拍音的聲學(xué)原理及其在音樂實踐中的應(yīng)用

張哲琳

（新疆藝術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830001）

對聲音的分析始終是音樂理論研究的中心話題。然而，對于音樂學(xué)科而言，學(xué)界多從音樂理論的角度分析和聲、曲式、調(diào)式、調(diào)性等內(nèi)容，鮮有從聲學(xué)的角度分析音色等內(nèi)容。拍音作為音樂實踐中普遍存在的現(xiàn)象，更是鮮有學(xué)者關(guān)注。本文圍繞拍音的概念，進(jìn)而探索拍音的聲學(xué)原理，同時對鋼琴調(diào)律、鐘聲中拍音的應(yīng)用進(jìn)行初步探討。

1 拍音的聲學(xué)原理

拍音是兩個頻率不同的波相加而形成的周期性的幅值變化。當(dāng)頻率差小于12.5 Hz時，大多數(shù)聽者會察覺到拍音現(xiàn)象；當(dāng)頻率差大于15 Hz時，聽感逐漸從拍音變成一個音高不明確、不穩(wěn)定的聲音；當(dāng)頻率差繼續(xù)增大，到達(dá)某一數(shù)值時，兩個頻率從混合在一起變?yōu)榭杀蝗硕直?，但是仍然有不平穩(wěn)的聽感；當(dāng)頻率差進(jìn)一步增大時，聽感將從不平穩(wěn)轉(zhuǎn)變成平穩(wěn)；如果兩個純音的頻率差繼續(xù)增大，只要在人耳聽音頻率范圍內(nèi)，則可分辨、平穩(wěn)的聽感將持續(xù)下去[1]。

拍音具有以下特點(diǎn)。（1）拍音只能由兩個聲波相互干涉才能形成。（2）兩個聲波振動頻率差異小，比較相近的時候才能出現(xiàn)拍音（即當(dāng)頻率差小于12.5 Hz時），隨著頻率差的升高，人耳無法感知拍音存在，聲音會逐漸變得生澀再轉(zhuǎn)至平滑。（3）拍音不但可以在兩個簡諧振動中產(chǎn)生，也可以在兩個復(fù)合振動中產(chǎn)生。（4）拍音可以計量。拍音具有周期性的變化，有一定的頻率，單位時間內(nèi)拍音周期性變化的次數(shù)（強(qiáng)弱變化的次數(shù)）稱為“拍頻”。（5）拍音只有強(qiáng)弱之分，沒有高低之分，拍頻僅代表強(qiáng)弱變化的速度而非音高。

2 拍音現(xiàn)象在音樂實踐中的應(yīng)用

2.1 鋼琴調(diào)律原理（輔助鋼琴調(diào)律）

從前文可以得知，每秒鐘內(nèi)拍音的變化次數(shù)等于兩樂音的頻率差，所以兩樂音的頻率越接近，拍音次數(shù)就會越少，拍音現(xiàn)象就越易被人耳所察覺。

鋼琴調(diào)律中拍音的運(yùn)用十分常見。在鋼琴調(diào)律中，拍音現(xiàn)象并非單指基頻的比較（同音不同弦需要比較基頻），還包括兩音臨近泛音的頻率比較或基頻與泛音頻率比較。生活中每個物體發(fā)出的樂音都不是純音，而是復(fù)合音，鋼琴也是如此。每一個復(fù)合音中除了基音，還包含許多泛音，這些泛音的頻率大體是基音的整數(shù)倍。鋼琴上不同音程產(chǎn)生的拍音，通常發(fā)生在這些泛音之上，只不過音程不同時，發(fā)生拍音的泛音也不同。

拍頻由產(chǎn)生拍音的原來兩個波的頻率差決定，反過來說，知道拍音數(shù)量的多少，可以推測出原來兩個波的頻率差是多少。而鋼琴調(diào)律是兩音中所臨近泛音的頻率比較，實質(zhì)是十二平均律和純律兩種律制特點(diǎn)差異所造成的。以純律音程的純正無拍的純點(diǎn)作為參照點(diǎn)，然后通過放寬或收窄音程而使之達(dá)到十二平均律的要求[1]。顯而易見，如果兩種律制的某音程的寬度差別小，那么需要調(diào)整的量就小；如果音程寬度差別大，需要調(diào)整的量就大。

總體來看，弦振動的各次諧音的振幅是不同的，序數(shù)越高，拍音振幅越小，能量就會越小。能量小時，很難形成既有一定強(qiáng)度又有清晰度的拍音。例如，發(fā)生在序數(shù)比較高的諧音上的音程（大、小二度與大、小七度）的拍，拍音振幅很小或極?。m然也有一個例外，就是小七度的拍，發(fā)生諧音的序數(shù)不是很高，甚至比小六度的還低一些，它有一定的振幅）。所以，在調(diào)律過程中，常用到的主要是諧音序列低的音程度數(shù)（例如八度、五度等音程）的拍音。

音樂家在演奏過程中，對音準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格（例如聽辨和弦，音的色彩等），但是他們不會去聽辨樂音之間有多少次拍音的出現(xiàn)，音樂家只是感覺和弦的色彩是否和諧。但是，作為鋼琴調(diào)律師，不僅要判定樂音之間的不和諧程度，還要將其調(diào)整到正確的音高位置上。

當(dāng)今國內(nèi)外的調(diào)律方法有很多種，但最常用的仍是八度、五度相結(jié)合來調(diào)整的方法。這是指先利用音叉或其他固定音高調(diào)整一個音；再根據(jù)這個音，按照十二平均律調(diào)律法，完成一個音組的調(diào)律；然后，以這一音組為基準(zhǔn)，并按八度、五度等音程關(guān)系下行或上行，依次完成其他音組調(diào)律的方法。這種方法在平移、上下行的過程中，都離不開調(diào)律師用聽覺來感受拍音，辨別拍音。所以，“拍音”時時刻刻都在影響著鋼琴調(diào)律過程的每一個環(huán)節(jié)。

拍音的準(zhǔn)確計算影響整個調(diào)律過程的精度。由前文可知，拍音可以計量是其基本屬性之一，所以調(diào)律師在對拍音進(jìn)行實際應(yīng)用時，應(yīng)該精準(zhǔn)掌握聽拍音和數(shù)拍音的技術(shù)，這也是鋼琴調(diào)律的基本功。當(dāng)然，非調(diào)律者也可以通過拍音來判斷樂器的精準(zhǔn)度。例如，一些音樂行業(yè)從業(yè)者，在判定音程音準(zhǔn)時，首先會根據(jù)經(jīng)驗聽辨樂音的音高，然后再聽辨高八度的音高。通常情況下，音高偏差很多時，會比較容易聽出來；但樂音偏差很小時，很難辨別出來。這時如果有拍音出現(xiàn)，那就可以知道大概偏差多少了。所以，可以通過聽辨拍音的方式，判定鋼琴音高的準(zhǔn)確性，這是對拍音“理論性”的認(rèn)識，調(diào)律者在調(diào)律過程中把理論付諸實踐就是最終過程。

2.2 拍音在銅鐘中的運(yùn)用（改變銅鐘聲學(xué)特性）

鐘是中國最古老的樂器之一。其中，以永樂大鐘為代表的報時古鐘極具特色，其聲學(xué)特性、鑄造工藝和科學(xué)合理的力學(xué)懸掛技術(shù)，都可以被稱為“世界之最”。古書中對永樂大鐘的描述有“晝夜撞擊，聲聞數(shù)十里，其聲欲欲，時遠(yuǎn)時近，有異他鐘”[2]?？梢?，永樂大鐘鐘聲悠揚(yáng)、鏗鏘有力，在數(shù)十里之外都可以聽到其悠揚(yáng)的聲音。聲學(xué)研究所有關(guān)專家進(jìn)行精準(zhǔn)測量，分析結(jié)果認(rèn)為：永樂大鐘的“頻率相近的分音產(chǎn)生的拍頻聲是鐘聲的一個重要特點(diǎn)，古書中所說鐘聲‘時遠(yuǎn)時近’就是聽到這種拍頻聲的感受”，“在古時，在有利的聲傳播條件下，完全可能如古人所說的‘聲聞數(shù)十里’”[2]。

學(xué)者在分析鐘的聲學(xué)特性時，主要采用的方法是對鐘聲進(jìn)行頻譜分析。通過頻譜分析，可以了解鐘聲的組成成分以及它們之間的關(guān)系，鐘聲的分音并不單一，由很多相鄰的頻率堆積在一起。頻譜圖中反映拍頻的線條呈現(xiàn)是斷斷續(xù)續(xù)的，可以憑借線段的個數(shù)粗略計算出拍頻，也可以用高分辨窄帶頻譜分析器精確測量出拍頻的兩個頻率。換句話說，鐘聲中包含的周期性的強(qiáng)弱間隔是由頻率差較小的峰值頻率形成的，其周期性的“余音繞梁”“時遠(yuǎn)時近”感既強(qiáng)化了鐘聲的崇高感，也增加了鐘聲的“莊嚴(yán)”和“威力”。

關(guān)于形成拍音的頻率測量，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所的陳通、鄭大瑞測量出永樂大鐘的分音持續(xù)的時間很長，頻率相近的分音產(chǎn)生的拍音是鐘聲一個非常重要的特性。較高頻率分音的拍頻現(xiàn)象對聽感的作用很小（250 Hz左右），在較低頻率分音產(chǎn)生的拍頻聲（129 Hz左右）會造成鐘聲強(qiáng)烈的抖動感，這就使鐘聲時遠(yuǎn)時近。[3]同時，對除永樂大鐘之外的鐘進(jìn)行分析，得出在某些主要分音上都可能產(chǎn)生拍頻，人們所感覺到的是頻率較低的拍音[4]。山西大學(xué)音樂學(xué)院楊陽、丁宏測量出永樂青銅古鐘的拍音主要有兩個，有延時較長、強(qiáng)弱變化明顯等特點(diǎn)，這是鐘聲重要的聲學(xué)特性。[5]

3 結(jié)語

拍音是一個基本的聲學(xué)現(xiàn)象，在音樂實踐中的運(yùn)用非常廣泛。在鋼琴調(diào)律中，拍音被廣泛應(yīng)用于確定平均律音高關(guān)系；由于有拍音，鐘聲變得時遠(yuǎn)時近，莊嚴(yán)渾厚。理解拍音的聲學(xué)原理與產(chǎn)生機(jī)制，合理利用或消除拍音都不是容易的事，需要在今后的學(xué)習(xí)與實踐中不斷探索解決。