3D樂譜理論支持下音色可視化調(diào)節(jié)器機(jī)理研究

一、引言

隨著作曲技術(shù)的發(fā)展，五線譜已經(jīng)不能完全滿足創(chuàng)作和記譜的要求，因此人們對新記譜方式的追求一直沒有停止過。音樂可視化是以視覺為核心并運(yùn)用音樂載體進(jìn)行有效銜接，借助多媒體的傳播形式，利用畫面來詮釋和傳播音樂內(nèi)容，打造視聽結(jié)合的傳播方式。最近兩年發(fā)展起來的高維樂譜，如3D樂譜等就是基于現(xiàn)代科技概念基礎(chǔ)上的新樂譜形式，具有直觀、簡約和人機(jī)共享等特性。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對樂譜的需求也越來越表現(xiàn)出高維化，特別是智能表演機(jī)器人會更樂于接受高維樂譜。

以全新的3D樂譜為載體，探索全新的音樂創(chuàng)作技法，在原二維譜創(chuàng)作基礎(chǔ)上，開創(chuàng)基于人類情感與作曲技術(shù)為先導(dǎo)的、又能為智能機(jī)器讀懂的人機(jī)共享的音樂創(chuàng)作新格局。通過構(gòu)建3D樂譜理論基礎(chǔ)，提升其記錄、分析和創(chuàng)作音樂的三大功能，研究促進(jìn)其在音樂各領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，配置相關(guān)軟件及數(shù)據(jù)庫，確信這一原創(chuàng)性的發(fā)明創(chuàng)造將會掀起音樂科技浪潮。用3D形態(tài)來展示作曲家所要真正表達(dá)的情感豐富的音樂，從而使分析與研究也變得更形象化、趣味化，也更易于破解音樂發(fā)展規(guī)律和結(jié)構(gòu)密碼，給出一套全新的作曲技法——用3D圖形來創(chuàng)作新的音樂。對多聲部音樂提出全新的三維音樂層次分析，建立分層概念后分析出的音樂圖形，也會從視覺上為演奏者和聽眾提供更多清晰明了、易懂易記的圖形化分析結(jié)果，促進(jìn)音樂教育的普及，推動新型作曲技術(shù)的產(chǎn)生。在二維譜基礎(chǔ)上建構(gòu)3D樂譜理論，創(chuàng)設(shè)三維坐標(biāo)體系（H，T，Ti），即以（音高、音長、音色）為三個坐標(biāo)軸的笛卡爾坐標(biāo)體系。Ti軸向即音色序列增量方向，這里采用序列標(biāo)準(zhǔn)為音色GM國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，序列號定義為Ti軸向刻度，共128個度量單位。在3D樂譜（H，T，Ti）立體坐標(biāo)系中的某一個點(diǎn)，即代表某一時刻某音樂的音高、音長以及該音樂在這一時刻的音色，這樣，過去在傳統(tǒng)樂譜中不能體現(xiàn)的音色概念在3D樂譜中都有所表現(xiàn)，可見音色變量的重要性，借此機(jī)理，下面詳細(xì)介紹音色可視化調(diào)節(jié)器的作用。

二、音色可視化調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方案

（一）通過改樂器腔體的有效尺寸來調(diào)整音色——以延伸式竹笛為例

樂器的發(fā)音體體積與材質(zhì)決定了其固有振動頻率，直接影響著音高與音色。竹笛的發(fā)音體為竹質(zhì)管體，管體長則音調(diào)低、音色厚重，管體短則音調(diào)高、音色清脆，管體的長度對音色與音高起到?jīng)Q定性的作用。如將竹笛以分立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在需要音色作以改變時將竹笛發(fā)音體加長或縮短，以獲得所需音色與音高（圖1）。分立式結(jié)構(gòu)即用于基本管體粗細(xì)程度基本相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，附加于主要發(fā)音管體之上。分立式附加部分可長可短，材質(zhì)可以與主要發(fā)音體相同，也可以不同，兩端以螺旋結(jié)構(gòu)與主體部分連接。附加之后的竹笛發(fā)音體體積變大，振動頻率隨之改變，音色厚重圓潤。相反將分立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的竹笛附加部分拆掉，則會造成竹笛發(fā)音體體積縮小，音色清透尖銳。

圖1 竹笛分立式結(jié)構(gòu)音色調(diào)節(jié)裝置

分立式結(jié)構(gòu)的運(yùn)用使竹笛的音色得到了大大的擴(kuò)展，在不同的音樂表現(xiàn)中可以自如轉(zhuǎn)換，延伸了音樂情感的表達(dá)，擴(kuò)大了音樂的表現(xiàn)范圍。

（二）通過改變樂器腔體材料的有效屬性來調(diào)整音色——以點(diǎn)陣式大提琴為例

點(diǎn)陣式大提琴是一種新型樂器（圖2），其材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、音色效果以及應(yīng)用范圍與傳統(tǒng)樂器有一定的差別。通過在音板上鑲嵌八塊不同材質(zhì)、可拆卸互換位置的音質(zhì)補(bǔ)償陣列，使琴體固有振動頻率產(chǎn)生不同的變化，以達(dá)到泛音共補(bǔ)、美化音色的目的。在保證主聲學(xué)元振動的前提下，八塊輔聲學(xué)元通過音質(zhì)補(bǔ)償陣列的調(diào)整功能可以使點(diǎn)陣式大提琴產(chǎn)生不同的音色，比如調(diào)整不同材質(zhì)補(bǔ)償陣列的空間坐標(biāo)組合，可得到獨(dú)特的音色，對于樂隊(duì)音色需要賦予更多的靈活性。對于點(diǎn)陣式大提琴音質(zhì)補(bǔ)償陣列的研究，既有助于新樂器音色的提升，又增強(qiáng)了對音色微變化的直觀理解，尤其在教學(xué)中能讓學(xué)生更多地從直觀角度去理解樂器音色在科學(xué)調(diào)整下的不斷變化，對日常教學(xué)演示起到輔助作用。

點(diǎn)陣式大提琴的設(shè)計(jì)理念是建立在橋琴、合琴基礎(chǔ)之上，既突出了音色補(bǔ)償功能，又方便了教學(xué)需要?；诙嘣舱褚约拜o聲學(xué)元音質(zhì)補(bǔ)償陣列在本文中的特殊設(shè)計(jì)構(gòu)思，對于把點(diǎn)陣式大提琴加入到我國民族交響樂隊(duì)中，用以改善民族交響樂隊(duì)低音聲部的音效會起到有益的、積極的作用效果。在不同樂器獨(dú)奏與協(xié)奏中，民族弓弦樂器由于受到音域等問題的限制，一般在改變樂器音色的手段中通常采用臨時更換樂器以達(dá)到預(yù)期的音色效果。對點(diǎn)陣式大提琴來說可以根據(jù)對樂曲的需求來選擇安裝相適應(yīng)的輔聲學(xué)元，由此滿足對樂曲演奏的協(xié)調(diào)性和連續(xù)性。

圖2 點(diǎn)陣式大提琴的外觀結(jié)構(gòu)

說到音質(zhì)補(bǔ)償，即是運(yùn)用樂器材質(zhì)和構(gòu)造上的不同組合與搭配，來改變各中心頻率的增益從而改變音質(zhì)，通過調(diào)試使點(diǎn)陣式大提琴在音質(zhì)補(bǔ)償陣列共振共鳴的作用下使音域變寬，由于樂器音色的區(qū)域性強(qiáng)，低頻音色低沉、渾厚有力，中頻音色明亮、優(yōu)美、柔和，高頻音色穿透力強(qiáng)、色彩豐富、聲音更有辨識度、更和諧。在獨(dú)奏以及與交響樂隊(duì)齊奏時，這些音色特征能夠完成各聲部的音色要求。

在點(diǎn)陣式大提琴的面板上，由于輔聲學(xué)元的設(shè)計(jì)可以直觀觸及，用在音樂教學(xué)中，用各種材料選擇和搭配的輔聲學(xué)元可以讓學(xué)生直接感受到音色的不同，進(jìn)而對“音色”這個概念有更深刻的記憶。音色不同，樂曲表現(xiàn)出來的情感也不一樣，由此可以幫助學(xué)生對音樂有更好的理解，對受音樂的啟發(fā)和進(jìn)一步的學(xué)習(xí)都會起到積極的作用。對點(diǎn)陣式大提琴以及橋琴和合琴的研究不僅僅是研究樂器聲學(xué)振動單元的學(xué)理內(nèi)容，更重要的是將抽象概念直觀化、可視化，是“思考一下變成試驗(yàn)一下”的躍升過程。點(diǎn)陣式大提琴的音色色彩豐富、可塑性強(qiáng)，因此在獨(dú)奏時可以有多種音色選擇，更能貼合音樂作品的意境，同時也豐富了樂隊(duì)的音樂色彩。

三、結(jié)語

1. 3D樂譜理論屬于高維藝術(shù)的基礎(chǔ)理論部分，既有開拓性、原創(chuàng)性、創(chuàng)新性和集成性價(jià)值，又有文理交叉特征的綜合性、前沿性和復(fù)雜性的跨學(xué)科特點(diǎn)。既能夠有效推動新興學(xué)科及交叉學(xué)科的創(chuàng)新發(fā)展，又能夠產(chǎn)生具有重要學(xué)術(shù)創(chuàng)新價(jià)值的標(biāo)志性成果。呈現(xiàn)在3D立體圖形的樂譜中，創(chuàng)造與之配套的新理論來分析音樂內(nèi)容。用新的原則、新的模式、新的視野，對音樂做出新的詮釋，推動音樂研究方法和思想的更新，在繼承、比較、融合和實(shí)踐中展示創(chuàng)新。

2.聽音色變成看音色，增加了音色的可視化效果。增強(qiáng)了聯(lián)覺體味，有利于對音色量的物理意義的理解，提高了課堂教學(xué)效果。為尋找優(yōu)美音色的發(fā)聲體指明了方向，可增添新的配器，豐富了音樂內(nèi)涵。音色可視化調(diào)節(jié)器可進(jìn)一步分為：連續(xù)式調(diào)節(jié)以連續(xù)改變樂器主腔體有效尺寸的方式進(jìn)行調(diào)節(jié);分立式音色調(diào)節(jié)，以點(diǎn)陣式大提琴、吹管樂器竹笛的不同尺寸加長等為典型;兩種方式兼而有之的調(diào)節(jié)器，使音色的變化更炫酷。

3.為音色GM國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充做了必要的準(zhǔn)備，為3D樂譜架構(gòu)中的三維坐標(biāo)系中的Ti軸向增加了新的刻度，甚至是連續(xù)變化，為音色制定中國標(biāo)準(zhǔn)。壓縮了MIDI音樂的粗放，豐富了參數(shù)，使電子音樂變得更加細(xì)膩。

本文系國家社會科學(xué)基金后期資助重點(diǎn)項(xiàng)目“AI輔助下音樂高維化全景設(shè)計(jì)”（20FYSA003）研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫洋、杜慶東等：《高維藝術(shù)理論與實(shí)踐》，中國社會科學(xué)出版社，2019年版。

[2] 張輝、孫洋等：《高維樂譜學(xué)導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，2019年版。

[3] 張輝、孫洋等：《音樂作品二維圖譜分析法創(chuàng)設(shè)與運(yùn)用》，科學(xué)出版社 2019年版。

[4]張輝、張巖等：《高維藝術(shù)學(xué)概論》，科學(xué)出版社，2019年版。

[5] H. Zhang etal， Protein Sequence-to-Music Mapping of Enhanced Musicality by Music Style Guided Exploration of Diverse Amino Acid Properties. Nucleic Acids Research，2020，12。

[6] 高士賀：《數(shù)字之詩意》，《藝術(shù)工作》2018年第1期。

[7] 孫洋：《AI輔助下視聽同體化微觀藝術(shù)創(chuàng)作》，《藝術(shù)工作》2021年第2期。

[8] 薛舒陽：《媒介融合下視覺藝術(shù)的創(chuàng)新》，《藝術(shù)工作》2019年第4期。

[9] 邱佳：《媒體藝術(shù)的視覺素養(yǎng)》，《藝術(shù)工作》2017年第5期。

[10]張輝：《3D樂譜會否掀起音樂革命》，《人民日報(bào)海外版》2020年7月6日。

[11]張輝：《高維藝術(shù)的理論與應(yīng)用》，《人民日報(bào)海外版》2018年3月26日。