“音響體”音色色彩分析及研究

文章編號：1003-7721（2014）02-0081-09

摘要：“音色”作為樂音的三大要素之一，已是當代音樂創作、分析和研究的重點。將數字分析應用技術“嫁接”到現代音樂作品的創作和分析中，可有效地整合兩個音樂領域的研究方法和特點。也就是說，應用數字音頻分析技術對傳統管弦樂作品的“音響體”進行分析和應用，借用心理聲學中的“主觀評價”，將可視化、定量化地觀察到管弦樂中音響體的“色彩”狀態和變化，尤其對于音色流派音樂作品中的靜態音響體分析、管弦樂自然音響的“臨摹”及管弦樂中的“音響體”的音樂創作和分析建立科學的依據，也將是數字時代賦予音樂理論研究的新課題。

關鍵詞：音響體；主觀評價；頻譜分析；音色色彩

中圖分類號：J618.9文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn1003-7721.2014.02.009

“倘若你要懂得看不見的，你就要留心那些看的見的”。數字媒體技術的發展促進了電子音樂的不斷變革和進步，頻譜分析作為數字音頻分析技術的重要工具，不但是電子音樂制作流程的重要手段，也成為了我們觀察音響聲音等微觀世界的必備工具。隨著時代的發展，科學的進步，頻譜分析儀作為一種微觀音響世界的觀察工具，逐漸在音樂分析領域得到應用，尤其是對于二十世紀頻譜音樂流派及先鋒派作曲家們，由于頻譜分析能夠可視化地觀測到音色頻譜結構的特點，因此受到了更廣泛的重視。同時，頻譜分析作為一種新型的分析手段，業已出現在當代音樂作品的實踐當中。

20世紀末，日本作曲家黛敏郎就曾用頻譜分析工具對日本的許多寺廟里的鐘聲進行分析，寺廟的鐘聲屬于板振體物理震動，黛敏郎對鐘聲的頻譜特征——包括基音、泛音的強度和分布方式等進行分析，將其基音、泛音音高作為作品的音高素材，利用管弦樂隊相當真實地模擬出“鐘聲”的實際音響并應用到作品中，創作出了著名的《涅槃交響曲》并贏得作曲大獎。韋伯恩劃時代的作品《五首管弦樂曲》op.10中，韋伯恩以“音色-音響”的樂器變化頻譜物理特征為出發點，“韋伯恩也附帶地考慮了泛音范圍”楊立青：《管弦樂配器法教程（第一冊）》，上海：上海音樂出版社2012 年版，第1頁。。“而當代電子音樂家Aphex Twin似乎很喜歡玩頻譜的“把戲”，用頻譜儀分析Aphex Twin的音樂，可以看到個人影象作為‘密碼寫到音樂的頻譜里去。”馮勇：《音樂頻譜分析與頻譜分析軟件》，《音樂傳播》2013年第3期，第45頁。此外，“音響-音色”音樂、電子音樂及頻譜音樂等不同音樂流派的出現，使現代作曲家認識到，以頻譜為視角的微觀世界將是音樂分析和研究的新領域，通過頻譜分析工具，能夠“可視化”地看到音樂的新維度——“音色”。

現代作曲家瓦列茲認為只有科學技術才能增強音樂的活力，并賦予其新的意義。進入二十一世紀后，頻譜分析儀隨著數字技術的普及、多媒體技術的發展已進入到了每個家庭，現在最基本的電腦配置一般都支持頻譜分析軟件，頻譜分析工具可以作為獨立的分析軟件和插件存在于操作系統中，其功能越來越強，使用也越來越簡便。這些分析軟件都可以進行靜態和動態兩種特性的頻率的分析，主要有對數譜及線性譜兩種頻譜圖，而音樂分析常用線性譜分析。在音樂的微觀世界里，樂音的分音的不同狀態是決定音色的重要因素，而分音，是指復合振動體中的每個聲音成分，常用于描述構成非整數倍聲音關系的復合音。基音即為第一分音。

圖1對數譜

圖2線性譜

不同樂音的組合構成“和聲”，而不同樂器組合構成“音響體”，其“音響體”色彩感不僅是心理學領域的問題，還是一個物理聲學領域的問題。色彩感有個體的差異也有共性的特點，例如，音色的明暗、濃淡、冷暖都有統一的主觀評價標準，但對同一個人，感覺也往往帶有模糊性，游移性，只是人們對音色的明暗、冷暖、濃淡、虛實等基調大體上取得一致。所謂音色，也可以稱為音品，是聽覺區別具有同樣響度和音調的兩個音之間的屬性。音色是由音高、力度等要素相互作用的結果，那么實際在樂隊寫作中，縱向和聲音響的表現力很大程度上依賴它的音區分布以及振幅、力度、奏法等，它實際上也是由每件樂器頻譜結構相互動態融合的結果。任何聲音都包含音高、音量、音長和音色四種性質，這四種性質之間也是一種動態和相互作用的過程。“聲音的音高特征以及精確度并不僅僅是聲音信號的基頻頻率所決定的，而還取決于力度，音色（頻譜），音區及時間長度等因素的作用”楊立青：《管弦樂配器法教程（第一冊）》，第4頁。。

“音色”是“主觀感受”對于“客觀物理指標”的評價，而主觀評價與物理狀態下的頻譜特征有著直接的關系。人類的每副耳朵其實都是一臺靈敏的、精密的聲學分析儀器，聲音通過外耳、中耳、內耳，牽動鼓膜及耳蝸內淋巴液的震動，引起基底膜上豐富神經的反映，經過神經系統的快速分析，發生聲音的聽感。音色的主觀評價體系，是依據頻譜特征科學的客觀參照系。例如，諧音越多，聲音越豐滿、圓潤；高頻諧音越多、能量越強、聲音聽起來越明亮，反之音色則黯淡；中、低頻基音如果較突出，音色聽起來比較“厚”，反之音色就比較“薄韓寶強：《音的歷程-現代音樂聲樂導論》，北京：中國文聯出版社2003年版，第63頁。。根據頻譜與音色的一般相關原則，頻譜中如果泛音豐富，音色則比較柔和、豐滿；泛音稀少，音色則比較結實、透明，但確立音色的主要因素是來自各個泛音之間的強度關系。例如，當基音較強時，音色比較結實有力度；如果高頻泛音強度大于基音，那么音色往往會圓潤，柔和，甚至有“鼻音”的效果韓寶強：《音樂理論：請注明你的有效性》，上海：上海音樂出版社2004年版，第208頁。 。

從頻段上看,30hz-60hz沉悶，60hz-100hz沉重，100-200hz豐滿，200-500hz力度，500hz-1000hz明朗，1000hz-2000hz透亮，2000hz-4000hz尖銳，4000hz-8000hz清脆，8000hz-16000hz纖細。

一般對于具體音樂作品進行分析的過程中，“幾乎分析的著力點都集中于音高結構”，或者僅對于單一旋律的色彩進行分析，應用數字音頻分析技術對傳統管弦樂作品的“音響體”進行分析和應用，借用心理聲學中的“主觀評價”，將可視化、定量化地觀察到管弦樂中的音響體的“色彩”狀態和變化，尤其對于音色流派音樂作品中的靜態音響體的分析，管弦樂自然音響的“臨摹”及管弦樂中的“音響體”的音樂創作和分析建立科學的依據，也將是數字時代賦予音樂理論研究的新領域。

以下將以實例進一步說明：

利用電子音樂手段下的數字音頻技術，能夠對音樂“音響體”色彩的主觀感受加以科學詮釋，并分辨出“音響體”“色彩”的“微妙之處”。

譜例1是在肖斯塔科維奇的《第七交響曲》中的排練號第17處，作曲家用弦樂來表示德軍入侵前的沉寂和寧靜，但似乎在和聲音響有著清澈般的平靜的下面，隱含著對某種特殊期待感的渴望。從譜例中我們可以看到，和聲層留下了較大的空隙，但在聽覺上隱約有著“充實感”。

譜例1

圖3

從譜例1和圖3的對比可以看出，低音提琴在b0的音高，所產生的第四泛音較強，它能有效地填充中間和聲層的空隙，它在頻譜中突出的分音造成一定的穿透力，而不會被其他聲強所掩蓋，這也就是利用音色所謂的“間離效應”楊立青：《管弦樂配器法教程（第一冊）》，第184頁。 ，作曲家這種有意或者無意的安排，使這里的和聲產生了獨特的效果。

譜例2：作曲家在自己的創作中，有著各種不同的藝術探索，如果延續追求音色的融合、以和聲效果的統一為目的的傳統音樂思維，那么，音響色彩較突出及個性較鮮明的樂器最好不要參加和聲的配置。例如，民樂隊中的琵琶樂器，若參加持續性的和聲長音，很難形成具有烘托性的背景長音和弦的效果，這就涉及到對樂器頻譜特性的客觀、準確的分析和驗證。再如，“為木管樂器配置和聲的時候，不協和和弦中的不協和音程，應避免使用同音色的雙管配置。尤其是避免用兩支雙簧管演奏純四度音程，（這種音程在樂器的同音色演奏時產生不協和的感覺。）用不同的樂器聲部或不同音色的配置，則會使聲音的不協和性得到抑制和緩和”高鴻祥：《配器法基礎教程》，北京：人民音樂出版社2000年版，第143頁。 。

譜例2

圖4“不好的，2ob+2cl”

圖5“好的，2ob+2cl”

從以上頻譜模型圖（橢圓形狀標記處）上可以清楚地看到，交叉排列的單簧管和雙簧管所形成的頻譜圖在500hz-1000hz左右的區間內，按照主觀評價內容，這個區間的頻段正是對“明亮度、清晰度”產生影響的頻率區間。交叉排列的方法顯示只有一段波峰，而并置排列的方法，在這段頻譜內顯示有更多的波峰，就像楊立青教授在管弦樂配器法所述“諧波干擾，會影響諧波的純凈”。

譜例3［英］戈登·雅各：《管弦樂法》，上海：萬葉書店1853年版，第103頁。 ：就像馬勒曾經說過的那樣，“配器者”所追求的終極目標，都應當是“最大程度的清晰性”，以下例舉戈登·雅各著的《管弦樂法》中的譜例來說明樂器音色頻譜結構在配器中及對音色的分析中所起的作用。書中104頁“以舒伯特的一首葬禮進行曲為例，把從最高到最低的五個八度分別稱為a,b,c,d,e，配器的情形如下”：

文中特別標注這樣的樂器安排產生的配器音響決定了“這是一個清晰和響亮的范本”［英］戈登·雅各：《管弦樂法》，第104頁。。并且總結了幾個影響“清晰和響亮”效果的要點。下文將以此為出發點，主要用樂器頻譜圖形可視化地驗證主觀聽覺以外的“微觀秘密”。

第一點：長笛和單簧管同音結合（a較佳）這里的“較佳”、“較差”是以“清晰、響亮”為目標的主觀評價用語。 。將單簧管和長笛（較佳）的頻譜圖與雙簧管和長笛（較差）的頻譜圖的圖形做比較：

譜例3

a:長笛和單簧管； b:雙簧管和小號；

c:法國號和長號 d:法國號和低音長號；e:大管

圖6長笛（c5）

圖7單簧管（c5）

圖8長笛和單簧管c5（較佳）

圖9長笛+雙簧管c5(較差)

從圖中泛音的分布可以看出，長笛和單簧管的重復音的頻譜模型泛音數較少，而且能量較集中，長笛和雙簧管重復音的頻譜中的泛音較多且分散，較大地影響了聲音的清晰度。

第二點：文中也敘述了(b)，“柴可夫斯基時常用雙簧管在同度上重復小號，這樣可以使小號的聲音更加刻畫分明而且更加尖銳。同時卻并不損失小號的力量和動人的特質”［英］戈登·雅各：《管弦樂法》，第104頁。 。

從頻譜圖中可以看出不采用單簧管的具體區別。

圖10雙簧管c4

圖11單簧管c4

圖12小號

圖13雙簧管+小號

比較C4音高的單簧管和雙簧管的頻譜圖，單簧管偶數泛音較弱，與雙簧管和小號的頻譜圖差別較大而造成抵觸，不能起到加強小號尖銳度的作用。

第三點：文中論述了 “單簧管和小號在高音區，可使小號圓潤有力”［英］戈登·雅各：《管弦樂法》，第104頁。 ：

從頻譜圖可以看出，小號在高音區的第二泛音較強，單簧管的頻譜沒有過多改變小號的頻譜，僅起著補充的作用，而且單簧管在高音區（c5）與（c4）比較，可以看到高音區（c5）的第二泛音較強，而且相對于其他木管樂器的頻譜，單簧管在高音區的頻譜與小號高音區的頻譜相對接近，從頻譜圖可以看出，單簧管高音泛音相對較為豐富，就如同文中敘述的那樣,“高出銅管之上，泛音增加，使合奏的聲音光彩燦爛”［英］戈登·雅各：《管弦樂法》，第104頁。 。

第四點：文中敘述了“大管與長號齊奏的話，容易使長號減少光輝”。“大管能給大號在強奏時以“尖銳”的性質，而這種性質是大號所缺乏的”［英］戈登·雅各：《管弦樂法》，第104頁。 。

圖14小號（c5）

圖15單簧管+小號（c5）

圖16大管+長號（C2）

圖17大管+大號（c2）

參考以下雙音結合后的頻譜圖可以看出，兩種音色泛音能量差別較大，分布參差不齊，大小不一，互為交叉、互為抵觸、互為影響，造成模糊和染色的效果，從清晰度上講，影響了長號本來具備的金屬色彩。

參考以下樂器音色頻譜圖以及雙音結合后頻譜圖可以看出，大管在中、高頻段泛音較豐富（標記處），填補了大號在此頻段的不足，因而，高頻的豐富使得大號增加了尖銳的感覺。

譜例4：基于以上的頻譜分析視角的基本認識，更進一步探索“音色頻譜”的變化規律，是頻譜分析和研究的方向之一。在利蓋蒂的著名管弦樂作品《大氣》中，通過非常規演奏法、力度的動態變化、微復調技術制造出了豐富的音色、音響變化。但基于音色的本來屬性的分析、了解音色微觀頻譜變化具體特點還是具有一定的意義，雖然這可能不是“絕對”的，但在現階段也可能是較為可行及“相對”正確的方法。以下，首先選擇《大氣》中的靜態音響進行微觀的分析，希望起到 “窺豹引玉”的作用。

譜例4利蓋蒂《大氣》

利蓋蒂《大氣》靜態音響截段基本情況一覽 音響截斷靜態音響A靜態音響B音色配置木管、圓號和弦樂中提琴和大提琴音區D-#c4e-b1力度ppppp-fff-ppp小 節 數1-89-13

如譜例4和上表所示，在樂曲的開始處，兩個音響截段分別構成靜態音響A和靜態音響B，在相同織體的型態下，樂器的構成、音色配置卻有著極大的不同，同時，靜態音響截段A和靜態音響B的音區、力度方面也有著較大的對比。這種差別造成了兩個靜態音響截段中的明、暗及濃、淡的較大反差。說明音區、力度、音色配置、演奏法等因素在音響截段面中所起的重要作用，但從以上分析也可以看出，這種對音色的常規分析和描述只是停留在語言層面，似乎還沒有深入到音色深層的分析層面。

圖18靜態音響B的頻譜結構

圖19靜態音響A的頻譜結構

圖20靜態音響B的譜包絡

通過譜包絡可以首先反映音色的本來屬性，結合演奏力度的變化可以判斷音色的能量分布（例如靜態音響B的譜包絡）、密度(橢圓標示)、幅度、頻寬、稀松等相對區別的特征，如上圖所示的能量分布和密度，結合心理聲學的主觀評價內容，可以判斷“音響體”的色彩變化。靜態音響A具有宏厚度（250hz以下的低頻）、明亮度（500hz以上），靜態音響B則具有透亮性（1000hz-2000hz）等特點，進一步與其他主觀評價相結合，可以較全面、客觀地描述音色的特性。

通過數字化的分析手段，有助于建立一條科學手段下的音色分析新途徑。也能夠可視化地觀察到音色“色彩”的變化狀態。通過音色的頻譜“可視化”過程可以看出，頻譜圖對于《大氣》等作品中靜態音色音響的對照分析比較直接和有效，對于《大氣》動態音響也具有一定的參考意義，而進一步嫁接“主觀評價”的相關理論，對于研究和拓展該領域將更有意義。另外，利用數字分析技術，在形成具體音響前即可掌控真實、客觀的音色狀態，使作曲者在創作中“意在筆先”，對于作品的音色音響分析也可提供新的路徑。

“頻譜”是中世紀“紐姆譜”、“五線譜”到當代樂譜的延伸，也是描述、分析和記錄音樂諸多要素在微觀“頻域和時域”的擴展。電子技術下的數字化分析手段，具有的科學性和準確性，是數字化音樂時代研究的重要特征之一，未來將會成為作曲流程中必備的重要環節和輔助工具。

世界可以被聽見，同時也應該可以被看到。在音樂的世界里，我們不能只是習慣于用耳朵聆聽這個世界，也應該學會用眼睛來體驗這個世界。因為任何一種感性細膩的音響都具有可感可聞的獨特屬性，它能夠喚起人們心靈中的某種情感“共振”，結合電子音樂領域中的數字音頻分析技術，還原腦海中獨特的影像維度，我們也可以“看到”這個美麗的音樂世界。

作者簡介：馮勇（1967~），男，西安音樂學院音樂工程系副教授（西安710061）

收稿日期：20130610

（責任編輯：張璟）

On Analysis and Research of Sound Body's Timbre Color

FENG Yong

Abstract: The "timbre", as one of the three main elements of a tone, is a key point of contemporary music creation, analysis and research. The application technology of digital analysis "grafting" into music creation and analysis could effectively integrate the research methods and features of two musical fields. It means that the technique of digital audio analysis applied to the "sound body" of traditional orchestra works, borrowed the "subjective evaluation" from psychoacoustics, to observed the "color" state and changes of sound body in orchestral music with visualization and quantification, especially to analyze the static sound body in the music work of timbre genre, imitate the natural sound in orchestral music, which establish a scientific basis for music creation and analysis of "sound body" in orchestral works, it is also a new music theatrical research topic in digital times.

Key Words: sound body； subjective evaluation； spectral analysis； color of timbre

“頻譜”是中世紀“紐姆譜”、“五線譜”到當代樂譜的延伸，也是描述、分析和記錄音樂諸多要素在微觀“頻域和時域”的擴展。電子技術下的數字化分析手段，具有的科學性和準確性，是數字化音樂時代研究的重要特征之一，未來將會成為作曲流程中必備的重要環節和輔助工具。

世界可以被聽見，同時也應該可以被看到。在音樂的世界里，我們不能只是習慣于用耳朵聆聽這個世界，也應該學會用眼睛來體驗這個世界。因為任何一種感性細膩的音響都具有可感可聞的獨特屬性，它能夠喚起人們心靈中的某種情感“共振”，結合電子音樂領域中的數字音頻分析技術，還原腦海中獨特的影像維度，我們也可以“看到”這個美麗的音樂世界。

作者簡介：馮勇（1967~），男，西安音樂學院音樂工程系副教授（西安710061）

收稿日期：20130610

（責任編輯：張璟）

On Analysis and Research of Sound Body's Timbre Color

FENG Yong

Abstract: The "timbre", as one of the three main elements of a tone, is a key point of contemporary music creation, analysis and research. The application technology of digital analysis "grafting" into music creation and analysis could effectively integrate the research methods and features of two musical fields. It means that the technique of digital audio analysis applied to the "sound body" of traditional orchestra works, borrowed the "subjective evaluation" from psychoacoustics, to observed the "color" state and changes of sound body in orchestral music with visualization and quantification, especially to analyze the static sound body in the music work of timbre genre, imitate the natural sound in orchestral music, which establish a scientific basis for music creation and analysis of "sound body" in orchestral works, it is also a new music theatrical research topic in digital times.

Key Words: sound body； subjective evaluation； spectral analysis； color of timbre

“頻譜”是中世紀“紐姆譜”、“五線譜”到當代樂譜的延伸，也是描述、分析和記錄音樂諸多要素在微觀“頻域和時域”的擴展。電子技術下的數字化分析手段，具有的科學性和準確性，是數字化音樂時代研究的重要特征之一，未來將會成為作曲流程中必備的重要環節和輔助工具。

世界可以被聽見，同時也應該可以被看到。在音樂的世界里，我們不能只是習慣于用耳朵聆聽這個世界，也應該學會用眼睛來體驗這個世界。因為任何一種感性細膩的音響都具有可感可聞的獨特屬性，它能夠喚起人們心靈中的某種情感“共振”，結合電子音樂領域中的數字音頻分析技術，還原腦海中獨特的影像維度，我們也可以“看到”這個美麗的音樂世界。

作者簡介：馮勇（1967~），男，西安音樂學院音樂工程系副教授（西安710061）

收稿日期：20130610

（責任編輯：張璟）

On Analysis and Research of Sound Body's Timbre Color

FENG Yong

Abstract: The "timbre", as one of the three main elements of a tone, is a key point of contemporary music creation, analysis and research. The application technology of digital analysis "grafting" into music creation and analysis could effectively integrate the research methods and features of two musical fields. It means that the technique of digital audio analysis applied to the "sound body" of traditional orchestra works, borrowed the "subjective evaluation" from psychoacoustics, to observed the "color" state and changes of sound body in orchestral music with visualization and quantification, especially to analyze the static sound body in the music work of timbre genre, imitate the natural sound in orchestral music, which establish a scientific basis for music creation and analysis of "sound body" in orchestral works, it is also a new music theatrical research topic in digital times.

Key Words: sound body； subjective evaluation； spectral analysis； color of timbre