民樂創作與科技的關系研究*
——以民族拉弦樂器的聲學研究為例

郭曉麗，萬小東

（1.河北傳媒學院，河北 石家莊 051430；2.中國音樂學院，北京 100101）

1 前言

1.1 國內外研究現狀及本課題的研究意義

自20世紀中葉以來，國外對西方樂器（包括拉弦類樂器）的音響進行了較為全面、細致的測評，已形成相對完整的樂器音響分析與評定體系。如J·邁耶爾《提琴音質的聲學研究》[1]一文，對測量樂器動態范圍、分析頻響特征的方法做了較為全面的介紹，并對小提琴的頻響曲線做了細致的測量和分析。

自20世紀90年代以來，國家輕工業局發布《中國輕工業標準匯編·樂器卷》之《民族弦鳴樂器通用技術條件》，對中國民族弦鳴樂器技術標準進行規定，該標準適用于以板、膜為主要振動體的民族弦鳴樂器（如揚琴、板胡、古箏、琵琶、二胡、三弦等）。此外，還有一些關于民族拉弦樂器聲學研究的文獻，如王欣《中國民族擦弦樂器音響特征——以板胡為例》、姜銘禮等《二胡聲學特征應用研究》、陳通等《二胡的聲學特性》、任建一《二胡聲學（共鳴）特征的研究》等，都在個案聲學研究思路、內容與方法方面對本課題研究具有一定的參考意義。

通過閱覽相關文獻，筆者發現，國內關于高胡、二胡、中胡三件民族拉弦樂器的系列聲學研究，以及中外拉弦樂器的聲學比較研究領域尚屬空白。因此，本課題研究的現實意義也就凸現出來。

（1）在拉弦樂器合奏教學中，本課題研究成果可以作為可信賴的科學依據，幫助教師闡明拉弦樂器音響組合的聲學特征，以及合奏過程中需要注意的聲學問題。

（2）對于音樂創作者而言，不僅可以為作曲家明確各樂器的聲學特征、基于聲學研究的樂器法，還可以為作曲家創作弦樂合奏作品提供新的概念和認知。最重要的是，本次課題研究按照“樂器數量每增加1倍聲壓級增加6 dB”的理論，嘗試以西方雙管樂隊編制拉弦樂器12:10:8:6:4的配數為參照標準①，為中國民族管弦樂隊常規編制中的拉弦樂器配數做大膽嘗試，以期得到國內外中國民族管弦樂隊的關注。

1.2 準備工作——聲音采錄與實測

（1）采錄與實測對象

[中]高胡、二胡、中胡；[西]小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴。

（2）采錄與實測內容

采錄內容：常規音域自然音階。

實測內容：每件樂器4種奏法（長弓、斷弓、震弓、撥奏），3種力度（弱、中、強奏），3個音（低、中、高音區各抽取一音）。這樣，每一件樂器就會得到36個聲壓級數據。

2 中西拉弦樂器音色特征分析與對比

2.1 音色分析與對比

西方管弦樂隊中，拉弦樂器組由小提琴I、小提琴II、中提琴、大提琴和低音提琴組成。中國民族管弦樂隊中，與之對應的組合則由高胡、二胡、中胡、大提琴和低音提琴組成。兩組樂器同屬于弓弦樂器，其樂器構造大致可分為激勵系統（琴弓）、弦振系統（琴弦）、傳導系統（琴馬）、共鳴系統（琴箱）、調控系統（調弦裝置）五個部分。提琴組樂器的發音過程是琴弦受到外力的影響（弓拉弦鳴或指撥弦鳴）產生弦振動，琴弦的振動通過琴馬的傳導，經過共鳴箱放大后，最終傳入人耳。胡琴組樂器的發音過程與前者相同，但有一點值得注意，胡琴組樂器是先由琴弦振動，通過琴馬傳導至皮膜使其振動，再通過琴桶的共鳴箱放大。民族拉弦樂器中，有皮膜這一材料參與發聲過程，則必然會導致音色的不同。

西方拉弦樂器組中，各樂器諧音數量都比較豐富，基本呈常態分布（圖1）。各樂器峰值較為明顯的諧音數量，比中國民族拉弦樂器組中的樂器多。在本課題分析的每個音頻中，非樂音成分極少，諧音列中無明顯的非諧音（雜音）成分?？梢?，木質共鳴箱對諧音列進行了有效的放大，并抑制了非諧音的成分，使其音響特征具有豐滿、圓潤的特點。同時，奏法對西方拉弦樂器的諧音數量影響較小，無論音區還是力度變化，都可以保持較為完整的諧音列結構。整體看來，西方拉弦樂器組的音色具有非常強的統一性。

圖1 西方拉弦樂器諧音豐富、基本呈常態分布

反觀中國民族拉弦樂器，與西方拉弦樂器相比，低音區音色則略顯粗糙，中音區音色光澤度相當，但高音區略顯刺耳，尤其是在高胡的高音區最為明顯，已經可以用“生澀”來形容?？梢?，包含皮膜傳導振動的琴桶沒有對音色進行很好的“調整”，在放大有效諧音的同時，也放大了部分無效的非諧音成分，整體音色特征具有緊張、粗糙的特點。因為皮膜問題不是本課題的研究重點，所以不進行詳細討論。中國民族拉弦樂器音色的特點總結如下：

（1）諧音數量較少，除第一諧音以外，峰值明顯的諧音數量則更少，每個音中包含些許的雜音成分（圖2）。

圖2 中胡中音區

（2）撥奏時，諧音數量極少，除基音以外，無明顯的其它諧音成分，尤其是在高音區伴有明顯雜音。隨著音高的上升，逐步喪失音區歸屬感，演奏技法對樂器音色的變化具有較大的影響（圖3）。

（3）諧音數量比較豐富，峰值較高的諧音僅有4個，但奇數諧音峰值明顯，同時，諧音列中存在大量非諧音（雜音）成分。因此，音色表現仍比較豐滿，但略顯干澀與空洞，尤其存在于極高音區，該音響特征更為明顯（圖4）。

圖3 中胡高音區撥奏

圖4 高胡的極高音區

2.2 各樂器的最佳音區

每件拉弦樂器都有部分能表現其最佳演奏性能的音區或音高范圍，在音樂上表現為不同技法、力度、音高等的最佳音色演奏區域，即最佳音區。如果一件樂器的最佳音區非常寬廣，那么，這件樂器的音樂表現力一定非常豐富，情緒的表達、力度的變換、音符的銜接和技法的切換也會更加的自由。筆者通過使用GMAS，對中西拉弦樂器的四種奏法（長弓、斷弓、震弓、撥奏）采錄的音頻進行數據化分析，并結合主觀調研數據與文獻分析，劃定該樂器的最佳音區，以此為樂器學習者、演奏者和作曲家了解拉弦樂器的聲學特征和演奏性能提供科學依據。

（1）西方拉弦樂器：小提琴：G3-C5；中提琴：G3-F5；大提琴：C3-A3，E4-C5；低音提琴：B1-D2，G2-D3。

（2）中國民族拉弦樂器：高胡：G4-G6；二胡：#F4-A5，G5-C6；中胡：E4-G5。②

3 中西拉弦樂器聲壓級特性分析與對比

3.1 動態范圍分析與對比

根據所實測的每件樂器的36個數據，每件樂器打破奏法、音區、力度的界限，以最大值減去最小值即為每件樂器的最大動態范圍（表1）。

表1 中西拉弦樂器動態范圍比較

一件樂器擁有寬廣的動態范圍，則可以擁有更強的音樂表現力，增強旋律、和聲、表現情緒起伏變化的自由度等，更好地滿足作曲者、演奏者想要通過音樂表達自身情感的需求。從整體上看，提琴組樂器中，小提琴和中提琴的動態范圍大于胡琴組中高胡和二胡的動態范圍。其中，小提琴與高胡的動態范圍對比最為明顯，二者差值高達17.5 dB。中胡的動態范圍則與中提琴的差距不大，這表明胡琴類樂器中，高胡和二胡在動態范圍改良方面仍有較大的進步空間。

特此說明，本文的動態范圍研究都是限于單件樂器的動態范圍，因為做樂器組合的動態范圍研究，其前期設計難度巨大、工作量難以估量，不是本課題能完成的。比方說，既然是樂器組合，那應該合奏什么樣的和弦呢？保守地說，會有不止10 000個（算上所有可能構成的和弦、和音、原位、轉位及不同的音高位置等）。采用什么樣的排列法呢？排列方式的可能性也是幾近于無法確定的程度。因此，難以斷定應采選取何種和弦和排列法才具有更高的權威性、更高的可信度。而且，音樂本來就是流動的，如何進行研究才能達到理想的研究效果，也有很多不確定的因素。

3.2 樂隊編制配數研究

3.2.1 西方雙管樂隊編制拉弦樂器組配數分析

每件樂器測出36個聲壓級數據，將其平均，求得西洋拉弦樂器中，常規演奏時的聲壓級分別為小提琴68.1 dB，中提琴60.2 dB，大提琴63.9 dB，低音提琴63.5 dB（表2）。

表2 中西拉弦樂器的平均聲壓級數據

按照“樂器數量每增加1倍聲壓級增加6 dB”的理論，得出西方樂隊常規編制中，12把小提琴Ⅰ的聲壓級為89.1 dB，10把小提琴Ⅱ的聲壓級為87.6 dB，8把中提琴的聲壓級為78.2 dB，6把大提琴的聲壓級為78.9 dB，4把低音提琴的聲壓級為75.52 dB?？梢?，小提琴Ⅰ由于擔負演奏旋律的重要任務，其聲壓級明顯大于其他聲部；小提琴Ⅱ次之，也是因為要經常接替演奏旋律或是演奏復調化的另一旋律，而接近于小提琴Ⅰ聲部的聲壓級；中提琴與大提琴處于中、低音區，聲壓級均衡，相差不大，體現出一種穩定、填充的功能；低音提琴最弱，在古典雙管樂隊中，并不追求大音量的最低音，因為低音提琴多數時候會與大提琴構成一個八度，共同承擔低音部。整體看來，低音部的聲壓級應該是82.9 dB（大提琴+低音提琴）。

3.2.2 民族管弦樂隊常規編制拉弦樂器組配數分析與建議

以西方雙管編制管弦樂隊拉弦樂器12:10:8:6:4的配數為參照標準，如果中國常規編制的拉弦樂器希望在聲壓級上達到與西方拉弦樂器相同的效果，各民族拉弦樂器的聲壓級應分別對應為，高胡74.9 dB，二胡68.8 dB，中胡67.4 dB（表2）。由此推斷，需要5.4把高胡、9.1把二胡和3.6把中胡。由于民族管弦樂隊中，低音樂器也是大提琴和低音提琴，故低音樂器不做比較。

實際上，現實中以“樂器數量每增加1倍聲壓級增加6 dB”的理論進行樂器配數時，很多客觀因素會導致音響并不匹配的情況。例如，因樂器排列位置不合理，可能導致聲音相互抵消；樂隊演奏時，因聲學環境不同，也可能導致一定程度的音響不匹配等。

因條件所限，上述配數研究是建立在理論層面進行的。

4 結語

民族管弦樂隊承載著中華文化深厚的精髓與審美，承載著千百年來人們對中國式“音響美”的追求與喜愛。隨著時代的發展，近年來，中國民樂已經走出國門，邁向世界，世界各地著名的“音樂圣殿”都有中國民族管弦樂隊的身影。然而，當前中國民族管弦樂隊的理論建設中，缺乏高水平的隊伍對其進行全方位的研究與總結。樂器的改良與研究，也仍有較長的道路要走，更需要從科學、理性的角度去剖析音樂的本質。筆者僅從音樂聲學的角度出發，運用當代科學的方法論證民族管弦樂隊中拉弦樂器組音響的本質，對中國民族管弦樂隊的拉弦樂器組進行分析與建議。希望以理性思維來探索音樂的本質，歡迎各界專業人士共同探討和指正。

注釋：

① 數量配比來自于河北師范大學音樂學院、河北省交響樂團等作曲與指揮建議的常規配數。

② 該結論來源于張有川《中國音樂學院2021屆博士后出站報告》，P138。