淺析琵琶“彈”的聲學特性

淺析琵琶“彈”的聲學特性摘要:本文采用實驗分析的方法對琵琶演奏時的“彈”進行分析,提取了26個音的時長、能量、頻譜的聲學參數(shù),結果顯示:1)倍高音、高音、中音、低音、倍低音的時長依次增加;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)對頻譜進行研究,并分析出琵琶的諧波振動周期性模式。本文首次將實驗語音學研究方法引入琵琶的研究中,為琵琶演奏和教學提供理論依據(jù)。關鍵字:琵琶;樂器聲學;能量;時長;頻譜一、引言“聲學是音樂聲學的根基,也是中國古代科學中最為發(fā)達的學科之一。宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中首先使用‘聲學’一詞,而有關音樂聲學的理論則散見于經(jīng)、史、子、集之中,歷代史書中的‘律歷制’或‘音樂制’,其中關于律學、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范疇”。[1]戴念祖(中國物理史的專家),在他的《中國聲學史》(1994)中系統(tǒng)地敘述了音樂對于聲學發(fā)展的重要性。中國古代音樂聲學的研究中注重樂律的理論研究。早在春秋戰(zhàn)國時代,中國已出現(xiàn)了成熟的樂律計算理論和樂器調(diào)音工具,可視為中國早期音樂聲學的誕生。十九世紀下半葉,隨著西方聲學理論著作的傳入,中國的音樂聲學開始融入具有現(xiàn)代科學意義的研究成分。在1893年出版的《聲學揭要》一書中,除介紹了聲學基本原理外還論及樂音和樂器發(fā)聲原理等內(nèi)容。當代也有一些論著,對音樂聲學產(chǎn)生了影響,系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代音樂聲學的發(fā)展歷程。龔鎮(zhèn)雄的《音樂聲學—音響、樂器、計算機音樂、Mml、音樂廳聲學原理及應用》(1995)是一本全新結構的音樂聲學專著。另外,韓寶強的專著《音的歷程—現(xiàn)代音樂聲學導論》(2003),唐林等著《音樂物理學導論》(1991)、朱起東著《音樂聲學基礎》(1988)、胡澤著《音樂聲學》(2003)等都是針對音樂聲學研究做出了相關的研究。[2]樂器聲學是音樂聲學的一種,本文對樂器中的琵琶進行分析,以琵琶中的簡單指法“彈”作為研究對象,提取時長、能量等聲學參數(shù),進行分析總結,通過對頻譜的分析,研究琵琶演奏時的振動方式。琵琶聲學分析的研究為音樂學研究提供客觀數(shù)據(jù),同時為樂器演奏和教學提供了理論依據(jù)。二、琵琶的簡介及發(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期出現(xiàn)的。“琵琶”這個名稱來自所謂“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琵琶的構造圖琵琶音箱呈半梨形,四弦,頸與面板上設有用以確定音位的“相”和“品”。經(jīng)歷了幾代演奏者的改進,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。[3]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,而且音質清脆明亮。同時,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,具有較強的穿透力。琵琶之所以發(fā)音響亮,是因為琵琶的面板和背面之間有一個共鳴箱的存在,并在復手下方有一出音孔。當用手撥動琴弦時,琵琶的音響發(fā)生有以下的規(guī)律:弦的振動——復手的振動——面板的振動,從出音孔中最終把音發(fā)出來。[4]用手指撥弦時,弦的振動如果能夠最大限度地使復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@樣認為,由弦?guī)訌褪趾兔姘宓恼駝邮怯裳葑嗾叩氖种笓軇忧傧覜Q定的。手指不觸弦,復手、面板自然不會振動,當然也就不會發(fā)出音響,手指觸弦的角度、方向,決定著復手、面板振幅的大小及弦的振動聲波的改變,因而產(chǎn)生音色上的變化。下圖為琵琶的琴體聲譜圖[5]圖2琴體的聲譜圖三、彈的聲學分析彈是琵琶中較為重要的指法,用右手食指指甲端(一般用與拇指相鄰側的指甲端)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,音色反應靈敏。琵琶的音域廣,近四個八度,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)域堅實清脆。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語音分析軟件對時長、能量以及頻譜進行三方面分析。錄音內(nèi)容包括倍高音(小字三組)3個、高音(小字二組)7個、中音(小字一組)7個、低音(小字組)7個、倍低音(大字組)2個,共26個音。1.時長分析人耳可聽聲音頻率范圍:20Hz～20000Hz,即空氣每秒振動的次數(shù)在20次到20000次人耳能聽到。本文以此作為能量統(tǒng)一的規(guī)范,對時間進行歸一化處理,將琵琶彈指法的26個音分別進行了時長計算,并進行曲線擬合,如下圖所示:圖3彈的各音的時長其中橫坐標從倍低音到倍高音各個類型的音,縱坐標為各類型音的時長。由上圖可以看出高音的發(fā)音時尖銳,弦緊張,因此振動頻率快,時長短。而低音發(fā)音時低沉、渾厚,振動頻率較慢,因此時長較長。從倍高音到高音、中音、低音再到倍低音,時長逐漸增長。2.能量分析對琵琶彈指法的26個音提取能量參數(shù),對琵琶進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模式,對今后的研究奠定基礎。(1)衰減模式采用MATLAB中的ployfit命令對彈指法的26個音的能量值進行擬合,求出各個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26個音的能量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,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)、(c)分別為中音la(a1),低音re(d)和倍高音do(c3)的能量衰減時的變化模式曲線,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弦的第三個把位的第一品音(c2)的語譜圖。(a)c2的語譜圖(b)c2在0.03s時的頻譜圖(c)c2在0.95s時的頻譜圖圖6高音do的頻譜分析圖6(b)選擇c2開始階段時的頻譜片段,此時第一、二、三等各諧波能量較高,最高位43db,平均在15db左右。圖6(c)之所以選擇0.95s時的頻譜圖,原因在于,此時的共振峰發(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較弱。3.4小結表1給出了彈指法的26個音的聲學參數(shù),包括時長參數(shù)、基頻參數(shù)、能量參數(shù)等。表1聲學參數(shù)表由上表可以看出:1)琵琶的時長與音高低成反比,音越高,琵琶的弦越緊,振動頻率快,時長越短,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個音的時長參數(shù)、能量參數(shù)以及頻譜,對琵琶樂器進行了聲學分析。對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了琵琶振動時的諧波變化方式。同時,通過頻譜的研究初步分析了琵琶的諧波振動模式。但本文所做出的研究是初步的,在今后的研究當中,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模式研究奠定一定的基礎。另外,樂器聲學的研究也為樂器設計與制造提供理論和標準,為音樂學研究提供客觀數(shù)據(jù)以及樂器演奏和教學提供理論依據(jù)。參考文獻:[1]韓寶強.我國近代音樂聲學研究概覽[J].黃鐘(武漢音樂學院學報),2002,第一期,