6D 樂譜對舞臺音樂全景記錄研究

王旭 張輝

[內容提要] 基于AI 技術而創設的6D 樂譜，是一種全新的記錄、分析和創作音樂的方式方法，它不但彌補了以五線譜為代表的西方記譜體系中未對演奏位置和樂器演奏技法等因素進行記載的缺憾，而且將中國古典樂譜中強調姿勢、手勢、位置的記錄特色予以再現。配合當代標準化、程式化音樂，使定量記錄舞臺音樂全景變得更加完整、豐富和科學成為可能。6D 樂譜的問世，不但有利于音樂設計、分析和欣賞，也有利于配器擺放設計研究及音響錄制效果研究，而且更有利于智能機器人表演時需求的豐富數據信息資源，以至于擬人效果會更加完美，實現人機共識、共享。

引言

記譜法作為音樂文化的視覺承載記錄手段，在不同的地域審美、歷史文化、哲學思想、意識形態等社會因素影響下，中西方記譜法呈現出各自獨特的記錄方式。西方記譜體系是以記錄具體音高、音強、時值等為基本屬性的“音符記錄方式”，這種記錄方式忽略不同樂器演奏技巧之間的差異，記錄的樂譜有著統一的音準，這種記譜方式非常適合樂譜合奏以及不同地區、不同時代之間的傳播，因此成為全世界最通用的記譜方式。但是眾所周知，演奏者的演奏位置以及在不同空間中的音樂傳播途徑會受到音樂廳的內置材料屬性、演出場所的幾何尺寸等因素的影響，不同的位置、不同的反射空間都會直接影響到聽眾接收的音樂效果。由于傳統五線譜不能記錄音樂聲源位置及擺放形狀等，以至于前景、中景、后景只能概念化、經驗式設置，不能數字定位，從而影響最佳音樂效果及錄音效果，由此音樂的精準傳承也受到了限制。而在中國古典記譜法中有大量關于樂器演奏的記譜方式，如減字譜、古琵琶譜等，這些古典樂譜較全面地記錄了演奏者的指位、指法等演奏技巧，但對具體的音高、時值等卻缺少明晰的記錄，因此，也不利于音樂的傳承和再現以及人機共識、共享等。可見，中西兩種記譜方式都不是最全面、最完美的記譜方式，這給后續的6D 樂譜的研發留下了空間。

在科技迅猛發展的今天，有了計算機和AI 技術的輔助分析能力，我們可以將樂譜進行多維空間組合，力求能夠呈現出一種更加全面、智能、完整，更加適用人機共識、共享的新型記譜方式——6D 樂譜。這種高維樂譜融合了中西兩種記譜法的優點，不僅能夠記錄完整的音高、音長、音色等樂音結構的變化，還能綜合舞臺空間位置或演奏者手型位置等數據，全面完整地對舞臺音樂進行全景記錄。這樣不僅有利于配器的設計與樂器擺放，還能滿足智能機器人表演時對豐富的數據信息資源的需求，以便于取得更加顯著的擬人效果。縱觀國內外的音樂發展趨勢，正在形成多元化、智能化的全新音樂格局。在普遍使用五線譜的今天，中國古典樂譜中強調姿勢、手勢、位置的記錄特色將在6D 樂譜中得以發揚光大。

一、6D 樂譜的理論架構及功能特征

如果說在音樂廳上演的大型音樂會是最終產品的話，那么高維樂譜（6D）就是實現該產品的生產設計圖紙，而音樂會的整個演奏過程即是依照這份設計圖紙生產該產品的整個過程。這就要求設計圖紙必須能夠成為完整記錄音樂會全部數據的載體，以便不同時間、不同地點、不同樂團均可依照這份設計圖紙進行音樂會的再現、復制與傳承。依據這一設計理念，這份高維樂譜（6D）就必須擁有強大的功能，不僅具有數學上的完備性和精準性，還要具有物理學及生理學上的動態描述及感知記錄。這樣全面、融貫中西記譜優勢的6D 樂譜，即可用高維圖標方式全景記錄整場大型音樂會。

由于人類視覺（智能機器除外）對三維以上坐標圖形不能有效分辨，因此有必要將6D 樂譜按功能劃分為兩個子空間。根據音樂的發音標準與聲源定位以及樂譜記錄定位方式及讀譜習慣，將6D 樂譜的空間布局表現在下面6D 樂譜功能圖（圖1）中，分別是：

圖1.6D樂譜功能圖

1.3D 樂音子空間：設立三維坐標體系，以H、T、Ti 為坐標軸，分別代表音高變量、音長變量、音色變量。這種3D 樂譜還可以降維成二維樂譜使用，即只有音高、音長兩個變量，也可以結合其他子空間中的變量增維成N 維樂譜，如4D、5D、6D……ND 樂譜等。

2.3D 位矢子空間：設立三維坐標體系,以X、Y、Z 為坐標軸，分別表示演奏空間的長度變量、寬度變量、高度變量。既可以宏觀表達舞臺樂隊的整體布局，展示演奏者的發聲位置，也可以微觀表現個體樂器演奏者的局域發音點，展示演奏者指法位置、具體演奏弦位等。這一子空間的定位對于演奏法、舞臺錄音、現場收聽效果、樂音傳送效果等方面有著積極的影響，因此準確記錄這一子空間中的內容變化，是對音樂記譜法的極大豐富與擴展。

3D樂音子空間和3D 位矢子空間既相互獨立，又相互聯系，共同構成6D 樂譜空間。實踐中，還可以根據音樂的具體需求降維簡化使用，形成5D、4D、3D、2D 等樂譜。這樣完整的樂譜子集空間，能夠基本全面地覆蓋記錄音樂發聲的全景信息。

具體記錄音樂時，在原3D 樂譜基礎上增加（X，Y，Z）位置坐標軸，構成（H，T，Ti，X，Y，Z）6D 樂譜。在6D 樂譜（H，T，Ti，X，Y，Z）的六維坐標系中的某一個點，即代表某一時刻具有某音高、音長、音色（可以是樂器）的音源在某一位置所發出的音樂。這樣記錄下的音樂具備更加全面、更加科學的定量數據，這些數據通過AI 技術及大數據分析，可以直接幫助我們對某音樂的風格、類型、交融方式以及聽眾接收效果、錄音傳播效果等方面進行綜合考量、評估及研究。

二、3D樂音子空間和位矢子空間的繪景分析

例如我們將貝多芬第五交響樂中的一小段片段總譜（337-341 小節）映射在3D 樂譜坐標體系中，并根據作曲家要求設定好需要的Ti 音色數據層。圖2 是常規記錄的交響樂五線譜總譜，這個片段源自第三樂章結尾處的再現部分：由弦樂組和打擊樂組中的六個樂器聲部進行演奏，分別是一提琴、二提琴、中提琴、大提琴、低音提琴與定音鼓。

圖2.貝多芬《c 小調第五交響曲》第三樂章片段的五線譜形式

其中，定音鼓聲部作為點狀背景層，以穩定的四分音符做同音序進，奏出“命運”主題的暗示；五組弦樂用弱奏長音共同構成立體的面狀中景層；在339 小節處，由一提琴奏出本樂章主題在下屬方向調bA大調上的變化再現，構成旋律前景層。將這一部分音樂映射在3D 樂譜中，從H（音高）、T（音長）兩軸所構成的二維譜（HT 平面）來看，與過去二維譜的構成完全一致（見圖3）。在二維譜中只顯示音樂的音高與音長兩個變量，可以清晰地看出：旋律前景層中的音樂線條起伏特征、點狀背景層的等時值行進推動、多聲部長音組成的面狀中景層以及不同音區的高度對比。

圖3.貝多芬《c 小調第五交響曲》第三樂章片段的二維譜（HT 平面）形式

再將角度旋轉90 度，觀察H（音高）、Ti（音色）兩軸所構成的二維HTi 平面，如圖4，HTi 平面顯示的是不同音色之間的音高對比。可以看到，一提琴聲部的旋律高度起伏是最大的，其他聲部都是一個音位，即同音的持續或重復；各聲部之間的音區分布也是適中的，整個弦樂組高到低分布在大字一組到小字二組的音區之間，定音鼓與中提琴位于中間音區位置。

圖4.貝多芬《c 小調第五交響曲》第三樂章片段HTi 平面投影

圖5 是這部分音樂片段的3D 樂譜呈現，同時標明H（音高）、T（音長）、Ti（音色）為三個軸向變量。各個聲部錯落排列在三維空間里，從不同投影面看，會得到不同的圖形與數值。研究人員或智能機器可以選擇某些數據，做定向提取和分析，這樣更有利于對音樂的深入研究和綜合分析。

圖5.貝多芬《c 小調第五交響曲》第三樂章片段的3D 樂譜

在錄音技術、傳媒技術越來越成熟的今天，無論是到音樂廳現場觀看音樂會還是通過錄音錄像方式收聽收看音樂會音頻、視頻，還是為專輯、電影、電視劇錄制音樂等活動，都會由于音樂場所的聲場不同、錄音位置的不同、收聽位置、收聽方式的不同而產生不同的效果。因此，不同于傳統記譜法，科技的發展必然要求記譜方式能夠對音樂的更多信息進行記錄與分析。6D 樂譜中對舞臺3D 位矢子空間的創設，則完全滿足了對音樂全景記錄的需要，也順應了科技大發展時代對音樂記錄方式的更高要求。

舞臺3D 位矢子空間從宏觀上進行位置設定，主要研究舞臺中聲源位置分布關系及架構；從微觀上進行位置設定，主要研究某一件樂器在演奏技法上、發音技術的位置分布關系等。舞臺3D 位矢子空間與3D 樂音子空間結合后的全部圖譜構成了6D 樂譜，這樣的設置對于應用信息傳播技術的整個音樂活動都有著重要意義。

3D 位矢子空間將舞臺或整個音樂廳按照空間位置進行3D 定位，設定三軸數據：X 軸為舞臺長度，Y軸為舞臺深度，Z 軸為舞臺高度。這樣某一演奏員的發音位置就可以在這個三維坐標中得到一個具體的數值（X，Y，Z）。如圖6 展示的是上海交響樂團音樂廳的實景圖與俯視平面圖。這個音樂廳從建筑聲學的角度出發，將音樂聲學理念完美地設計在音樂廳之中。音樂廳有觀眾坐席1200 個，舞臺為開放半圓型，臺口寬（X）20 米，舞臺深（Y）15 米，臺上錯落多層舞臺臺階（Z），面積約280 平米，混響時間能夠達到2.4-2.8 秒，無論從觀眾席的任何一個角度聆聽，都能夠獲得極佳的聲學體驗。由于現代傳播方式的需要，在音樂廳里對大型管弦樂進行錄音或采樣是經常進行的工作，這項工作對錄音師的技術要求是非常高的。話筒的具體擺放位置會直接影響到拾音效果，從而直接影響音樂作品的聲音質量。

圖6.上海交響樂團音樂廳實景圖與俯視平面圖

圖7.上海交響樂團音樂廳民族管弦樂舞臺樂器布局圖

圖7中我們以上海民族樂團2016 年6 月在上海交響樂團音樂廳進行的一場竹笛專場音樂會為例，研究6D 樂譜對舞臺音樂的全景記錄。在這場演出中，民族管弦樂隊的樂器擺位采用“左弓弦、右彈撥”的方式，整個樂隊分為四組：

1.弓弦組：高胡、二胡、中胡、大提琴、貝司；

2.彈撥組：琵琶、中阮、大阮、古箏、柳琴、豎琴、揚琴；

3.吹管組：笛子（梆笛、曲笛、新笛）、笙（高音笙、中音笙、低音笙）、嗩吶（高音嗩吶、中音嗩吶、低音嗩吶）；

4.打擊樂組：小堂鼓、定音鼓、排鼓、中國大鼓、鐘琴、大鑼、顫音琴等。

樂器的擺放跟隨舞臺呈半圓形分布，舞臺上有四級扇形臺階，臺階高度每級升高0.25 米。在圖8 舞臺錄音布局圖中，我們給出X、Y、Z 三條坐標軸，分別代表舞臺寬度（X）、舞臺深度（Y）、舞臺高度（Z）垂直于XY 平面，單位為米。圖中還畫了一個小的Z 軸，主要是為了配合看圖方便、標注階梯高度之用。這樣定位后的民族管弦樂團中的每一件樂器，就都可以有自己的準確坐標位置：如二胡首席的位置是（7.5，4.5,0），梆笛首席的位置是（9,11.5,0.5），中音嗩吶的位置是（14,12.5,0.75），定音鼓的位置是（1-3,11-12,1），獨奏樂器Solo 的位置是（8.7,1,0）。根據這些位置以及樂器音量、拾音平衡等不同因素，給出合理的錄音麥克位置擺放，如圖中◆所示。這些麥克的擺放也可以給出準確坐標位置：例如主麥克A、B 位于指揮后方，定位分別是A（9.8,0.5,0）、B（10.8,0.5,0）、柳琴聲部拾音麥克（11,7,0）、中音笙拾音麥克（5.4,10.2，0.75）大阮聲部拾音麥克（18.2,4,0）、鐘琴拾音麥克（10,13.3,1）等。經過舞臺3D 位矢子空間的準確記錄之后，本場演出真實詳盡的舞臺情況及錄音采樣情況就可以以數字的形式呈現在計算機之中，這些數據可以用于科學研究及資料資源，對于研究音樂聲學、建筑聲學、錄音藝術、媒體傳播等領域有著非常積極的促進作用。

圖8.貝多芬《c 小調第五交響曲》第三樂章片段的6D 樂譜在位矢子空間對應圖

三、6D 樂譜對舞臺音樂全景記錄的綜合應用

綜合以上兩個子空間的內容，可以對音樂及演出進行準確、全面、詳細的數據記錄，這些數據可以應用在大數據技術的計算中，經過計算機及AI 分析得到研究者需要的新數據與結論，從而有利于更加深入、完整地對音樂進行研究。6D 樂譜中的6 個要素可以混合搭配使用，從而給出各式各樣、維度不同的數據鏈。例如，如果要提取在本場民族管弦樂演出中（見圖7）solo 獨奏聲部的全部數據，可以直接將solo 聲部的二維樂譜（solo 所在的HT 平行平面的投影）加上舞臺3D 數據（X，Y，Z），形成特定的5D 樂譜。將所有類如solo 所在的HT 平行平面做投影獲得的二維樂譜，均定點投放給類如solo 所在位置上的演奏樂器，那么這些樂器的集合效果就形成了一個完整的舞臺音樂的全景記錄。當舞臺出現兩種以上的音色時，可以增加Ti 軸音色數據，則5D 樂譜就升級為6D 樂譜。

前面研究過的《貝多芬c 小調第五交響樂》第三樂章片段（見圖5），這個3D 子空間的樂譜對應于舞臺3D 位矢子空間中，則每個樂器都有自己的3D 空間位置坐標（見圖8）。3D 樂音子空間中的六個音樂聲部，分別對應在舞臺3D 位矢子空間中設置如下：

1.一提琴聲部舞臺對應坐標位置（3-8,10-13,0）；

2.二提琴聲部舞臺對應坐標位置（3-8,7-10,0）；

3.中提琴聲部舞臺對應坐標位置（11-18,7-10,0）；

4.大提琴聲部舞臺對應坐標位置（12-18,10-13,0）；

5.低音提琴聲部舞臺對應坐標位置（18-20,7-13,0）；

6.定音鼓聲部舞臺對應坐標位置（10-11.5,2.5-4,1）。

兩個子空間結合在一起之后，就形成一個完成體系的6D 樂譜。這種記錄方式能夠將舞臺全貌及音樂演奏定量全部轉變成數字化機器語言，輸入計算機，為不同人員組合、不同樂隊類型、不同場所演出、不同錄音設備等大型音樂活動提供準確、全面的數據支撐。

由于舞臺音樂的多樣性，很多時候并不需求完整的6D 樂譜來記錄復雜的多聲部交響音樂，在常見的小型演出中，獨奏、小型重奏的演出形式是被大量應用的。以古箏獨奏帶鋼琴伴奏為例，由于古箏與鋼琴的發音位置空間高度是基本一致的，因此可以忽略3D 舞臺空間中的Z 軸（高度）數據，視為同一個平面，僅用X（寬度）Y（深度）坐標數據記錄即可。

圖9.二聲部音樂降維使用的4D 樂譜

如圖9 所示，古箏獨奏的位置坐標是（7.5-9.5,11）、鋼琴伴奏的位置坐標是（4.8-7.8,5-7），在這兩個聲源位置發出的聲音旋律對應記錄在下面二維譜子空間中，這樣就構成了有兩個二維平面空間的子空間合集，即4D 樂譜。研究者可以根據不同音樂作品、樂器以及演出場所的需要來設定N 維樂譜的維度形式，也可以單獨抽取其中某一變量或組合變量來研究不同的音樂內涵與效果。

再以稍復雜的柴科夫斯基《天鵝湖》中的音樂片段為例，研究6D 樂譜對舞臺音樂的全景紀錄。先將這部分音樂映射在二維譜中（圖10），觀察HT 平面上的音高、音長數據，可以看出：由于聲部較多，音符較復雜，導致很多音樂線條的重疊。再觀察HTi 平面的數據，可以看出不同聲部之間的音區位置與音高起伏變化。

圖10.柴科夫斯基《天鵝湖》音樂片段不同投影面的二維信息

在圖11 中，將柴科夫斯基《天鵝湖》的舞臺音樂片段紀錄在6D 樂譜中，可以看到這七個聲部之間是較為錯綜復雜的。這種多維空間聲部運行對于人眼識別雖然有些繁雜，但是對于智能機器及AI 來說，卻是非常容易設定與記錄的。

圖11.柴科夫斯基《天鵝湖》音樂片段的6D 樂譜

1.弦樂組：以斷奏的柱式和弦分解形式共同組成伴奏音樂背景層。整個弦樂組對應在舞臺最前端的一層位置。

2.長笛聲部：以高度起伏的波浪式快速小音階，仿佛流動的河流，在中音區形成音樂中景層。長笛對應在舞臺中部的二層左側位置。

3.鐘琴聲部：在高音區以均等時值的音符奏出旋律，形成音樂前景層。鐘琴對應在舞臺后端第四層右邊位置。

這些3D 樂譜中的單獨聲部線條樂譜，既可以合在一起形成管弦樂隊的總譜，也可以分開單獨使用，成為每一個樂器聲部的分譜。這些線性化的音樂記錄可以使人們清晰看到音樂進行的全貌：起伏高低、持續時長等。配合計算機的記錄與計算，我們可以將兩個子空間的內容對應聯系起來進行分析、比對與研究。

在這段音樂的3D 位矢子空間中（圖11），我們可以看到七個樂器聲部之間的具體定位：

1.弦樂組：

一提琴聲部的定位區域約是在（3-9,10-12,0）的位置。根據一提琴聲部在管弦樂中的重要性以及提琴樂器的發音原理、聲學傳送規律等，將這個聲部位置定在舞臺最前面——除指揮外離觀眾最近的位置，從舞臺的左側發聲。

二提琴聲部的定位區域約是在（3-8,8-10,0）的位置。這個位置是也從舞臺的左側發聲，位于一提琴的后面位置。

中提琴聲部的定位區域約是在（11-17,10-12,0）的位置。這個聲部是與二提琴對應的舞臺中間位置，也是最常用的中聲部樂器，從舞臺的右側發聲。在管弦樂配器法中，二提琴與中提琴聲部常常聯合使用，共同組成豐滿的中聲部音層，因此這兩組樂器的舞臺擺放位置也是位于高低音弦樂與木管組、銅管組、打擊樂組之間，用來融合不同樂器組之間的音色，并填充、豐滿高低聲部之間的空白。

大提琴位于右側舞臺的最前面，定位區域約是在（12-18,10-12,0），這個聲部是最重要的低音聲部，常擔任低音旋律主奏及和聲的根音。

低音提琴位于舞臺整個弦樂群最右側，一般縱向排列，定位區域約是（17-18,8-12,0）。縱觀整個弦樂組的位置，是位于舞臺最低層（第一層，Z 軸坐標0），也是最靠近觀眾的區域。

這種擺位方式是根據提琴組的整體音色特性及音樂需求所設定的，歷經幾百年的發展與變化，最終得到的最為合理有效的舞臺定位方式。

2.長笛聲部：相比提琴聲部，管樂的發音音量與傳播遠度一般要好于弦樂組，因此長笛的位置一般定在舞臺2 層左側位置（5-9,6-7.0.25），也遵循整體樂隊左高右低的音區安排。

3.鐘琴聲部：鐘琴的金屬音色是較有穿透力的，屬于打擊樂器組，一般放置在舞臺最后一排，根據需要常放在中間或兩側的位置。圖11 中的鐘琴定位在（14-16,3-4,0.75）的位置，由于舞臺高度較高，再加上樂器本身就是站立演奏，則發聲點位也較高，因此即便是在舞臺的最后一排，演奏時依然可以將清晰的音樂傳入到觀眾耳中。

通過以上譜例可以看出，6D 樂譜可以宏觀、詳細、完整、科學、嚴謹地記錄一場音樂會中的樂譜及舞臺數據。這種先進的記譜方式，填補了五線譜記錄舞臺音樂時無法記錄具體樂器的位置變量以及舞臺數據的空白。另外，6D 樂譜還可以使用微觀記錄的方式，沿襲中國古典樂譜中的思維方式和設計理念，對某一件樂器演奏時具體的指法、手位、發音位置等進行詳細標定，設定出具體音樂變量同樂器演奏變量之間的關系，從而完善和豐富中國古典記譜法的科學性與傳承性，推動中國音樂科技走向世界前列。這一部分的研究將在今后的文章中做進一步細化與深入研究。

結語

6D 樂譜這種全新的記譜方式，是對現有記譜法的突破與顛覆。它既符合當今社會信息科技高速發展的時代要求，又能滿足音樂家和理論家對音樂的全景記錄與創新研究的需要，亦可實現人機共識、共享，同時也是對中國古典記譜方式回歸世界藝術前沿的強力推進。

一般說來，有了6D 樂譜，音樂會的客觀屬性就會得到加強，就不會因音樂家、演奏家的變化及時代的變遷而有實質性的改變，音樂文化的客觀傳承性和科學精準性以及可再現性從而得到保證。將西方音樂文化精髓和中國音樂文化要素在6D 樂譜中得到全景呈現，使中西音樂文化合璧統一，將兩種音樂文化中原本不可或缺的文化合理內核整合在一起，達到了長板加長的效果。比如公元前的音樂會可以傳承至公元后的任何年代而不改變音樂會本身；中華古典樂譜在樂音子空間中的不完備性和在位矢子空間中的欠完備性，以及歐美樂曲（如五線譜）在樂音子空間中的欠完備性和在位矢子空間中的不完備性，在6D全景音樂時空中得到了有效互補及完美結合。中國是古代樂譜發源地之一，有著輝煌的歷史。文化自信才能引領文化創新，面對世界各國不同歷史時期、不同類別的音樂作品，6D 樂譜均可對其音樂構成的基本元素簡約化設置，凸顯直觀提示效果，提升聯覺認知效率。通過交互設計，其視聽效果可同步展現，從而升級音樂創作和欣賞的交互體驗。創造擁有自主知識產權的統一音樂記譜法與分析法，配套相關數據庫與掃譜自動識別系統，以更為直觀的方式解讀音樂作品中的“細胞組織”。