音樂史中的古樂器數(shù)字化建構(gòu)問題研究

覃磊

研究背景及問題

在音樂史學(xué)的研究過程中，樂器史是不可忽視的一個(gè)重要組成部分，而樂器史中的某些古樂器則在整個(gè)音樂史的歷程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用和意義。

數(shù)字化從技術(shù)層面講就是把人與物的各種信息變成數(shù)字信號或數(shù)字編碼，并通過各種程序進(jìn)行處理。如今，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)字化逐漸進(jìn)入數(shù)據(jù)化和智能化等更高的階段。將音樂史研究中的古樂器進(jìn)行數(shù)字化，不僅在樂器史的研究過程中有著積極的意義，還可通過在未來建立各樂器的數(shù)字化形態(tài)從而形成整個(gè)樂器史研究中的古樂器數(shù)據(jù)庫。

將古樂器進(jìn)行數(shù)字化建構(gòu)和研究，我們國家從十幾年前就已經(jīng)開始嘗試了，比較早一點(diǎn)的代表是我國臺灣省在2008年逐步建立起來的有關(guān)于數(shù)字化的博物館系統(tǒng)——奇美博物館數(shù)位典藏系統(tǒng)。近幾年，大陸地區(qū)又建立了“樂器數(shù)字博物館”等平臺。盡管這些數(shù)字樂器平臺系統(tǒng)已經(jīng)上線，但是還存在一些問題，比如“奇美數(shù)位典藏系統(tǒng)”存在3D樂器展示頁面無法正常顯示的問題，“樂器數(shù)字博物館”平臺存在一些按鈕標(biāo)簽無反應(yīng)等情況。另外，這些網(wǎng)站幾乎都沒有提供同數(shù)字樂器的交互演奏功能，因此缺少一定的數(shù)字化表現(xiàn)。

此外，還有一些具體的數(shù)字化樂器作品，這些作品在網(wǎng)絡(luò)上的分布比較雜，它們有一個(gè)特點(diǎn)就是絕大部分的作品幾乎都沒有遵循實(shí)際樂器的基本音樂規(guī)律和形制特點(diǎn)，例如妙觸公司研發(fā)的《古韻東湖》，產(chǎn)品中的三維虛擬編鐘只是一鐘一音，并沒有遵循曾侯乙編鐘一鐘雙音的特點(diǎn)，另外在建模上幾乎只有甬鐘的樣式，而無鈕鐘和鎛等各類鐘的樣式特點(diǎn)。

除了具體的數(shù)字樂器平臺和系統(tǒng)之外，還有一些研究數(shù)字化樂器的文章也對樂器數(shù)字化方向的研究起著積極的作用。例如常亞娜的《基于手勢互動的土家虛擬樂器系統(tǒng)研發(fā)》以及王睿的《基于web的中國樂器數(shù)字博物館系統(tǒng)》等各類文章。都對樂器數(shù)字化進(jìn)行過積極探討和研究。

選擇英國Norman低音維奧爾琴進(jìn)行數(shù)字化的緣由

在西方音樂史的發(fā)展歷程中，維奧爾琴曾經(jīng)在文藝復(fù)興時(shí)期、巴洛克時(shí)期的宮廷扮演著重要的角色，是主人身份地位的象征之一。維奧爾琴家族是一個(gè)發(fā)展多樣化的樂器家族，在不同的國家，不同的時(shí)期以及演奏不同的音樂上，有著不同的形制特點(diǎn)。從 15 世紀(jì)的起源，到16、17世紀(jì)的繁榮發(fā)展，再到 18 世紀(jì)的逐步衰落并最終被小提琴家族所取代。維奧爾琴的形制在這幾百年中都發(fā)生著巨大的變化，特別是低音維奧爾琴，甚至還被很多音樂家認(rèn)為是大提琴的前身。因此，這類樂器在西方音樂史的研究過程中有著重要意義。

采用數(shù)字化技術(shù)將不同形制的維奧爾琴進(jìn)行復(fù)原，是動態(tài)化的模擬和展示各個(gè)時(shí)期、各個(gè)地區(qū)維奧爾琴的發(fā)展特征和變化之處，這不僅是當(dāng)下數(shù)字技術(shù)同人文學(xué)科的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，同時(shí)從史學(xué)研究上看，還可以使得史學(xué)數(shù)據(jù)和材料在展示過程中更加直觀化和新穎化，在一定程度上可以起到跨學(xué)科探索的積極作用。從樂器學(xué)上看，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用不僅為未來的研究者提供了更加便利的研究平臺，同時(shí)對古樂器進(jìn)行的數(shù)字建模也可以在未來直接通過3D打印將其隨時(shí)進(jìn)行快速化“復(fù)原”。另外，從聲學(xué)上看，現(xiàn)在通過數(shù)字化模擬古樂器聲音的嘗試，可能會對將來驗(yàn)證古樂器聲音的精確化程度上有所提高。

16世紀(jì)以后的英國可以說是繼西班牙、意大利之后，維奧爾琴發(fā)展最大、制作商最多、作品最豐富的國家之一[1]。無論是以樂器制造商為代表的約翰·羅斯（John Rose）、亨利·賈耶（Henry Jaye）還是巴拉克·諾曼（Barak Norman）等人，還是以作曲家為代表的阿方索·費(fèi)拉博斯科（Alfonso Ferrabosco III）、約翰·庫珀（John Coprario）等人，他們不僅對英國的維奧爾琴發(fā)展有著巨大的影響，而且對整個(gè)歐洲的維奧爾琴發(fā)展也都影響巨大。英國維奧爾琴通過這樣一群音樂家以及樂器制作商的貢獻(xiàn)，使得它比歐洲其他地區(qū)的維奧爾琴流行時(shí)間更長。因此，英國維奧爾琴的地位在整個(gè)歐洲的維奧爾琴研究中都是舉足輕重的。

另外，選擇Norman低音維奧爾琴不僅是因?yàn)樗那僭诨ヂ?lián)網(wǎng)上相較于其他制造商的琴體數(shù)據(jù)更容易收集，同時(shí)也是因?yàn)镹orman的琴在17世紀(jì)末和18世紀(jì)更受人歡迎，影響也更大[2]。

維奧爾琴數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)過程

（一）實(shí)驗(yàn)材料收集整理

筆者以1692年英國Norman制作的低音維奧爾琴為例，進(jìn)行數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。通過在“The Metropolitan Museum Of Art”網(wǎng)站檢索“viol”得到有關(guān)Norman制作的低音維奧爾琴數(shù)據(jù)。比較關(guān)鍵的部分形制數(shù)據(jù)信息如材質(zhì)、高、寬、厚度等數(shù)據(jù)?；谝陨蠑?shù)據(jù)，基本獲得建模所需要的全部輔助信息。

本文在聲音數(shù)據(jù)上使用的是Catherine reisser演奏的低音維奧爾琴錄音。根據(jù)其示范的6根空弦錄音，使用“Melodyne 4”音頻軟件，模擬了其他把位的聲音數(shù)據(jù)，并將這些把位的聲音數(shù)據(jù)一一采集和整理（如圖1）。

另外，為了驗(yàn)證該軟件在模擬結(jié)果上的精確性，筆者做了包括八度以內(nèi)和八度以外的音差模擬測試，實(shí)驗(yàn)過程如下：

1.八度以內(nèi)的音差模擬測試

（1）現(xiàn)場采集大提琴的兩個(gè)單音，由演奏者分別拉空弦D弦和A弦，因此分別得到d和a音。（2）將d音通過melodyne 4升高3.5個(gè)全音階后（即實(shí)際音高為a音）同實(shí)際拉出的a音進(jìn)行對比，兩者的波形和頻譜圖等信息如下（如圖2）。

2.八度以外的音差模擬測試

（1）現(xiàn)場采集大提琴的兩個(gè)單音，由演奏者分別拉出d和b1音。（2）將d音通過melodyne 4升高10.5個(gè)全音階后（即實(shí)際音高為b1音）同實(shí)際拉出的b1音進(jìn)行對比，兩者的波形和頻譜圖等信息如下（如圖3）。

通過在AU中對兩組單音的測試發(fā)現(xiàn)，八度以內(nèi)的測試結(jié)果是：升高的d音（即實(shí)際音高為a音）頻率為222.87hz，測試的音符為a+22音分，而實(shí)際拉出的a音頻率為221.53hz，測試的音符為a+11音分，兩者頻率差為1.34hz，音差11音分。8度以外的測試結(jié)果是：升高的d音（即實(shí)際音高為b1音）頻率為497.26hz，測試的音符為b1+11音分。而實(shí)際拉出的b1音頻率為498.78hz，測試的音符為b1+17音分。兩者頻率差為1.52hz，音差6音分。

因此，通過melodyne 4模擬的音和實(shí)際采集的音進(jìn)行比較，頻率差和音分差的數(shù)據(jù)相對較小，甚至還可能超過人的演奏精度。所以結(jié)論是，通過melodyne 4制作的模擬音是具有相對精確性的。

（二）模型構(gòu)建和最終DEMO程序數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過程

在模型構(gòu)建上，這里采用三維模型的形式進(jìn)行構(gòu)建。筆者使用Blender2.9版本進(jìn)行的建模過程如下：

（1）根據(jù)以上收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多邊形建模，這樣可以先得到低音維奧爾琴的基本體模型，如圖a。（2）通過對維奧爾琴的材質(zhì)分析進(jìn)行材質(zhì)球制作。在基于Eevee渲染器下的BSDF（原理化著色器）中，高光參數(shù)值設(shè)置為0.38、糙度為0.5、光澤染色為0.5、清漆粗糙度為0.03的情況下，可得到如下材質(zhì)球，如圖b。（3）根據(jù)Norman的琴體圖案進(jìn)行貼圖的制作，并將提取和后期制作的貼圖應(yīng)用于相關(guān)琴體上，如圖c。（4）將模型進(jìn)行各個(gè)細(xì)節(jié)的總合成，并得到最終效果圖，如圖d。

根據(jù)上文的數(shù)字模型和聲音數(shù)據(jù)的收集整理，將其全部打包在同一個(gè)素材包內(nèi)，然后為了使得交互應(yīng)用的樂器渲染有更好的效果，本文的數(shù)字化DEMO采用的是Unreal Engine進(jìn)行開發(fā)（如圖4）。

主要的開發(fā)功能如下：（1）當(dāng)同樂器交互過程中點(diǎn)擊不同把位后，每根弦的音高將發(fā)生相應(yīng)改變（音高變化邏輯是：相鄰品的音高差距為一個(gè)半音階，并從第一把位開始依次遞增）。（2）通過鼠標(biāo)事件控制旋轉(zhuǎn)、縮放維奧爾琴模型位置。（3）為該樂器添加相應(yīng)的介紹文本按鈕，以實(shí)現(xiàn)對該樂器的基本信息介紹（DEMO如圖5）。

西方音樂史研究中的古樂器數(shù)字化平臺構(gòu)想

古樂器是一個(gè)非常寬泛的名詞，有著非常明細(xì)的分類，國外有HS分類法[3]，國內(nèi)早在周代就有八音分類法，不同種類的樂器在數(shù)字化建設(shè)和研究上不一樣。本文就西方音樂史研究中的古樂器提出綜合性的數(shù)字化平臺構(gòu)想。

（一）數(shù)字化樂器平臺建設(shè)構(gòu)想

綜合的數(shù)字化樂器平臺應(yīng)該采用可交互式的聽覺與視覺/文本相結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)，該應(yīng)用平臺應(yīng)該包括可供搜索的分類系統(tǒng)、按古樂器比例等實(shí)際信息而制作的3D模型、根據(jù)古樂器原聲所采集的聲音數(shù)據(jù)以及同該樂器相關(guān)的其他文本和圖像等信息。

搜索方式上，采用斯蒂夫邁恩的“樂器元素分類法”[4]。就“古樂器”而言，只要有足夠的時(shí)間，所有的樂器都可以是“古樂器”，因此，這是一個(gè)相對的概念。就當(dāng)下來說，維奧爾琴算古樂器，羽鍵管風(fēng)琴、魯特琴、中世紀(jì)的橫笛等樂器都屬于“古樂器”的范疇。而如果將時(shí)間往后延幾百年甚至上千年，那么當(dāng)今社會的一切樂器也可以被納入“古樂器”的范疇之中。因此，選擇一個(gè)合適的樂器搜索方式也許更應(yīng)該考慮的是如何在未來使更多種類（尤其是新型種類樂器）的樂器適合該分類法，而不僅僅只是考慮如何讓分類法適用于當(dāng)下相對靜態(tài)的“古”樂器種類。

另外，在交互方式上，使用者應(yīng)該可以360度地查看樂器模型，當(dāng)點(diǎn)擊樂器琴弦或者琴鍵時(shí)，樂器應(yīng)該發(fā)出相對應(yīng)的原聲。當(dāng)然，有一些管樂器（比如銅管、木管樂器等）通過按鍵無法完全控制音準(zhǔn)，還需要配合氣息的應(yīng)用，這種情況下可以使用數(shù)字交互作品中的“模擬鍵盤”以實(shí)現(xiàn)對這類古樂器聲音的測試或演奏。除此之外，因?yàn)闃菲鲙鞊碛懈黝悩菲鞯娜S模型，因此，還應(yīng)該將這些三維數(shù)據(jù)設(shè)立為單獨(dú)的3D打印樂器數(shù)據(jù)庫，通過這些數(shù)據(jù)可以直接連接3D打印機(jī)，以對各種物態(tài)樂器進(jìn)行快速“復(fù)原”。

（二）古樂器數(shù)字化的目標(biāo)

古樂器數(shù)字化平臺最終所要完成的目標(biāo)，是建立有關(guān)西方音樂史研究中關(guān)于古樂器數(shù)字化的數(shù)據(jù)庫。在未來，音樂史學(xué)研究者可通過古樂器數(shù)據(jù)庫便捷和快速的檢索需要研究涉及的古樂器有關(guān)信息。除此之外，還可以通過提供的模型數(shù)據(jù)，對各種需要研究的樂器進(jìn)行3D打印，以實(shí)現(xiàn)一比一的復(fù)原。當(dāng)然，因?yàn)樵疾馁|(zhì)和復(fù)原體材質(zhì)等等的差異，音色、音準(zhǔn)可能也會有誤差，但是通過把各類樂器數(shù)據(jù)統(tǒng)一化和實(shí)現(xiàn)直接可以通過3D打印技術(shù)復(fù)原的古樂器數(shù)據(jù)庫，或許要比零散的數(shù)據(jù)和圖片更有價(jià)值。

結(jié) 語

隨著科技的進(jìn)步，國家政策的支持，國內(nèi)的音樂研究越來越側(cè)重和科技的融合，例如上海音樂學(xué)院音樂表演可視化研究、中央音樂學(xué)院的音樂人工智能專業(yè)博士點(diǎn)的開設(shè)等，這些所涉及到的新研究都在我們國家的音樂跨學(xué)科研究中發(fā)揮著積極的意義。

低音維奧爾琴進(jìn)行數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)西方音樂史研究中古樂器數(shù)字化的一次嘗試，同時(shí)也是為最終建立西方音樂史學(xué)中的古樂器數(shù)據(jù)庫而完成的一次小實(shí)驗(yàn)。本文針對古樂器數(shù)字化提出了構(gòu)想和目標(biāo)，從Norman低音維奧爾琴入手，研究了如何實(shí)現(xiàn)弦樂類古樂器數(shù)字化的方法，這樣的方法，或許為未來建立整個(gè)西方音樂史古樂器數(shù)據(jù)庫提供了些許新的研究思路。當(dāng)然，此時(shí)的研究，依然面臨著很多困難和挑戰(zhàn)，只有更多的研究者最大限度的培養(yǎng)文、理結(jié)合性思維和能力，才能更好地實(shí)現(xiàn)和解決音樂史學(xué)研究中的數(shù)字化問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Michael Fleming，John Bryan. Early English Viols Instruments， Makers and Music[M].London;New York：Routledge，2016：1-3

[2]Stanley Sadie.The New Grove Dictionary of Music and Musicians 2nd[M]， London：Macmillan Press Ltd， 2001：671

[3]曹本治、洛秦主編. Ethnomusicology理論與方法英文文獻(xiàn)導(dǎo)讀 第二卷[M].上海：上海音樂學(xué)院出版社，2019.01

[4]付曉東.樂器分類的新思維——元素分類法[J].音樂傳播，2013（01）：66-70.