(fù)手、面板振幅的大小及 弦的振動(dòng)聲波的改變，因而產(chǎn)生音色上的變化。下圖為琵琶的琴體聲譜圖圖2琴體的聲譜圖三、彈的聲學(xué)分析彈是琵琶中較為重要的指法，用右手食指指甲端（一般用與拇指

6、相鄰側(cè)的指 甲端）觸弦,將弦向左彈出發(fā)音。本文研究所使用的為六相二十四品的琵琶，音色反應(yīng)靈敏。琵琶的音域廣， 近四個(gè)八度，從四弦到一弦，從相到品，音從倍低音到低音、中音、高音、倍高音 依次增高。高音區(qū)域堅(jiān)實(shí)清脆。最高音區(qū)緊張，尖銳；中音區(qū)柔和，明亮；低音區(qū)低 沉,有彈性。本文采用Praat語音分析軟件對(duì)時(shí)長、能量以及頻譜進(jìn)行三方面分 析。錄音內(nèi)容包括倍高音（小字三組）3個(gè)、高音（小字二組）7個(gè)、中音（小字一組）7 個(gè)、低音（小字組）7個(gè)、倍低音（大字組）2個(gè),共26個(gè)音。1. 時(shí)長分析人耳可聽聲音頻率范圍：20Hz20XX0HZ即空氣每秒振動(dòng)的次數(shù)在20次到 20XX0次人耳能聽到。本文以此作

7、為能量統(tǒng)一的規(guī)范,對(duì)時(shí)間進(jìn)行歸一化處理,將 琵琶彈指法的26個(gè)音分別進(jìn)行了時(shí)長計(jì)算，并進(jìn)行曲線擬合，如下圖所示：圖3彈的各音的時(shí)長其中橫坐標(biāo)從倍低音到倍高音各個(gè)類型的音，縱坐標(biāo)為各類型音的時(shí)長。由 上圖可以看出高音的發(fā)音時(shí)尖銳，弦緊張，因此振動(dòng)頻率快，時(shí)長短。而低音發(fā)音 時(shí)低沉、渾厚，振動(dòng)頻率較慢，因此時(shí)長較長。從倍高音到高音、中音、低音再到 倍低音,時(shí)長逐漸增長。2. 能量分析對(duì)琵琶彈指法的26個(gè)音提取能量參數(shù)，對(duì)琵琶進(jìn)行能量衰減模式以及能量 變化模式的分析。從而分析琵琶的振動(dòng)模式，對(duì)今后的研究奠定基礎(chǔ)。(1) 衰減模式采用MATLA中的ployfit命令對(duì)彈指法的26個(gè)音的能量值進(jìn)行擬合,

8、求出 各個(gè)音的能量曲線的斜率，從而反映能量的衰減的速度。如圖4所示。圖4能量衰減斜率圖一般來說,高頻的能量衰減較快，低頻能量衰減慢，由上圖中可以看出，琵琶 的衰減模式遵循了一般的規(guī)律。圖中的斜率按照從高到低的順序排列，斜率值依次減低，曲線呈下降模式。倍高音re的斜率最高，能量的衰減速度最快；倍低音 so的衰減速度較慢；其他音的斜率衰減速度介于re和so之間。(2) 能量變化模式文章對(duì)26個(gè)音的能量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出了琵琶的三種能量變化模式， 反映了弦樂琵琶的諧波在衰減過程中的變化形態(tài)。(a) 周期性變化模式(b) 弧線型變化模式(c) 直線型變化模式圖5能量變化模式曲線圖5中的(a)、(b

9、)、(c)分別為中音la(a1),低音re(d)和倍高音do(c3)的 能量衰減時(shí)的變化模式曲線，分別代表了周期性變化模式、弧線型變化模式以及 直線型變化模式。琵琶的部分音周期性的能量變化模式反映出在能量衰減的過程中，諧波的變化規(guī)律是成周期性質(zhì)的。直線型以及弧線型的能量變化模式說明諧波變化的非 周期性。3. 頻譜分析文章采用Praat軟件以及演奏琵琶彈七省音階的方法分析琵琶的聲頻譜。 圖6(a)給出了 a弦的第三個(gè)把位的第一品音(C2)的語譜圖。(a) c2的語譜圖（b） c2在時(shí)的頻譜圖（c） c2在時(shí)的頻譜圖圖6高音do的頻譜分析圖6（b）選擇c2開始階段時(shí)的頻譜片段，此時(shí)第一、二、三等各

10、諧波能量較 高,最高位43db,平均在15db左右。圖6（c）之所以選擇時(shí)的頻譜圖,原因在于, 此時(shí)的共振峰發(fā)生變化，即諧波發(fā)生變化，從頻譜圖中可以看出，第一、二諧波能 量較高,在20db左右,第三諧波的為-21db左右,之后的各諧波能量相對(duì)較弱。小結(jié)表1給出了彈指法的26個(gè)音的聲學(xué)參數(shù)，包括時(shí)長參數(shù)、基頻參數(shù)、能量 參數(shù)等。表1聲學(xué)參數(shù)表由上表可以看出：1）琵琶的時(shí)長與音高低成反比，音越高,琵琶的弦越緊，振 動(dòng)頻率快，時(shí)長越短，反之越長；2）能量斜率值隨著音階的依次升高而增加；3）琵 琶的基頻與音高成正比，音越高,基頻值越大。四、結(jié)束語本文采用了 Praat語音分析軟件提取了琵琶彈指法中的26個(gè)音的時(shí)長參數(shù)、能量參數(shù)以及頻譜，對(duì)琵琶樂器進(jìn)行了聲學(xué)分析。對(duì)弦樂器的能量衰減的變化模 式給出分析，將能量的變化模式分為周期性變化模式、弧線型變化模式以及直線 型的變化模式，能量的變化模式反應(yīng)了琵琶振動(dòng)時(shí)的諧波變化方式。同時(shí),通過頻譜的研究初步分析了琵琶的諧波振動(dòng)模式。但本文所做出的研究是初步的，在今后的研究當(dāng)中，琵琶的頻譜分析以及能量的變化模式還需要深入研究，為分析琵琶等弦樂器的振動(dòng)模式研究奠定一定的基礎(chǔ)。另外，樂器聲學(xué)的研究也為樂器設(shè) 計(jì)與制造提供理論和標(biāo)準(zhǔn)，為音樂學(xué)研究提供客觀數(shù)據(jù)以及樂器演奏和教學(xué)提供 理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)：韓寶強(qiáng).我國近代