音樂治療對身體機理反應及自動療效評估
——以中國傳統音樂為例

朱 婷 何 凌

（1.四川音樂學院，四川 成都 610021；2.四川大學生物醫學工程學院，四川 成都 610065）

0 引言

音樂治療學主要是由音樂學、醫學和心理學構成且包涵多門學科的知識范疇，屬于科技和文化的交叉性應用學科[1]。音樂治療是一個系統的干預過程，以心理治療、醫療的理論方法為基礎，運用音樂特有的生理、心理效應，在音樂治療師引導下通過各種音樂行為、經歷音樂體驗達到清除心理障礙、恢復或增進身心健康的目的。 目前，音樂治療在中國越來越受到重視，但存在音樂選擇西方化、音樂體驗過程難監測、治療療效難評估等問題。 因此，本文擬將中國傳統音樂及音樂美學思想綜合運用到音樂治療之中，通過計算機技術對不同類型、不同風格的中國傳統音樂在身體機理反應方面進行定性定量分析，并研究出一套“音樂治療-身體機理反應-自動療效評估”系統。

1 中國傳統音樂概說

中國傳統音樂的歷史源遠流長，早在新石器時代早期，音樂已經作為一種文明現象登上了我國歷史的舞臺，其代表性音樂考古實物為河南省舞陽縣賈湖出土的20 余支骨笛[2]。 據碳十四測定，這是目前證實我國音樂文化產生時期的最早文物實證。 另外，國內學者對浙江省余姚縣河姆渡遺址出土的骨笛進行音孔、吹孔位置布局等方面的分析，證實我國先民早在七千多年以前已認識和掌握了吹管樂器的各種發音原理。殷商時期，甲骨文中已有“樂”字的記載。周代，我國最早的詩歌總集《詩經》中的“國風”記錄了當時北方15個地區的民歌。 這些民歌以文字的形式保留下來，雖無樂譜可尋，但學術界已從詩歌的歌詞結構分析出當時的民歌曲式結構已有10 余種之多， 對后世中國傳統音樂曲式結構的發展起著十分重要的作用。先秦時期，由于青銅鑄造技藝發達、音律科學達到一定高度，鐘磬之樂是這一時期的主要音樂文化特點。例如湖北省隨縣出土的曾侯乙編鐘，是目前我國出土文物中最大型、最完整、最具有科學水準與學術研究價值的一套編鐘。 漢代， 產生了多段大型歌舞藝術表演形式——相和大曲。 同時，鼓吹樂在宮廷得到確定和發展。這一時期，由于張騫通西域，使中原地區和西域少數民族以及周邊外國的音樂文化交流頻繁。魏晉南北朝時期， 隨著西方和北方的少數民族向中原遷移，許多少數民族音樂家進入內地，促進了中原音樂文化向多元化、多樣化發展。 隋唐時期，西域音樂文化盛行，如宮廷音樂十部樂中的天竺樂、龜茲樂、西涼樂、疏勒樂等。此外，燕樂、法曲、鼓吹樂、古琴音樂也是這一時期的重要音樂品種。 說唱音樂也在唐代正式形成。 宋代，說唱藝術趨于成熟。同時，詞樂和古琴音樂成為這一時期的代表性音樂品種。 金元時期，雜劇與南戲發展迅速， 諸宮調成為這一時期的大型說唱藝術形式。明清時期，形成了昆腔、高腔、梆子腔、皮黃腔四種戲曲聲腔體系，開創了中國戲曲音樂發展的新局面。 同時，說唱音樂發展迅猛，目前現有大部分曲種均形成于清代。 這一時期，各類不同樂隊組合形式及音樂品種遍及全國各地。

2 中國傳統音樂治療相關文獻概述

從先秦時期開始，我國就保存了較為豐富的傳統音樂治療相關文獻記載。 例如《左傳·昭公二十五年》中，子產將“陰陽”說、“五行”說聯系起來，認為音樂必須受“禮”的節制，既要“奉五聲”節制其形制，又要“制六志”，節制其內容。這種“奉五聲”“制六志”的音樂作用是使人們得以健康長壽，社會長久安寧。 又如《國語·周語下》中單穆公從“陰陽”“五行”的字宙觀出發，認為音樂平和與否必然影響人的怨氣，進而影響人的精神狀態。戰國時期的《樂記》也提到“夫樂者，可以善民心”“致樂，以治心者也”，這也是對音樂與人身心健康和社會行為健康關系進行討論的史料。 兩漢之際，《新論》《白虎通議》《漢書》《說苑》《法言》等史書及《洞籌賦》《長笛賦》《琴賦》《薯師賦》等諸賦中亦記錄了關于音樂對人的“治療”作用。 如《洞簫賦》說盲人奏樂：“寡所舒其思慮兮，專發憤乎音聲。 ”借音樂抒發生活中的不幸與不平遭遇。至魏晉，阮籍的《樂論》、嵇康的《聲無哀樂論》均強調“平和”之樂能使人民獲得喜樂的寬和寧靜。嵇康的《琴賦》與《養生論》《答難養生論》共同探討了音樂對于“宣和情志”的作用：使哀樂之情得到宣泄而歸于平和。而后宋元明清時期，《唱論》《琴史》《夢溪筆談》《樂書》《溪山琴況》《閑情偶寄》等著作與諸多文人詩詞歌賦中對音樂于人的作用多有涉及，其中亦有不少是關于音樂治療的內容。此外，在《道德經》《黃帝內經》《傷寒雜病論》等史冊中也相繼出現了“五行音樂”“五行說”“情志致病論”等記載，如：宮商角徵羽構成五聲調式，并對應金木水火土五行；在中醫中五行又對應心肝脾肺腎，可見古人對音樂與身心的聯系早有了獨到的見解。 明代，著名兒科醫學家萬全所著《幼科發揮》中詳細記載了5 個小兒相思的病案，通過音樂治療的方式使寒顫、高熱、手足抽動等病癥消失。 以上歷史文獻記載說明，我國傳統音樂治療的理論實踐由來已久，在不同歷史時期均有不同傳統音樂治療思想的表述。

3 音樂治療測試中對傳統音樂曲目的選擇

我國各民族、 各地區的傳統音樂曲目浩如煙海、音樂風格各異、品種豐富多樣。 按照大多數民族音樂理論家的分類觀點， 常常將傳統音樂劃分為民間音樂、宮廷音樂、文人音樂、宗教音樂四大類別[3]。 其中，民間音樂在我國傳統音樂中最基礎，占有絕對優勢和地位，是最富有生命力和最豐富的部分。宮廷音樂、文人音樂和宗教音樂這三大類別均與民間音樂有著十分密切的關系。因此，在音樂治療測試過程中，治療師在對傳統音樂曲目的選擇方面主要集中在民間音樂部分。 下面，分別從民間歌曲、民間器樂、說唱音樂和戲曲音樂幾個類別對曲目的選擇提出一些建議：

3.1 民間歌曲

音樂治療師針對不同心理狀態下的受試者，播放不同類型的中國傳統音樂。 如音調高亢嘹亮、節奏悠長自由的青海民歌 《上去高山望平川》、 蒙古族民歌《牧歌》等；曲調柔和優美、節奏舒緩平和的四川民歌《槐花幾時開》、甘肅民歌《下四川》、江蘇民歌《一根絲線牽過河》、東北民歌《搖籃曲》等，曲調輕快活潑、節奏活躍規整的山西民歌 《打酸棗》、 河北民歌 《放風箏》、青海民歌《一對鴿子虛空里飛》、臺灣民歌《一只鳥仔》等，模仿大自然聲響的侗族多聲部民歌《蟬蟲歌》等。測試者通過聆聽不同音樂風格的民歌，可獲得不同情感的體驗以及真善美的認知感悟。

3.2 民間器樂

音樂治療師在進行測試時，可選擇民間器樂獨奏曲中具有田園風味、 優美流暢且富有歌唱性的作品，如笛子曲《姑蘇行》、箏曲《漁舟唱晚》、琵琶曲《夕陽簫鼓》等；或旋律寬廣、節奏悠長的作品，如古琴曲《流水》中舒緩靜謐的音樂片段等，或曲調輕快活潑的作品，如笛子曲《喜相逢》、嗩吶曲《百鳥朝鳳》、古琴曲《梅花三弄》等，或器樂合奏音樂中富有輕柔、秀麗、細膩音樂風格的江南絲竹和廣東音樂等作品。測試者通過聆聽這些器樂曲，可以達到修身養性、陶冶情操的作用。

3.3 說唱音樂

說唱音樂是以說、唱、表演來講述故事供人們娛樂消遣的表演藝術，具有以敘述性為主、兼有抒情性與語言音調密切結合的音樂特征[4]。 各說唱曲種均用當地方言演唱，結合地方民間音調，具有鮮明的地方色彩，反映了市民的生活情趣、意識和愿望。音樂治療師可根據不同地區的測試者，有針對性地選擇測試者家鄉的說唱曲種，增強測試過程中的親切感；或根據測試者的心理情緒選擇不同音樂風格的作品。如可選擇旋律流暢、柔美細膩的蘇州彈詞、揚州彈詞；也可選擇活潑、輕快，旋律優美的四川清音等。

3.4 戲曲音樂

音樂治療師應選擇戲曲音樂中聲腔柔和婉轉、細膩圓潤，伴奏樂器以絲竹樂器為主的聲腔劇種，如昆曲中的南昆、越劇等；或聲腔輕快、活潑的劇種，如黃梅戲、評劇、湖南花鼓戲等。

另外，《黃帝內經》一書中闡述了不同民族調式的音樂對人的情感會產生不一樣的體驗過程[5]。因此，音樂治療師也可以按照中國傳統音樂的調式理論體系，選擇一部分宮調式、商調式、角調式、徵調式和羽調式的音樂作品對測試者進行分別測試。 通過計算機技術，分析哪些音樂會引發人的沉靜、厚重的情感體驗，哪些音樂會引發人的哀郁、婉轉的情緒體驗，哪些音樂會引發人的通澈、清新的情感體驗，哪些音樂會引發人的歡快、熱烈的情感體驗，哪些音樂會引發人的凄切、柔潤的情感體驗。

4 音樂治療對身體機理反應及自動療效評估

近年來，音樂治療在中國越來越受到關注，具有很大的應用與發展空間。 音樂治療是一個系統的干預過程，運用音樂的各種形式（如演唱、演奏、律動等），基于音樂特有的生理、心理效應，激發人體反應，使人體通過各種音樂行為、 經歷音樂體驗達到增進身心健康的目的。 目前，音樂治療體系還并不完善，國內音樂治療存在瓶頸，如音樂選擇西方化，缺乏對中國傳統音樂應用于音樂治療的系統研究； 缺乏對不同類型及形式的音樂特征的自動檢測算法研究； 音樂行為及音樂體驗過程難監測；音樂治療療效難以量化評估等。

本系統擬結合計算機信息技術，實現中國傳統音樂治療對身體機理反應及療效自動評估。系統首先應用數字信號處理技術，實現對中國傳統音樂聲學特征自動提取， 結合支持向量機 （SVM：Support Vector Machine）分類器，實現音樂類型的自動分類。 針對不同心理狀態下的受試者，播放不同類型的中國傳統音樂，實現音樂治療，并通過對受試者腦電信號檢測，實現對音樂治療效果的自動評估。

4.1 基于計算機數字信號處理技術的聲學特征參數自動提取

應用計算機數字信號處理技術，提取中國傳統音樂的音高、音值、音強、音色等特征。 其自動提取的聲學特征參數如下[6]：

4.1.1 短時過零率

短時過零率特征參數，是音樂時域分析中的一種特征參數，指在每幀信號內，信號通過零值的次數。短時過零率特征參數，可實現對音樂時域信號過零點次數的自動提取，與音高、音值、音強、音色等音樂特性相關。 其計算公式為：

其中，x 為音樂信號，N 為音樂信號的幀長，sng[ ]是符號函數，即：

4.1.2 短時能量

聲波在空氣傳播過程中，其信號強度隨時間而變化，可用短時能量特征參數進行表征。 短時能量特征參數為每幀信號各個采樣點值的平方和。 短時能量體現信號在不同時刻的強弱程度，與音高、音強等音樂特性相關。設第n 幀音樂信號xn（m）的短時能量為En，則其計算公式為：

4.1.3 短時平均幅度差

短時平均幅度差特征體現了音樂信號在時域的幅度特性與周期特性，與音高、音值、音強、音色等音樂特性相關。 且對于具有周期特性音頻，平穩噪聲情況下利用短時平均幅度差可以更好地觀察周期特性。假設x 是加窗截斷后的信號，短時平均幅度定義為：

4.1.4 短時功率譜密度

短時功率譜密度特征將信號從時域轉變到頻域上，計算了音樂信號在頻域的特性。 其功率譜計算公式為：

4.1.5 譜熵

譜熵特征參數，表征了音樂信號在頻譜的信息分布特性。 在進行譜熵計算之前，首先對每一幀信號的頻譜絕對值歸一化：

根據上式得到了概率密度，進而求取熵：

4.1.6 基音頻率

演唱音樂中，演唱者的基音頻率是一重要的音樂聲學特征參數?；纛l率為聲門相鄰兩次開閉之間的時間間隔或開閉的頻率， 是描述激勵源的重要參數?；纛l率與演唱者的聲帶結構有很大關系， 一般來說，男性演唱者的基音頻率較低，女性和兒童演唱者的基音頻率較高。 基音頻率與音樂信號的音色相關?；纛l率的自動檢測算法，可提取出和聲帶振動頻率一致的聲門激勵軌跡曲線。

基音頻率可以通過自相關函數法進行計算。首先計算自相關函數：

4.2 基于模式識別技術的音樂類型自動分類

采用二叉樹型的多分類支持向量機（SVM）[7]進行中國傳統音樂類型的自動分類，將傳統音樂分為“亢奮”“正?！薄胺潘伞?三類。 支持向量機是由 Cortes 和Vapnik 等人提出的一種機器學習算法，建立在統計學理論和結構風險最小化的基礎之上。支持向量機在諸多模式分類應用領域中具有優勢。支持向量機能夠將數據樣本映射到一個更高維度的特征空間里，建立一個最大間隔的超平面以達到線性可分。區分樣本點的特征空間中，超平面的兩邊建有兩個互相平行的超平面，平行超平面間的距離或差距越大，分類器的總誤差越小。

4.3 基于腦電信號分析的音樂治療療效評估

腦電波是一種使用電生理指標記錄大腦活動的方法，腦電圖是腦神經細胞電生理活動在大腦皮層或頭皮表面的總體反映[8]。受試者在音樂治療過程中，大腦產生的電生理活動，可由腦電記錄儀以腦電波的形式表現出來，通過對腦電信號的頻率分析，評估受試者心理狀態的變化，實現對音樂治療療效的評估。

5 結語

中國傳統音樂歷史悠久、品種多樣、色彩紛呈。傳統音樂治療理論在各朝各代的相關文獻中均有或多或少的記載。但這些音樂和理論觀點較少運用在當今音樂治療的學科中。 因此，本課題結合計算機信息技術，實現中國傳統音樂治療對身體機理反應及自動療效評估。 系統應用數字信號處理技術，提取音樂信號過零率、短時能量、短時平均幅度差、短時功率譜密度、 譜熵和基音頻率聲學特征參數， 結合SVM 分類器，實現音樂類型的自動分類。 針對不同心理狀態下的受試者，播放不同類型的中國傳統音樂，實現科技干預的音樂治療， 并通過對受試者腦電信號檢測，實現對音樂治療效果的自動評估。