民族樂器個(gè)性音色的聲學(xué)原理

匡君

音樂是聲音的聽覺藝術(shù)，音樂的研究也往往從研究音樂的聲音開始。物體振動(dòng)形成聲波刺激人的耳膜，并通過聽覺神經(jīng)傳達(dá)給大腦，讓我們產(chǎn)生聲音的聽覺感受。物理學(xué)中把聲音概括為高低、強(qiáng)弱、長(zhǎng)短、音色四種性質(zhì)。其中，音色是其最為本質(zhì)的屬性，當(dāng)人們用聽覺來(lái)感知外部的聲音世界時(shí)，常常最先感知到的是聲音的音色，我們往往靠音色來(lái)分辨自然界的風(fēng)雨聲、不同人的說話聲和不同樂器的演奏聲。

在長(zhǎng)期的藝術(shù)實(shí)踐中，中國(guó)民族樂器的音色形成了強(qiáng)烈的個(gè)性特點(diǎn)。人們常用“糯胡琴、細(xì)琵琶、脆笛子、暗揚(yáng)琴”等對(duì)樂器的個(gè)性特征進(jìn)行描述。在民間，我們很難找到兩把音色完全一樣的樂器，即使是同一件樂器，不同演奏家的演奏，音色也會(huì)表現(xiàn)出不同的個(gè)性。

那么，音色的聽覺感受由何而來(lái)？音色的不同由何而定？從聲學(xué)原理入手，弄清楚音色形成過程中起決定作用的一些因素，將有助于我們了解民族器樂個(gè)性音色特點(diǎn)的成因，從而進(jìn)一步了解民族器樂性能特點(diǎn)，對(duì)民族器樂的創(chuàng)作、演奏，以及民族樂器的改革發(fā)展均有裨益。

一

在物理學(xué)的聲學(xué)理論中，音色是諧音結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和能量變化狀態(tài)在人耳中的反映。聲學(xué)上常用頻譜圖形將聲波的諧音數(shù)目、音程關(guān)系和各個(gè)諧音的強(qiáng)度差別直觀描述出來(lái)。

一般來(lái)說，樂音音色的頻譜圖中諧音數(shù)目清晰，基音與泛音的強(qiáng)弱關(guān)系也比較明顯，音響具有“線形”頻譜的特點(diǎn)。下圖是韓寶強(qiáng)《現(xiàn)代音樂聲學(xué)導(dǎo)論》中，鋼琴與編鐘兩件樂器“a”音發(fā)聲的頻譜圖形比較：

從頻譜圖形中我們發(fā)現(xiàn)，鋼琴與編鐘發(fā)出的聲波，基音都是小字組的a音，強(qiáng)度最突出，但他們諧音列的差別很大。在音程關(guān)系上，鋼琴的泛音與基音之間多構(gòu)成協(xié)和或半?yún)f(xié)和的關(guān)系，而編鐘的泛音與基音之間多構(gòu)成不協(xié)和的音程關(guān)系，尤其是第一泛音與基音之間為減十二度。音程關(guān)系越協(xié)和，音色越柔和、清晰，反之音色顯得越粗糙。在能量強(qiáng)度上，鋼琴泛音的強(qiáng)度基本呈遞減趨勢(shì)，而編鐘卻以第四個(gè)泛音為中心形成一個(gè)波峰，聲學(xué)上又稱之為共振峰③。共振峰是指頻譜中能量強(qiáng)度相對(duì)集中的一些區(qū)域，聲波突出，容易被人耳感受到。共振峰出現(xiàn)在較低的頻率上音色就會(huì)柔軟，相對(duì)暗淡，共振峰出現(xiàn)在較高的頻率上音色會(huì)明亮、堅(jiān)硬、粗糙。由于以上差異，鋼琴和編鐘的音色得以區(qū)別開來(lái)，前者較為柔和、清晰、豐滿，后者較為堅(jiān)硬、明亮，但有些尖利。

在噪音音色的頻譜圖形中，基音與泛音的區(qū)分不明顯，諧音數(shù)目以及能量強(qiáng)度也十分復(fù)雜，頻譜中不同強(qiáng)度的諧音常以極其密集的音程關(guān)系緊密連接，音響具有“連續(xù)性”頻譜的特點(diǎn)。如果這類噪音頻譜中在某些狹窄的頻帶有較大能量的聲波突出在其他頻帶之上，它仍然能產(chǎn)生某種音高與色彩的印象，形成某種特性的音色，否則將失去色彩的特性，即所謂的“白色噪音”。如果在某些音高樂器中包含一些噪音的成分，也可形成“混合性”頻譜的圖像。如笛子、簫等管樂器的起吹噪音，古琴等彈撥樂中的“呤、猱、綽、注”，“推、按”手法奏出的摩擦噪音。

不同頻譜的聲音作用于人的聽覺系統(tǒng)，大腦通過對(duì)這些聲音參數(shù)進(jìn)行分析，最后形成不同的音色感覺。

音色感覺除了受諧音列的影響外，各諧音的能量變化也是決定音色感受的重要因素。聲音從無(wú)聲到有聲的瞬間，各諧音能量的變化常常經(jīng)歷一個(gè)從“零”到“最大”再到“衰減”的過程。在這一過程中，各諧波的振幅大小和振動(dòng)頻率又隨時(shí)間的變化而不斷地發(fā)生改變，我們的聽覺通過對(duì)各諧波的這種能量變化進(jìn)行分析也能識(shí)別音色。如管風(fēng)琴發(fā)聲瞬間諧音能量變化：

圖形是管風(fēng)琴聲音在80毫秒內(nèi)各諧音的能量變化。第一諧音（基音）達(dá)到最大值然后保持其強(qiáng)度，第二諧音最快達(dá)到最大值然后迅速下降，第三、四號(hào)諧音順次達(dá)到最大值然后也保持其強(qiáng)度，第五號(hào)諧音能量極小，幾乎沒有什么能量變化。不同的樂器這種變化存在不同的差異，也形成不同的音色區(qū)別。

在實(shí)際音樂中，不同樂器發(fā)聲其諧音列關(guān)系不同，各諧音間的音程關(guān)系也有差別。一般弦樂器或管樂器各諧音間的音程關(guān)系相對(duì)協(xié)和，而絕大多數(shù)打擊類樂器的諧音之間的音程關(guān)系都不協(xié)和。樂器不同各諧音間的強(qiáng)度關(guān)系也千差萬(wàn)別，有的樂器基音強(qiáng)，有的樂器泛音強(qiáng)，各泛音之間的強(qiáng)弱關(guān)系也是千變?nèi)f化的。即便是同一樂器，不同音區(qū)、不同力度和不同的演奏技巧，其諧音的數(shù)量、強(qiáng)弱關(guān)系也有不同。

二

音色是由聲波的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及各諧音的能量變化狀態(tài)決定，而樂器發(fā)出的聲波結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各諧音的能量變化狀態(tài)又受樂器制作材料的影響，這是民族樂器音色個(gè)性特點(diǎn)形成的重要原因。

聲學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，樂器制作材料的質(zhì)地密實(shí)其發(fā)出聲波的共振峰常會(huì)出現(xiàn)在較高的頻段上，其諧波能量的衰減也比較緩慢，音色常顯得堅(jiān)硬、明亮。相反，樂器制作材料的質(zhì)地疏軟其聲波的共振峰常會(huì)出現(xiàn)在較低的頻段上，諧波能量衰減也比較快，音色會(huì)相對(duì)柔和、黯淡。樂器制作材料質(zhì)地的細(xì)微差異均會(huì)直接影響到樂器的音色，形成不同的個(gè)性差別。

樂器的制作材料可分為人造材料和天然材料兩種。通過人為的加工處理讓天然材料性質(zhì)發(fā)生變化而制造出來(lái)的材料叫人造材料，人造材料的材質(zhì)一般具有相對(duì)統(tǒng)一的性能特點(diǎn)。材料來(lái)自于大自然中，在不改變材料本身性質(zhì)或只作簡(jiǎn)單的形狀改變，直接拿來(lái)使用的叫天然材料，天然材料常在性能、純度、密度等性質(zhì)上均有較大偏差。不同品種的天然材料，材質(zhì)差別很大，即使同一品種的天然材料也會(huì)因產(chǎn)地氣候、土壤以及日照等種種差異，引起材料質(zhì)地的密度、硬度有明顯的不同，用這些不同質(zhì)地的材料制作樂器會(huì)直接影響樂器聲音的音色，同時(shí)也形成樂器音色上的個(gè)性特點(diǎn)。

在中國(guó)古代，受“天人合一”哲學(xué)思想的影響，人們認(rèn)為合乎自然的規(guī)律，尊重大自然先天所生，而非人工有意作為的自然本性是藝術(shù)美的最高境界。古人在選擇樂器制作材料時(shí)也追求那種天然的材質(zhì)。在金、石、土、革、絲、木、匏、竹八類樂器中，用天然材料制作的樂器占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，如笙、管、簫、琴、瑟、箏、阮、三弦、琵琶、胡琴等，都是用木、竹、皮、石等天然材質(zhì)制成的。不同種類的天然材質(zhì)，其硬度、密度的材質(zhì)差別都會(huì)對(duì)樂器的聲波結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生影響，讓音色的個(gè)性化更突出。就算是同樣發(fā)聲原理的樂器，用天然材料制成，音色也會(huì)有差別。如：二胡、京胡和板胡同為拉弦樂器，二胡的琴筒為木質(zhì)，蒙蟒皮；京胡的琴筒為竹質(zhì)，蒙蟒皮：板胡的琴筒為椰殼，蒙木板，這種木、竹、椰殼等材質(zhì)的密度、硬度以及形狀之間的個(gè)性差別讓它們的音色很不一樣。就算同樣是用竹子制成的笛子，用紫竹、黃枯竹、鳳眼竹、斑竹等材質(zhì)的密度、硬度不同，音色也會(huì)有明顯的差別。用品種相同但產(chǎn)地不同的竹子，質(zhì)地也有差別，制成的笛子音色亦有不同。選擇天然材料及其材質(zhì)問的不同差異是民族樂器音色個(gè)性突出的重要原因。

三

樂器的形制影響諧音的結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)，民族樂器在形制方面的千姿百態(tài)，也是民族樂器音色個(gè)性重要原因之一。

樂器發(fā)聲時(shí)除了聲源的振動(dòng)發(fā)聲外，共鳴箱的共振、反射以及樂器各部件的共振參與都會(huì)形成復(fù)雜的泛音變化，影響樂器的音色。一般來(lái)說，樂器共鳴箱越大、面板越薄，常常會(huì)放大諧波的低頻，音色渾厚；樂器共鳴箱越小、面板越厚，會(huì)讓聲波的高頻突出，音色也會(huì)顯得清亮。另外，樂器的外形越規(guī)則，部件越簡(jiǎn)單，諧波的結(jié)構(gòu)也會(huì)規(guī)則，音色顯得純正、品質(zhì)好，反之，諧波結(jié)構(gòu)會(huì)變得雜亂，音色粗糙。

中國(guó)民族器樂有著悠久的歷史。長(zhǎng)期以來(lái)，隨著各民族音樂文化的交流與融合，我國(guó)民族樂器形成了種類繁多，形制各異特點(diǎn)。殷墟發(fā)掘出來(lái)的實(shí)物和相關(guān)文獻(xiàn)記載證明，遠(yuǎn)在三千年前，我國(guó)已有鐘、磬、陶塤、石塤、鈴、鼓、龠、和、言、鐸等十多種不同形制的樂器，到了周代，樂器種類已經(jīng)增加到七十多種。秦漢至隋唐，我國(guó)各民族交往頻繁，特別在“絲綢之路”開通以后，從西域各國(guó)傳人了大量形制各異、色彩斑斕的樂器。據(jù)《樂府雜記》所載，唐代的樂器約有三百多種。宋元明清以來(lái)，隨著拉弦樂器的逐漸完備，見諸歷史文獻(xiàn)記載的樂器多達(dá)一千二百多種。

不同種類的樂器在形制上的差別很大，音色上的區(qū)別十分明顯，即使是同一種類樂器的形制也不完全一樣。比如各地流傳的胡琴就有二胡、高胡、板胡、京胡、四胡、朝鮮奚琴、納西龍頭胡琴、馬頭琴等眾多不同形制。同一制形的樂器也沒有嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，特別是民族樂器對(duì)天然材料以及天然形狀的追求，如天然材料的孔徑、厚薄、形狀等等使得我們?cè)诿耖g很難找到兩根形制完全一樣的尺八，兩把規(guī)格完全相同的琵琶和二胡，就算是具有非常悠久歷史的古琴也有仲尼、聯(lián)珠、落霞、蕉葉等多種形制。這些形制上的差別直接影響樂器發(fā)聲時(shí)的聲波，形成個(gè)性化的音色。

有時(shí)為了表達(dá)某種特殊的意象，藝術(shù)家們會(huì)在樂器上刻上字畫、鑲上圖案，有的還在樂器上雕刻龍頭、鳳頭、馬頭等等。這些種類繁多、形制各異的樂器發(fā)聲時(shí)，除了聲源的振動(dòng)發(fā)聲外，各種共鳴箱的共振、反射以及樂器各部件的共振參與都會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的諧音變化，更進(jìn)一步促使樂器音色上的個(gè)性化。

四

演奏法改變，聲波的頻譜結(jié)構(gòu)和能量狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生明顯變化，在民族器樂演奏中，千變?nèi)f化的演奏技法是民族樂器音色個(gè)性形成的另一重要原因。

不同的演奏技法所帶來(lái)的力度、速度、取音點(diǎn)的變化等等，都會(huì)直接影響到聲波的頻譜結(jié)構(gòu)和能量變化狀態(tài)。聲學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，用快速、生硬的發(fā)力方法，聲音頻譜中會(huì)造成更多的高頻分音，音色會(huì)更明亮、尖銳；慢而柔和地發(fā)力，低頻諧音突出，音響會(huì)較暗淡、圓潤(rùn)。同時(shí)，強(qiáng)力度的演奏能產(chǎn)生更多的分音，頻譜諧波的密度高，并且能提升中高頻諧音的振幅，原本在弱奏時(shí)聽不到的某些中高頻分音，在強(qiáng)奏時(shí)加入到了整個(gè)音色聽覺感受之中，因此音色變得豐滿、響亮、明快，甚至?xí)詾榇植?、刺耳。相反，弱奏時(shí)的音色會(huì)變得稍微的柔和、暗淡。另外，弦樂器上的呤、猱、推、按等演奏手法都可以讓基音的音高產(chǎn)生周期性的細(xì)微偏離，帶來(lái)振幅和頻率上的變化，產(chǎn)生若干不同諧波的復(fù)合，讓音色發(fā)生個(gè)性化的變化。再有，演奏時(shí)的擊奏工具，取音點(diǎn)的不同選擇都可以使音響頻譜的諧波結(jié)構(gòu)及時(shí)間過渡特性產(chǎn)生“非常規(guī)”的變化，從而形成某種新鮮的特殊音色。

在民族器樂的演奏中，追求多樣變化的演奏手法是民樂演奏的一大特征，各種演奏技法所帶來(lái)的個(gè)性化音色更是讓人眼花繚亂。許多樂器有多達(dá)幾十種的不同奏法變化。如嗩吶可用唇、指、舌、氣的不同演奏方法吹出如唇壓音、唇顫音、唇滑音、指顫音、指滑音、指打音、花舌音、簫音等不同的音色；二胡可以利用右手的弓法，如長(zhǎng)弓、短弓、連弓、分弓、跳弓、顫弓等，及左手的揉弦、滑奏、打音、顫音，以及右手的勾弦、彈弦、撥弦、拍琴筒、彈蛇皮等不同的奏法獲得多種不同的音色；古琴音樂除了散音、按音與泛音3種基本的音色外，左右手加起來(lái)共有九十多種不同的演奏技法，在古琴上，運(yùn)用這些技法同一個(gè)樂音可以產(chǎn)生幾十種不同的音色。

在實(shí)際的樂器演奏中，不同演奏技法之間的相互配合，以及其輕、重、緩、急的藝術(shù)處理，在不同師承、流派的表演藝術(shù)家手中，又都有極其個(gè)性化的特點(diǎn)。如絲竹樂合奏中就有“各人各有心中譜、各人各有一條路”的藝訣，清末黃曉珊的《希韶閣琴瑟合譜》中有“金凌之頓錯(cuò)，中浙之綢繆，三吳之含蓄，西蜀之古勁，八閩之激昂”等不同琴派的個(gè)性描述。正是這些個(gè)性化的演奏，讓即使相同的樂器在不同的藝術(shù)家手上也凸顯出不同的個(gè)性音色特點(diǎn)。

另外，從樂器構(gòu)造本身來(lái)看，民族樂器沒有像西洋樂器那樣，在樂器上安裝各種機(jī)械化的裝置。我們的管樂不用按鍵、弦樂沒有指板，樂器的機(jī)械化程度越低，演奏時(shí)的力度、速度、取音點(diǎn)以及壓弦的深淺、激發(fā)工具的質(zhì)地等等都很難統(tǒng)一，演奏手法會(huì)更難一致。如在古箏上用指甲撥奏或越靠近前山岳的演奏都可產(chǎn)生更多的高頻復(fù)合振動(dòng)，發(fā)音也越明亮、尖銳，并帶有金屬色彩；反之，如果用指端肉撥奏或越靠近碼子的演奏，取音點(diǎn)以上的諧波受到抑制，高頻部分音數(shù)目明顯減少，音色較正常奏法時(shí)更為柔和、空淡。同樣是弦樂的揉弦，小提琴因有指板的限制，幾把小提琴同時(shí)演奏時(shí)顫吟幅度會(huì)相對(duì)一致，音色融合；幾把二胡或幾臺(tái)古箏同時(shí)演奏時(shí)，壓弦的深淺很難統(tǒng)一，音色也會(huì)更加有個(gè)性。

五

民族樂器個(gè)性音色的形成與中國(guó)傳統(tǒng)的美學(xué)思想有關(guān)，民族樂器音色的強(qiáng)烈個(gè)性也是我們民族音樂特征的一種特殊的符號(hào)。

早在先秦時(shí)期，史伯就效仿自然界的規(guī)律提出了“和實(shí)生物，同則不繼”的美學(xué)思想，強(qiáng)調(diào)“和”是眾多不同事物之間的和諧，認(rèn)為不同事物相互補(bǔ)充、協(xié)調(diào)和平衡是各種事物產(chǎn)生和發(fā)展的根本條件，一切事物都是多種不同成分的融合統(tǒng)一，“和實(shí)生物”便成了人們普遍的審美追求。樂器演奏時(shí)，強(qiáng)調(diào)用不同個(gè)性的音色來(lái)加強(qiáng)音樂表現(xiàn)力，追求音色的多樣性也成了普遍的審美原則。

長(zhǎng)期以來(lái)，我們的祖先沒有現(xiàn)代科學(xué)中的聲學(xué)儀器，沒有基音、泛音、諧音等聲學(xué)概念，要獲得“和而不同”理想的個(gè)性音色，古代的音樂家們從樂器的制作材料、樂器形制、發(fā)聲原理、演奏方法上下功夫。他們憑著自己的經(jīng)驗(yàn)和審美喜好，從大自然中去尋找理想的“天然”材料，制造出上千種形制各異的器樂，它們發(fā)聲原理各異，演奏方法千變?nèi)f化，從而使件件樂器性能獨(dú)特、音色個(gè)性。樂器的個(gè)性音色，以及個(gè)性音色之間的相互配合，讓中國(guó)民族器樂一直煥發(fā)著無(wú)窮的生機(jī)和魅力。中國(guó)民族樂器個(gè)性音色特點(diǎn)的形成是中國(guó)古代音樂家們的智慧結(jié)晶。它不僅反映出中國(guó)傳統(tǒng)“和實(shí)生物”的思想和崇尚自然的美學(xué)精神，也從另一個(gè)側(cè)面顯示了古人理解自然事物的科學(xué)性。

在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，物理學(xué)中的聲學(xué)知識(shí)、聲學(xué)檢測(cè)儀器和精確的加工機(jī)械等等，都參與到樂器的制作和改造的工作中來(lái)，民族樂器在音準(zhǔn)、音量、音質(zhì)、性能等方面都得到了很好的改善。中國(guó)民族樂器的發(fā)展，如何在借鑒現(xiàn)代科技的同時(shí)保持民族樂器多樣的音色個(gè)性特點(diǎn)，弘揚(yáng)中國(guó)傳統(tǒng)音樂文化的美學(xué)精神，是我們樂器制造與改革發(fā)展中尤其值得重視和關(guān)注的問題。

（責(zé)任編輯 榮英濤）