音樂的科學(xué)

玉琳

大約4萬年前，一根細長的骨笛被丟棄在中歐的一個洞穴里。該儀器雕刻有五個指孔和一個錐形吹口，大約可以追溯到人類在非洲大陸定居的初期。

人類創(chuàng)作音樂已經(jīng)有很長一段時間了。

就連那支笛子可能也是我們音樂發(fā)展歷程的一個近期例證。其精巧的設(shè)計顯示出對聲學(xué)的了解，可能借鑒了長期存在的音樂習(xí)俗。但更早期實踐經(jīng)驗?zāi)壳斑€不得而知，因為第一首音樂肯定是借助身體和聲音創(chuàng)作的，并隨著創(chuàng)作者的死亡而消亡。查爾斯·達爾文認為我們的音樂行為是“最神秘的行為之一”。至少在起源方面，他的觀點仍能引起共鳴。

探索石器時代笛子吹奏手闖入歐洲大陸之前的音樂才能的一個方法是研究原始人解剖學(xué)。化石顯示，我們的南方古猿祖先擁有類似大猩猩的發(fā)聲結(jié)構(gòu)，而大猩猩卻不能唱歌。但是我們與尼安德特人最后的共同祖先海德堡人，卻擁有與現(xiàn)代人非常相似的發(fā)聲生理機能。鑒于海德堡人至少在50萬年前就已經(jīng)進化了，音樂可能有50萬年的歷史。

當(dāng)然，有制作音樂的能力并不能證明當(dāng)時音樂已真正被創(chuàng)造出來。音樂是否重要到足以推動進化——為最具音樂天賦的人提供選擇性優(yōu)勢？抑或它只是其他進化結(jié)果的附屬品，就像語言那樣？

哈佛大學(xué)認知心理學(xué)家史蒂文·平克將音樂比喻為“聽覺乳酪蛋糕”。音樂是一個人類學(xué)習(xí)來制作和傳遞情緒的事物，就如同蛋糕對于舌頭上的味蕾一樣。作為對立面，牛津大學(xué)進化心理學(xué)家羅賓·鄧巴認為，在靈長類動物中，唱歌在培養(yǎng)社會凝聚力方面可能與梳毛同等重要。這種“遠距離梳毛”可能比捉虱子更有效，可能促進了人類群體的和諧共處。

音樂無疑有助于強化現(xiàn)如今的小圈子，尤其是在青少年的播放列表中占據(jù)主導(dǎo)。

凱爾特軍號

凱爾特軍號是一種很有用的工具，它們造型怪異，大多呈現(xiàn)動物頭部的模樣，比如野豬，也有一些是神話中的動物形象。據(jù)說這種樂器發(fā)出的聲音極其恐怖，而且有著強大的魔力，可以讓凱爾特戰(zhàn)士像中魔一樣奮勇殺敵。而且凱爾特軍號還有一個精妙的設(shè)計，這些號角的咽喉部位是可以活動的，當(dāng)號角聲響起，動物的頭部也會跟著轉(zhuǎn)動，如同活的一般，從而起到震懾敵人的作用。

蘇格蘭考古學(xué)家研究了1816年從沼澤中挖掘出來的最完整的凱爾特軍號，想要實際聽到它的聲音，于是他們委托金屬工匠約翰·克里德用青銅和黃銅制作了一個復(fù)制品。400個小時的細致工作后，制造出了這種凱爾特人引以為豪的樂器。

音樂家約翰·肯尼現(xiàn)在演奏所用的是在蘇格蘭班夫發(fā)現(xiàn)的凱爾特軍號的摹本。它有足夠的尺寸和復(fù)雜的設(shè)計，包括一個鉸接的下顎和一個彈簧上的木制舌頭，提供可與任何現(xiàn)代樂器相媲美的音樂靈活性：覆蓋五個八度的范圍。凱爾特軍號可以壓倒長號或長笛，甚至發(fā)出尖叫等特殊效果。

一部抒情的詞典

音調(diào)

特定音高的單一樂音，也稱為音符。

音高

音調(diào)的音質(zhì)，根據(jù)聲波的頻率發(fā)出更高或更低的聲音。

共振

通過聲音振動與表面或封閉空間的相互作用來放大音樂音調(diào)。

音量

聲音振動的壓力，用音樂的響度來表示。

節(jié)拍

節(jié)拍是音樂中的重拍和弱拍周期性地、有規(guī)律地重復(fù)進行。

旋律

為達到音樂效果而排列的一系列單獨的音調(diào)，也稱為曲調(diào)。

和弦

和弦通常是由三個或三個以上的樂音按一定的法則縱向重疊而形成的音響組合，是和聲的組成部分。

和聲

和聲包括“和弦”及“和聲進行”，和弦的橫向組織就是和聲進行。和聲有明顯的濃、淡、厚、薄的色彩作用。

顫音

利用周期性音調(diào)的一種小的、快速的調(diào)制，顫音的合理運用可以使音樂更加優(yōu)美動聽，提高藝術(shù)的感染力。

流行音樂的演變

自1958年8月4日以來，《公告牌》雜志每周都會根據(jù)唱片銷量、在電臺播放次數(shù)以及最近的流媒體收聽量，整理出一份最受歡迎的100首歌曲榜單。對于倫敦帝國理工學(xué)院進化生物學(xué)家阿爾芒·勒羅伊來說，這一排行榜相當(dāng)于對文化的化石記錄。勒羅伊和他的同事們利用音頻分析技術(shù)，將50年來上榜的歌曲抽取17000首樣本進行分類，他們使用統(tǒng)計學(xué)技術(shù)提取出音樂的特征如音色和和音，就像野外生物學(xué)家對物種進行分類一樣。

這13個分類涵蓋了從1960年到2010年的所有音樂風(fēng)格。它們的分組依據(jù)是和弦變化和音調(diào)形式上的相似性。諸如“鄉(xiāng)村”這種標(biāo)準(zhǔn)類型名稱經(jīng)常出現(xiàn)在多個類別中。勒羅伊的分析顯示，有些鄉(xiāng)村歌曲與某些搖滾曲調(diào)的相似度或許超過了與其他以鄉(xiāng)村曲風(fēng)推廣的歌曲的相似度。

這些表顯示每年音樂類別的相對流行度，以寬度表示。陰影部分表示過渡。最戲劇性的轉(zhuǎn)變發(fā)生在1991年，那時嘻哈音樂開始占領(lǐng)美國。早期的兩次音樂革命是60年代中期的搖滾樂大爆發(fā)和80年代中期出現(xiàn)電子合成器和機械鼓機。這些新樂器產(chǎn)生了廣泛的影響，以至于1986年成為有記錄以來音樂多樣性最少的一年。

該表顯示了13個類別之間的更高層次的關(guān)系。例如，藍調(diào)搖滾和電子音樂之間的相似之處要比這兩種音樂類型和嘻哈音樂之間的相似之處多。

什么使音樂流行？

喬治敦大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家諾爾貝托·格雷茲瓦茲不用聽就能預(yù)測歌曲的流行程度。通過分析1958年至1991年間《公告牌》百強單曲榜上的數(shù)百首熱門單曲，他和同事們發(fā)現(xiàn)了一個他們稱之為“和聲驚喜”的因素，這似乎可以解釋所有藝術(shù)家的歌曲成功的原因。

問：什么是和聲驚喜？

答： 音樂家使用大量的和弦來譜寫他們的旋律。有些和弦經(jīng)常使用，有些則很少使用。給和聲進行一點驚喜：和聲先現(xiàn)！是為了讓下一個和聲提前出現(xiàn)。在原本不屬于下一個和弦的拍子上出現(xiàn)了下一個和弦的音，給人一種“搶先”的感覺，在弱拍上使用先現(xiàn)音，會使節(jié)奏顯得不呆板而更有生氣。

問：這與歌曲的受歡迎程度有什么關(guān)系？

答：我們發(fā)現(xiàn)和聲驚喜和歌曲流行度之間存在兩種類型的聯(lián)系。首先，擁有許多令人驚訝的和弦歌曲往往比和聲不那么令人驚訝的歌曲更容易接近公告牌百強單曲榜的榜首。第二，歌曲流行的原因是這首歌的各個部分的驚喜變化。一首歌的兩個主要部分是詩文和合唱，這些詩文講述了這首歌的故事。合唱是那些有重復(fù)歌詞的部分。我們發(fā)現(xiàn)，在成功的歌曲中，詩歌的和聲驚喜往往高于合唱部分。

問：哪些流行歌曲表現(xiàn)出驚人的理想組合？

答：在甲殼蟲樂隊的《艱難的一天的夜晚》中，開場和弦是我們分析過的所有歌曲中最令人驚訝的和弦之一。然后，當(dāng)歌曲從詩文過渡到合唱時，和聲驚喜就會減少。

另一方面，有幾首歌曲對其他成功的藝術(shù)家來說是相對失敗的。這些歌曲包括貓王的《朱迪》，甲殼蟲的《我不想破壞派對》和奇想樂隊的《直到一天結(jié)束》。我們的研究結(jié)果或許可以解釋為什么這些歌曲“失敗”。它們的低音和驚喜以及詩歌和合唱之間的驚喜都很少。

問：你的公式能幫助藝術(shù)家寫出更吸引人的歌曲嗎？

答：我經(jīng)常開玩笑說，我們可以為音樂家提供如何讓他們的歌曲流行的富裕建議。然而，成為一首熱門歌曲的道路不僅僅是探索和聲驚喜。節(jié)奏、歌詞等因素對歌曲的成功起著重要的作用。盡管如此，我們的實驗室一直在用計算機生成的“旋律”進行一系列實驗，這些實驗在驚喜中各不相同。我們已經(jīng)要求受試者按照偏好順序?qū)@些歌曲進行排名。雖然這些旋律是由計算機生成的，但人們展示的偏好與我們在諧波驚喜中發(fā)現(xiàn)的原則很吻合。

音樂是有語義的

會沉浸在一首優(yōu)美悲傷的民謠中，或是沉浸在死亡金屬的強烈憤怒中的聽眾，就會明白音樂的傳達的意思。但是法國國家科學(xué)研究中心的語言學(xué)家菲利普·施倫克認為，音樂不僅僅是一種表達情感的方式。通過模仿我們在日常生活中體會聲音的方式，作曲家在音樂中加入了極其細微的變化來幫助講述他們的故事。

當(dāng)樂器的音高低于周圍的聲音時

含義：聲源較大。

原因：較大的聲源具有較大的共振腔。

現(xiàn)實的例子：吹號角的大象。

音樂方面的例子：卡米爾·圣桑的《動物園大幻想曲》的“大象”。

當(dāng)音樂的音調(diào)降低時

含義：聲源正在失去能量。

原因：運動變慢會產(chǎn)生低頻聲音。

現(xiàn)實的例子：一個電池快沒電的磁帶播放器。

音樂實例：弗雷德里克·肖邦《夜曲》的最后兩小節(jié)。

當(dāng)樂器的音量比周圍的聲音小時

含義：聲源不那么精力充沛。

原因：低能量聲源產(chǎn)生較小的聲壓，從而降低音量。

現(xiàn)實的例子：一個輕輕吹響的口哨。

音樂例子：弗雷德里克肖邦的《雨滴》序曲的最后一個曲目。

當(dāng)音樂的音量增大時

含義：聲源正在靠近。

原因：聲源越靠近，聽者聽到的聲壓（音量）越大。

現(xiàn)實世界的例子：即將到來的汽車。

音樂實例：在古斯塔夫·馬勒的第一交響曲的第三樂章“弗雷爾雅克”。

當(dāng)音樂的節(jié)奏比以前慢的時候

含義：聲源移動得更慢。

原因：聲音表示來源的行為。

現(xiàn)實的例子：緩慢的腳步。

音樂例子：在卡米爾·圣桑的《動物園大幻想曲》中的“龜”。

當(dāng)顫音增大時

含義：來源更情緒化。

原因：聲音的顫音似乎表明在情感環(huán)境中聲音控制能力下降。

真實世界的例子：顫抖的演講。

音樂方面的例子：馬克斯·布魯奇的《科爾·尼德利》。

音樂廳的聲學(xué)

維也納音樂廳被譽為世界上最偉大的音樂廳，其卓越的音響效果在很大程度上歸功于一次意外。該建筑是19世紀(jì)60年代風(fēng)格偏好和工程限制的副產(chǎn)品。阿爾托大學(xué)的聲學(xué)家塔皮奧·洛基和尤卡·帕蒂納分析了這個著名的“鞋盒”音樂廳，以理解為什么在那里演奏的音樂受到了普遍的好評。

1.側(cè)壁

聲音在房間周圍反射時會變得豐富，所以不會一下子傳到人們的耳朵里。音樂廳的側(cè)壁很窄，且布滿了雕像，這對增加側(cè)壁的聲音反射特別有幫助，會產(chǎn)生混響，使聽眾感到完全沉浸在聲音中。

2.陽臺

低音樂器的低頻聲音需要非常寬的表面才能正確反射。深側(cè)陽臺為低頻散射提供了足夠的空間。陽臺與禮堂的側(cè)壁一起確保了全方位聲波的循環(huán)。

3.天花板

音樂廳的高天花板提供了另一個延遲，甚至比墻壁和陽臺提供的更長。鍍金的表面可以有效地反射高頻，天花板的表面處理也可能有助于音樂的整體亮度，形成了一個巨大的共鳴箱。

4.地板

許多現(xiàn)代音樂廳優(yōu)化了體育場座位的視線，但階梯式地板和笨重的椅子在聲學(xué)上是有害的。高背座椅阻擋了從房間周圍反射過來的聲波，阻止音樂完全包圍聽眾。音樂廳的平地板和椅子下的空間也讓觀眾能夠聽到漸強的低頻率。

5.舞臺

舞臺升高，地面平整，會降低觀眾對音樂家的視覺感，但視覺上的劣勢被聽覺上的積極影響所抵消。額外的高度使觀眾無法聽到舞臺上反射的聲音，從而改變了音樂的“感覺”。硬木舞臺地板通過不共振來增強低音音調(diào);共振階段在振動時吸收聲能，減少房間其他地方的聲能。

6.風(fēng)琴

即使沒有人演奏風(fēng)琴，它也扮演著重要的角色。該儀器的位置完美地向四面八方擴散聲音，并將更多的聲能傳送到側(cè)壁，以最大限度地擴大環(huán)繞混響。這種擴散還可以防止聲波在播放音符后長時間在房間內(nèi)反彈，此時它可能會分散注意力。