淺析琵琶彈的聲學(xué)特性論文
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(zhǎng)、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(zhǎng)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(yǔ)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)鍵字:琵琶;樂(lè)器聲學(xué);能量;時(shí)長(zhǎng);頻譜
一、引言
“聲學(xué)是音樂(lè)聲學(xué)的根基,也是中國(guó)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(mèng)溪筆談》中首先使用‘聲學(xué)’一詞,而有關(guān)音樂(lè)聲學(xué)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(lè)制’,其中關(guān)于律學(xué)、樂(lè)器制造、音樂(lè)演奏和演唱技巧等的記述也多涉及音樂(lè)聲學(xué)范疇”。[1]戴念祖(中國(guó)物理史的專家),在他的《中國(guó)聲學(xué)史》(1994)中系統(tǒng)地?cái)⑹隽艘魳?lè)對(duì)于聲學(xué)發(fā)展的重要性。
中國(guó)古代音樂(lè)聲學(xué)的研究中注重樂(lè)律的理論研究。早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代,中國(guó)已出現(xiàn)了成熟的樂(lè)律計(jì)算理論和樂(lè)器調(diào)音工具,可視為中國(guó)早期音樂(lè)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(guó)的音樂(lè)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(lè)音和樂(lè)器發(fā)聲原理等內(nèi)容。當(dāng)代也有一些論著,對(duì)音樂(lè)聲學(xué)產(chǎn)生了影響,系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代音樂(lè)聲學(xué)的發(fā)展歷程。龔鎮(zhèn)雄的《音樂(lè)聲學(xué)—音響、樂(lè)器、計(jì)算機(jī)音樂(lè)、Mml、音樂(lè)廳聲學(xué)原理及應(yīng)用》(1995)是一本全新結(jié)構(gòu)的音樂(lè)聲學(xué)專著。另外,韓寶強(qiáng)的專著《音的歷程—現(xiàn)代音樂(lè)聲學(xué)導(dǎo)論》(2003),唐林等著《音樂(lè)物理學(xué)導(dǎo)論》(1991)、朱起東著《音樂(lè)聲學(xué)基礎(chǔ)》(1988)、胡澤著《音樂(lè)聲學(xué)》(2003)等都是針對(duì)音樂(lè)聲學(xué)研究做出了相關(guān)的研究。[2]
樂(lè)器聲學(xué)是音樂(lè)聲學(xué)的一種,本文對(duì)樂(lè)器中的琵琶進(jìn)行分析,以琵琶中的簡(jiǎn)單指法“彈”作為研究對(duì)象,提取時(shí)長(zhǎng)、能量等聲學(xué)參數(shù),進(jìn)行分析總結(jié),通過(guò)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(lè)學(xué)研究提供客觀數(shù)據(jù),同時(shí)為樂(lè)器演奏和教學(xué)提供了理論依據(jù)。
二、琵琶的簡(jiǎn)介及發(fā)音特色
1.琵琶的簡(jiǎn)介
琵琶已經(jīng)有二千多年的歷史,最早被稱為“琵琶”的樂(lè)器大約在中國(guó)秦朝時(shí)期出現(xiàn)的�！芭谩边@個(gè)名稱來(lái)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(lè)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。[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(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)榕玫拿姘搴捅趁嬷g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(lái)。[4]
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(wú)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[5]
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(yǔ)音分析軟件對(duì)時(shí)長(zhǎng)、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(zhǎng)分析
人耳可聽聲音頻率范圍:20Hz～20000Hz,即空氣每秒振動(dòng)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(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(zhǎng)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(zhǎng)
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(zhǎng)。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(zhǎng)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(zhǎng)較長(zhǎng)。從倍高音到高音、中音、低音再到倍低音,時(shí)長(zhǎng)逐漸增長(zhǎng)。
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MATLAB中的ployfit命令對(duì)彈指法的26個(gè)音的能量值進(jìn)行擬合,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(lái)說(shuō),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(lè)琵琶的諧波在衰減過(guò)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(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(guò)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(shuō)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(yǔ)譜圖。
(a) c2的語(yǔ)譜圖
(b) c2在0.03s時(shí)的頻譜圖(c) c2在0.95s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(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。
3.4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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)越短,反之越長(zhǎng);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(yǔ)
本文采用了praat語(yǔ)音分析軟件提取了琵琶彈指法中的26個(gè)音的時(shí)長(zhǎng)參數(shù)、能量參數(shù)以及頻譜,對(duì)琵琶樂(lè)器進(jìn)行了聲學(xué)分析。對(duì)弦樂(lè)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(guò)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(lè)器的振動(dòng)模式研究奠定一定的基礎(chǔ)。另外,樂(lè)器聲學(xué)的研究也為樂(lè)器設(shè)計(jì)與制造提供理論和標(biāo)準(zhǔn),為音樂(lè)學(xué)研究提供客觀數(shù)據(jù)以及樂(lè)器演奏和教學(xué)提供理論依據(jù)。
參考文獻(xiàn):
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