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    拍音的声学原理及其在音乐实践中的应用
    更新:2020-9-3 9:22:55 稿件:演艺科技传媒 调整大小:【

    对声音的分析始终是音乐理论研究的中心话题。然而,对于音乐学科而言,学界多从音乐理论的角度分析和声、曲式、调式、调性等内容,鲜有从声学的角度分析音色等内容。拍音作为音乐实践中普遍存在的现象,更是鲜有学者关注。本文围绕拍音的概念,进而探索拍音的声学原理,同时对钢琴调律、钟声中拍音的应用进行初步探讨。

    1 拍音的声学原理

    拍音是两个频率不同的波相加而形成的周期性的幅值变化。当频率差小于12.5 Hz时,大多数听者会察觉到拍音现象;当频率差大于15 Hz时,听感逐渐从拍音变成一个音高不明确、不稳定的声音;当频率差继续增大,到达某一数值时,两个频率从混合在一起变为可被人耳分辨,但是仍然有不平稳的听感;当频率差进一步增大时,听感将从不平稳转变成平稳;如果两个纯音的频率差继续增大,只要在人耳听音频率范围内,则可分辨、平稳的听感将持续下去[1]。

    拍音具有以下特点。(1)拍音只能由两个声波相互干涉才能形成。(2)两个声波振动频率差异小,比较相近的时候才能出现拍音(即当频率差小于12.5 Hz时),随着频率差的升高,人耳无法感知拍音存在,声音会逐渐变得生涩再转至平滑。(3)拍音不但可以在两个简谐振动中产生,也可以在两个复合振动中产生。(4)拍音可以计量。拍音具有周期性的变化,有一定的频率,单位时间内拍音周期性变化的次数(强弱变化的 次数)称为“拍频”。(5)拍音只有强弱之分,没有高低之分,拍频仅代表强弱变化的速度而非音高。

    2 拍音现象在音乐实践中的应用

    2.1 钢琴调律原理(辅助钢琴调律)

    从前文可以得知,每秒钟内拍音的变化次数等于两乐音的频率差,所以两乐音的频率越接近,拍音次数就会越少,拍音现象就越易被人耳所察觉。

    钢琴调律中拍音的运用十分常见。在钢琴调律中,拍音现象并非单指基频的比较(同音不同弦需要比较基频),还包括两音临近泛音的频率比较或基频与泛音频率比较。生活中每个物体发出的乐音都不是纯音,而是复合音,钢琴也是如此。每一个复合音中除了基音,还包含许多泛音,这些泛音的频率大体是基音的整数倍。钢琴上不同音程产生的拍音,通常发生在这些泛音之上,只不过音程不同时,发生拍音的泛音也不同。

    拍频由产生拍音的原来两个波的频率差决定,反过来说,知道拍音数量的多少,可以推测出原来两个波的频率差是多少。而钢琴调律是两音中所临近泛音的频率比较,实质是十二平均律和纯律两种律制特点差异所造成的。以纯律音程的纯正无拍的纯点作为参照点,然后通过放宽或收窄音程而使之达到十二平均律的要求[1]。显而易见,如果两种律制的某音程的宽度差别小,那么需要调整的量就小;如果音程宽度差别大,需要调整的量就大。

    总体来看,弦振动的各次谐音的振幅是不同的,序数越高,拍音振幅越小,能量就会越小。能量小时,很难形成既有一定强度又有清晰度的拍音。例如,发生在序数比较高的谐音上的音程(大、小二度与大、小七度)的拍,拍音振幅很小或极小(虽然也有一个例外,就是小七度的拍,发生谐音的序数不是很高,甚至比小六度的还低一些,它有一定的振幅)。所以,在调律过程中,常用到的主要是谐音序列低的音程度数(例如八度、五度等音程)的拍音。

    音乐家在演奏过程中,对音准要求非常严格(例如听辨和弦,音的色彩等),但是他们不会去听辨乐音之间有多少次拍音的出现,音乐家只是感觉和弦的色彩是否和谐。但是,作为钢琴调律师,不仅要判定乐音之间的不和谐程度,还要将其调整到正确的音高位置上。

    当今国内外的调律方法有很多种,但最常用的仍是八度、五度相结合来调整的方法。这是指先利用音叉或其他固定音高调整一个音;再根据这个音,按照十二平均律调律法,完成一个音组的调律;然后,以这一音组为基准,并按八度、五度等音程关系下行或上行,依次完成其他音组调律的方法。这种方法在平移、上下行的过程中,都离不开调律师用听觉来感受拍音,辨别拍音。所以,“拍音”时时刻刻都在影响着钢琴调律过程的 每一个环节。

    拍音的准确计算影响整个调律过程的精度。由前文可知,拍音可以计量是其基本属性之一,所以调律师在对拍音进行实际应用时,应该精准掌握听拍音和数拍音的技术,这也是钢琴调律的基本功。当然,非调律者也可以通过拍音来判断乐器的精准度。例如,一些音乐行业从业者,在判定音程音准时,首先会根据经验听辨乐音的音高,然后再听辨高八度的音高。通常情况下,音高偏差很多时,会比较容易听出来;但乐音偏差很小时,很难辨别出来。这时如果有拍音出现,那就可以知道大概偏差多少了。所以,可以通过听辨拍音的方式,判定钢琴音高的准确性,这是对拍音“理论性”的认识,调律者在调律过程中把理论付诸实践就是最终过程。

    2.2 拍音在铜钟中的运用(改变铜钟声学特性)

    钟是中国最古老的乐器之一。其中,以永乐大钟为代表的报时古钟极具特色,其声学特性、铸造工艺和科学合理的力学悬挂技术,都可以被称为“世界之最”。古书中对永乐大钟的描述有“昼夜撞击,声闻数十里,其声欲欲,时远时近,有异他钟”[2]。可见,永乐大钟钟声悠扬、铿锵有力,在数十里之外都可以听到其悠扬的声音。声学研究所有关专家进行精准测量,分析结果认为:永乐大钟的“频率相近的分音产生的拍频声是钟声的一个重要特点,古书中所说钟声‘时远时近’就是听到这种拍频声的感受”,“在古时,在有利的声传播条件下,完全可能如古人所说的‘声闻数十里’”[2]。

    学者在分析钟的声学特性时,主要采用的方法是对钟声进行频谱分析。通过频谱分析,可以了解钟声的组成成分以及它们之间的关系,钟声的分音并不单一,由很多相邻的频率堆积在一起。频谱图中反映拍频的线条呈现是断断续续的,可以凭借线段的个数粗略计算出拍频,也可以用高分辨窄带频谱分析器精确测量出拍频的两个频率。换句话说,钟声中包含的周期性的强弱间隔是由频率差较小的峰值频率形成的,其周期性的“余音绕梁”“时远时近”感既强化了钟声的崇高感,也增加了钟声的“庄严”和“威力”。

    关于形成拍音的频率测量,中国科学院声学研究所的陈通、郑大瑞测量出永乐大钟的分音持续的时间很长,频率相近的分音产生的拍音是钟声一个非常重要的特性。较高频率分音的拍频现象对听感的作用很小(250 Hz左右),在较低频率分音产生的拍频声(129 Hz左右)会造成钟声强烈的抖动感,这就使钟声时远时近。[3]同时,对除永乐大钟之外的钟进行分析,得出在某些主要分音上都可能产生拍频,人们所感觉到的是频率较低的拍音[4]。山西大学音乐学院杨阳、丁宏测量出永乐青铜古钟的拍音主要有两个,有延时较长、强弱变化明显等特点,这是钟声重要的声学特性。[5]

    3 结语

    拍音是一个基本的声学现象,在音乐实践中的运用非常广泛。在钢琴调律中,拍音被广泛应用于确定平均律音高关系;由于有拍音,钟声变得时远时近,庄严浑厚。理解拍音的声学原理与产生机制,合理利用或消除拍音都不是容易的事,需要在今后的学习与实践中不断探索解决。

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