浅析琵琶弹的声学特性

　　浅析琵琶“弹”的声学特性
　　关键字:琵琶;乐器声学;能量;时长;频谱  Keywords: lute; instrumental acoustic;energy; duration; spectrum   一、引言  “声学是音乐声学的根基,也是中国古代科学中最为发达的学科之一。宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中首先使用‘声学’一词,而有关音乐声学的理论则散见于经、史、子、集之中,历代史书中的‘律历制’或‘音乐制’,其中关于律学、乐器制造、音乐演奏和演唱技巧等的记述也多涉及音乐声学范畴”。[1]戴念祖(中国物理史的专家),在他的《中国声学史》(1994)中系统地叙述了音乐对于声学发展的重要性。  乐器声学是音乐声学的一种,本文对乐器中的琵琶进行分析,以琵琶中的简单指法“弹”作为研究对象,提取时长、能量等声学参数,进行分析总结,通过对频谱的分析,研究琵琶演奏时的振动方式。琵琶声学分析的研究为音乐学研究提供客观数据,同时为乐器演奏和教学提供了理论依据。  二、琵琶的简介及发音特色  1.琵琶的简介  琵琶已经有二千多年的历史,最早被称为“琵琶”的乐器大约在中国秦朝时期出现的。“琵琶”这个名称来自所谓“推手为枇,引手为杷”所以名为“枇杷”(琵琶)。琵琶被称为“民乐之王”,其音域广阔、表现力丰富。  图1 琵琶的构造图  琵琶音箱呈半梨形,四弦,颈与面板上设有用以确定音位的“相”和“品”。经历了几代演奏者的改进,至今形制已经趋于统一,成为六相二十四品的四弦琵琶。[3]  2.琵琶的发音特色  琵琶发声十分特殊,它的泛音不但音量大,而且音质清脆明亮。同时,琵琶发出的基音中又伴有丰富的泛音,这种泛音能使琴声在传播中衰减,具有较强的穿透力。琵琶之所以发音响亮,是因为琵琶的面板和背面之间有一个共鸣箱的存在,并在复手下方有一出音孔。当用手拨动琴弦时,琵琶的音响发生有以下的规律:弦的振动——复手的振动——面板的振动,从出音孔中最终把音发出来。[4]  用手指拨弦时,弦的振动如果能够最大限度地使复手和面板与共鸣箱产生共振,其发出的音无疑是饱满、浑厚的。可以这样认为,由弦带动复手和面板的振动是由演奏者的手指拨动琴弦决定的。手指不触弦,复手、面板自然不会振动,当然也就不会发出音响,手指触弦的角度、方向,决定着复手、面板振幅的大小及弦的振动声波的改变,因而产生音色上的变化。  下图为琵琶的琴体声谱图[5]   图2 琴体的声谱图  三、弹的声学分析  弹是琵琶中较为重要的指法,用右手食指指甲端(一般用与拇指相邻侧的指甲端)触弦,将弦向左弹出发音。  本文研究所使用的为六相二十四品的琵琶,音色反应灵敏。琵琶的音域广,近四个八度,从四弦到一弦,从相到品,音从倍低音到低音、中音、高音、倍高音依次增高。高音区域坚实清脆。最高音区紧张,尖锐;中音区柔和,明亮;低音区低沉,有弹性。本文采用Praat语音分析软件对时长、能量以及频谱进行三方面分析。录音内容包括倍高音(小字三组)3个、高音(小字二组)7个、中音(小字一组)7个、低音(小字组)7个、倍低音(大字组)2个,共26个音。  1.时长分析  人耳可听声音频率范围:20Hz 20000Hz,即空气每秒振动的次数在20次到20000次人耳能听到。本文以此作为能量统一的规范,对时间进行归一化处理,将琵琶弹指法的26个音分别进行了时长计算,并进行曲线拟合,如下图所示:  图3 弹的各音的时长  其中横坐标从倍低音到倍高音各个类型的音,纵坐标为各类型音的时长。由上图可以看出高音的发音时尖锐,弦紧张,因此振动频率快,时长短。而低音发音时低沉、浑厚,振动频率较慢,因此时长较长。从倍高音到高音、中音、低音再到倍低音,时长逐渐增长。  2.能量分析  对琵琶弹指法的26个音提取能量参数,对琵琶进行能量衰减模式以及能量变化模式的分析。从而分析琵琶的振动模式,对今后的研究奠定基础。  (1)衰减模式  采用MATLAB中的ployfit命令对弹指法的26个音的能量值进行拟合,求出各个音的能量曲线的斜率,从而反映能量的衰减的速度。如图4所示。  图4 能量衰减斜率图  一般来说,高频的能量衰减较快,低频能量衰减慢,由上图中可以看出,琵琶的衰减模式遵循了一般的规律。图中的斜率按照从高到低的顺序排列,斜率值依次减低,曲线呈下降模式。倍高音re的斜率最高,能量的衰减速度最快;倍低音so的衰减速度较慢;其他音的斜率衰减速度介于re和so之间。
　　(2)能量变化模式  文章对26个音的能量数据进行统计分析,提出了琵琶的三种能量变化模式,反映了弦乐琵琶的谐波在衰减过程中的变化形态。  (a)周期性变化模式  (b)弧线型变化模式  (c)直线型变化模式  图5能量变化模式曲线  图5中的(a)、(b)、(c)分别为中音la(a1),低音re(d)和倍高音do(c3)的能量衰减时的变化模式曲线,分别代表了周期性变化模式、弧线型变化模式以及直线型变化模式。  琵琶的部分音周期性的能量变化模式反映出在能量衰减的过程中,谐波的变化规律是成周期性质的。直线型以及弧线型的能量变化模式说明谐波变化的非周期性。  3.频谱分析  文章采用praat软件以及演奏琵琶弹七省音阶的方法分析琵琶的声频谱。图6(a)给出了a弦的第三个把位的第一品音(c2)的语谱图。  (a) c2的语谱图  (b) c2在0.03s时的频谱图(c) c2在0.95s时的频谱图  图6高音do的频谱分析  3.4小结  表1 声学参数表    四、结束语  本文采用了praat语音分析软件提取了琵琶弹指法中的26个音的时长参数、能量参数以及频谱,对琵琶乐器进行了声学分析。对弦乐器的能量衰减的变化模式给出分析,将能量的变化模式分为周期性变化模式、弧线型变化模式以及直线型的变化模式,能量的变化模式反应了琵琶振动时的谐波变化方式。同时,通过频谱的研究初步分析了琵琶的谐波振动模式。但本文所做出的研究是初步的,在今后的研究当中,琵琶的频谱分析以及能量的变化模式还需要深入研究,为分析琵琶等弦乐器的振动模式研究奠定一定的基础。另外,乐器声学的研究也为乐器设计与制造提供理论和标准,为音乐学研究提供客观数据以及乐器演奏和教学提供理论依据。  参考文献:  [2]庄元.当代中国音乐声学研究述要[J].中国音乐学,2005,第二期,p114-116.  [3]庄永平.琵琶手册[M].上海音乐出版社,2001.  [4]刘石.琵琶的噪音分析[J],《艺范》音乐版(季刊)1996.1,p56-58.    作者简介:  高珊(1983—),女,山东省济南市,硕士研究生;研究方向:现代语音学。  高璐(1985-)女,博士研究生;研究方向:中文信息处理。  丁丽娟(1985-),女,内蒙古,硕士研究生,研究方向:理论语言学。  于洪志(1947-),女,山东省龙口,教授,博导。中国www.LWlm.Com