頻譜分析在專業(yè)鋼琴教學(xué)中的應(yīng)用

司徒曉曦

摘要：本文通過運用matlab軟件，分析同一樂句的時域圖和功率譜圖，對四種不同的演奏發(fā)力方式進行了深入的研究。建議在音樂教學(xué)當中將此思路用于課堂，豐富教學(xué)形式，通過對其頻譜圖與優(yōu)秀演奏家頻譜圖的對比，讓學(xué)生能更加直觀地糾正練習(xí)中的誤差和偏差，改善其發(fā)聲狀況，獲得良好的音色。

關(guān)鍵詞：頻譜分析;鋼琴教學(xué);發(fā)力部位

傳統(tǒng)鋼琴教學(xué)以口耳相傳、教師示范為主，音樂知識與彈奏技巧的傳授都較為抽象，學(xué)生對好聲音的理解僅僅局限于自身的認知，初學(xué)者更是不能準確鑒別自己的演奏發(fā)聲。實驗心理學(xué)家Treicher有個著名的試驗結(jié)論稱：人們在學(xué)習(xí)時通過視覺感官獲得的知識占83%，聽覺占11%，所以，視覺認知在學(xué)習(xí)中不容忽視。例如學(xué)習(xí)者往往很難理解觸鍵部位及力度大小對鋼琴音色的影響程度，如果在教學(xué)過程中引入頻譜分析技術(shù)，畫出聲音信號的頻譜圖，這樣就能更直觀、更科學(xué)地幫助學(xué)生再現(xiàn)情景，豐富課堂教學(xué)形式，將專業(yè)鋼琴教師在教學(xué)中的引導(dǎo)作用更好地發(fā)揮出來。這樣不僅能使學(xué)生提高學(xué)習(xí)鋼琴的效率，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)鋼琴的興趣，提高主動性和積極性。同時也能將音樂現(xiàn)代化教育的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

一、頻譜分析技術(shù)適用于鋼琴音色特點

首先，每一種聲音都是由振動產(chǎn)生，不同的物體在振動的時候都有不同的特點（如同每個人的手各有不同一樣）。由于材料結(jié)構(gòu)的不同、發(fā)聲體的音色自然也會不一樣。聲音除了有一個“基音”外，還會加上許多不同的頻率（每秒鐘的振幅次數(shù)），與泛音（泛音是音色特點的主要因素）重合便形成了不同的音色。我們根據(jù)音色的不同，可以區(qū)分不同樂器的聲音。

其次，音色的變化在于頻譜的變化。不同的振幅速度、振動頻率、混音比例都會對音色的改變起到不同的作用。在一架鋼琴上演奏同一首樂曲時，不同的演奏者由于采用的演奏技巧甚至心理狀態(tài)的不同，都會導(dǎo)致聲音具有不同的音色。

最后，鋼琴的音色特點可以從頻譜分析的角度進行完美的詮釋。在音樂藝術(shù)中，所使用的音一般只限于約每秒振動27-4100次的范圍內(nèi)[1]。鋼琴的發(fā)音頻率大部分集中于2000赫茲以下，早在1954年，Helmholtz[2]等人對聲音進行了頻譜研究，研究中指出音色感知與頻譜形狀有關(guān)。本文將對不同演奏方式下的鋼琴聲音進行頻譜分析，觀察其中的區(qū)別和聯(lián)系。

二、鋼琴音色的主要影響因素

樂音的音色是由混入基音的泛音所決定的。每個基音都有其固有頻率和不同音強的泛音，因此使得每個聲音都具有特殊的音色效果，而觸鍵部位及力度對鋼琴的音色起到至關(guān)重要的作用，所以我們將研究的重點放在發(fā)力部位對音色的影響上。

鋼琴演奏者在演奏時力度的來源大致可分為手指發(fā)力、手腕發(fā)力、小臂發(fā)力及大臂發(fā)力。

1.手指發(fā)力：觸鍵面積較小、下鍵較快、所發(fā)出的音量也相對明亮而干凈，適合于快速跑動中的運用。

2.手腕發(fā)力：手掌重心下移、下鍵較深、彈性較強、所產(chǎn)生的音量略微增大，更適合彈奏較為跳躍性的曲目。

3.小臂發(fā)力：觸鍵面積較大、下鍵用力都較為緩慢，可彈出如歌似的連奏及光滑圓潤的效果，適合與演奏浪漫的抒情歌曲。

4.大臂發(fā)力：觸鍵面積很大、重心靠后、動作遲緩、下鍵深，所發(fā)出的音量巨大，音色厚重，適合于演奏較為嚴肅或莊嚴的進行曲。

本文將以演奏同一樂句為例，分析在這四種典型的發(fā)力部位及方式下的聲音頻譜的異同。

三、同一樂句在四種發(fā)力方式下的表現(xiàn)

實驗測試1——手指發(fā)力

在一臺普通的珠江凱撒堡鋼琴上，用SONY數(shù)碼錄音棒ICD-PX470錄制《我和我的祖國》旋律56543215。運用matlab軟件的Signal Analyzer工具包進行聲音信號處理，畫出了錄音的時域圖和功率譜，見下圖1。可見，彈奏的每一個音都類似三角形狀，走向都是開始飽滿，逐漸衰弱。由于手指發(fā)力這種演奏方式屬于非連奏演奏快速收鍵。所發(fā)出的聲音音頭明顯，但尾音收的較為干凈，音的持續(xù)性較弱。這種彈法在實際演奏中注重手指的顆粒型及聲音的穿透力，整個手型呈拱型，手指主動擊鍵，將3關(guān)節(jié)作為支撐，手腕及整個前臂保持不動。這樣發(fā)出穿透力的聲音也就變得簡單，琴槌擊打琴弦也變得更快。手指擊鍵時采用75度回拉的方式能更快的形成加速度，擊鍵的面積也變得更小，更有利于將發(fā)力點集中于手指尖上完成敲擊動作。

實驗測試2——手腕發(fā)力

用同一臺鋼琴，用同樣的錄音棒，錄制同樣一首歌的同樣一段旋律，見下圖2。易見，采用手腕觸鍵發(fā)出聲音聲波圖形，三角形的長度變短了，走向雖然開始飽滿但衰減急速。由于手腕發(fā)力這種演奏方式屬于鋼琴演奏中斷奏快速收鍵的演奏方式。所發(fā)出的聲音音頭更為明亮，尤其是尾音收的極為干凈，音的持續(xù)力很短。這種彈法在實際演奏過程中更注重手腕的上下擺動及聲音的彈性，手腕重心下移，觸鍵雖在琴鍵底部但具有較好的彈性，所產(chǎn)生的音量就手指發(fā)力相比略微加強，尤其適用于彈奏一些較為跳躍和較好彈性的樂曲。整個手型同樣呈拱型，手腕主動向下且手指被動觸鍵，手腕作為支撐的中心，手指和小臂保持不動，這樣發(fā)出的音不僅集中還具有非常好的彈性，達到借力使力的反彈效果。這個動作的關(guān)鍵點在于瞬間發(fā)力，在下落過程中放松，將力量集中于觸鍵瞬間的一個點上面。雖然聲音明亮但隨著手腕的反彈上行聲音消失急快。

實驗測試3——小臂發(fā)力

同一個演奏者，用同樣的鋼琴，仍然錄制同一條旋律，見圖3。可見，采用小臂觸鍵發(fā)出聲音聲波圖形，三角形和前面兩個圖形比變的細長，整體呈逐步遞減狀，中段在進行中穩(wěn)定性較好。這種小臂發(fā)力的演奏方式是連奏慢速收鍵。所發(fā)出的聲音音頭不明亮、不突出、尾音緩慢衰減，持續(xù)時間較長。

在實際演奏過程中更注重肘部的主動下行，手型在整個過程中呈趴窩式，手指和手腕被動向下，將手肘作為整體的支撐，手指及整個手腕保持穩(wěn)定。可以彈奏出如歌似的連奏，音色飽滿且柔和，可以表現(xiàn)出朦朧、縹緲、空靈等音樂風格。由于琴槌緩慢的擊打琴弦這樣發(fā)出的聲音顆粒性被大大減弱，連音的持續(xù)性增強，圓潤度增加。加之采用水平觸鍵的方式，擊鍵的面積也變大，更有利于形成發(fā)力點音色分散的效果。

實驗測試4——大臂發(fā)力

同一個演奏者，用同樣的鋼琴，仍然錄制同一條旋律，見圖4。可見，采用大臂發(fā)出聲音聲波圖形，三角形和前面兩個圖形比變的細長而扁平，整體呈逐步遞減狀，中段在進行中穩(wěn)定性很好。這種大臂發(fā)力的演奏方式是屬于連奏慢速收鍵。在實際演奏過程中更注重大臂的左右擺動，重心靠后，慢速移動。可彈出較厚重的、寬曠的、有持續(xù)音色特點。

四、結(jié)論

本文對鋼琴演奏中不同部位發(fā)力下的聲音進行分析，運用matlab軟件的Signal Analyzer工具包進行聲音信號處理，畫出了同一樂句錄音的時域圖和功率譜圖，從圖中可見，手指發(fā)力適合于快速跑動中的運用;手腕發(fā)力更適合彈奏較為跳躍性的歡快曲目;小臂發(fā)力適合演奏浪漫的抒情歌曲;大臂發(fā)力則適合演奏較為嚴肅的進行曲。

在未來的教學(xué)中，可將該方法運用于鋼琴、聲樂等課堂教學(xué)中，豐富課堂教學(xué)形式，讓學(xué)生更加直觀地進行發(fā)聲或演奏練習(xí)，及時糾正練習(xí)中的誤差和偏差。可通過研究優(yōu)秀發(fā)音頻譜圖的基礎(chǔ)上，對于部分常見的發(fā)聲或發(fā)音弊端，通過對其頻譜圖與優(yōu)秀演奏家頻譜圖的對比分析，結(jié)合聽覺感受，指出其在發(fā)聲、發(fā)音和發(fā)力上所存在的不足。參照優(yōu)秀演奏家的頻譜圖進行練習(xí)，以視覺協(xié)助其聽覺，不斷調(diào)整其發(fā)聲狀態(tài)，最終改善其發(fā)聲狀況，獲得良好的音色。

參考文獻：

[1] Hermann，Helmholtz，On the sensations of tone as a physiological basis for the theory of music[M].New York：Dover.1954.

[2]安亮山，劉誠.基本樂理[M].四川美術(shù)出版社，2006.