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拍音的聲學原理及其在音樂實踐中的應用
更新時間:2020-9-3 9:22:55 編輯:溫情 演藝科技傳媒 調整文字大小:【

對聲音的分析始終是音樂理論研究的中心話題。然而,對于音樂學科而言,學界多從音樂理論的角度分析和聲、曲式、調式、調性等內容,鮮有從聲學的角度分析音色等內容。拍音作為音樂實踐中普遍存在的現象,更是鮮有學者關注。本文圍繞拍音的概念,進而探索拍音的聲學原理,同時對鋼琴調律、鐘聲中拍音的應用進行初步探討。

 

1 拍音的聲學原理

拍音是兩個頻率不同的波相加而形成的周期性的幅值變化。當頻率差小于12.5 Hz時,大多數聽者會察覺到拍音現象;當頻率差大于15 Hz時,聽感逐漸從拍音變成一個音高不明確、不穩定的聲音;當頻率差繼續增大,到達某一數值時,兩個頻率從混合在一起變為可被人耳分辨,但是仍然有不平穩的聽感;當頻率差進一步增大時,聽感將從不平穩轉變成平穩;如果兩個純音的頻率差繼續增大,只要在人耳聽音頻率范圍內,則可分辨、平穩的聽感將持續下去[1]。

拍音具有以下特點。(1)拍音只能由兩個聲波相互干涉才能形成。(2)兩個聲波振動頻率差異小,比較相近的時候才能出現拍音(即當頻率差小于12.5 Hz時),隨著頻率差的升高,人耳無法感知拍音存在,聲音會逐漸變得生澀再轉至平滑。(3)拍音不但可以在兩個簡諧振動中產生,也可以在兩個復合振動中產生。(4)拍音可以計量。拍音具有周期性的變化,有一定的頻率,單位時間內拍音周期性變化的次數(強弱變化的
次數)稱為“拍頻”。(5)拍音只有強弱之分,沒有高低之分,拍頻僅代表強弱變化的速度而非音高。

 

2 拍音現象在音樂實踐中的應用

2.1
鋼琴調律原理(輔助鋼琴調律)


從前文可以得知,每秒鐘內拍音的變化次數等于兩樂音的頻率差,所以兩樂音的頻率越接近,拍音次數就會越少,拍音現象就越易被人耳所察覺。

鋼琴調律中拍音的運用十分常見。在鋼琴調律中,拍音現象并非單指基頻的比較(同音不同弦需要比較基頻),還包括兩音臨近泛音的頻率比較或基頻與泛音頻率比較。生活中每個物體發出的樂音都不是純音,而是復合音,鋼琴也是如此。每一個復合音中除了基音,還包含許多泛音,這些泛音的頻率大體是基音的整數倍。鋼琴上不同音程產生的拍音,通常發生在這些泛音之上,只不過音程不同時,發生拍音的泛音也不同。

拍頻由產生拍音的原來兩個波的頻率差決定,反過來說,知道拍音數量的多少,可以推測出原來兩個波的頻率差是多少。而鋼琴調律是兩音中所臨近泛音的頻率比較,實質是十二平均律和純律兩種律制特點差異所造成的。以純律音程的純正無拍的純點作為參照點,然后通過放寬或收窄音程而使之達到十二平均律的要求[1]。顯而易見,如果兩種律制的某音程的寬度差別小,那么需要調整的量就小;如果音程寬度差別大,需要調整的量就大。

總體來看,弦振動的各次諧音的振幅是不同的,序數越高,拍音振幅越小,能量就會越小。能量小時,很難形成既有一定強度又有清晰度的拍音。例如,發生在序數比較高的諧音上的音程(大、小二度與大、小七度)的拍,拍音振幅很小或極小(雖然也有一個例外,就是小七度的拍,發生諧音的序數不是很高,甚至比小六度的還低一些,它有一定的振幅)。所以,在調律過程中,常用到的主要是諧音序列低的音程度數(例如八度、五度等音程)的拍音。

音樂家在演奏過程中,對音準要求非常嚴格(例如聽辨和弦,音的色彩等),但是他們不會去聽辨樂音之間有多少次拍音的出現,音樂家只是感覺和弦的色彩是否和諧。但是,作為鋼琴調律師,不僅要判定樂音之間的不和諧程度,還要將其調整到正確的音高位置上。

當今國內外的調律方法有很多種,但最常用的仍是八度、五度相結合來調整的方法。這是指先利用音叉或其他固定音高調整一個音;再根據這個音,按照十二平均律調律法,完成一個音組的調律;然后,以這一音組為基準,并按八度、五度等音程關系下行或上行,依次完成其他音組調律的方法。這種方法在平移、上下行的過程中,都離不開調律師用聽覺來感受拍音,辨別拍音。所以,“拍音”時時刻刻都在影響著鋼琴調律過程的
每一個環節。

拍音的準確計算影響整個調律過程的精度。由前文可知,拍音可以計量是其基本屬性之一,所以調律師在對拍音進行實際應用時,應該精準掌握聽拍音和數拍音的技術,這也是鋼琴調律的基本功。當然,非調律者也可以通過拍音來判斷樂器的精準度。例如,一些音樂行業從業者,在判定音程音準時,首先會根據經驗聽辨樂音的音高,然后再聽辨高八度的音高。通常情況下,音高偏差很多時,會比較容易聽出來;但樂音偏差很小時,很難辨別出來。這時如果有拍音出現,那就可以知道大概偏差多少了。所以,可以通過聽辨拍音的方式,判定鋼琴音高的準確性,這是對拍音“理論性”的認識,調律者在調律過程中把理論付諸實踐就是最終過程。

2.2
拍音在銅鐘中的運用(改變銅鐘聲學特性)

鐘是中國最古老的樂器之一。其中,以永樂大鐘為代表的報時古鐘極具特色,其聲學特性、鑄造工藝和科學合理的力學懸掛技術,都可以被稱為“世界之最”。古書中對永樂大鐘的描述有“晝夜撞擊,聲聞數十里,其聲欲欲,時遠時近,有異他鐘”[2]。可見,永樂大鐘鐘聲悠揚、鏗鏘有力,在數十里之外都可以聽到其悠揚的聲音。聲學研究所有關專家進行精準測量,分析結果認為:永樂大鐘的“頻率相近的分音產生的拍頻聲是鐘聲的一個重要特點,古書中所說鐘聲‘時遠時近’就是聽到這種拍頻聲的感受”,“在古時,在有利的聲傳播條件下,完全可能如古人所說的‘聲聞數十里’”[2]。

學者在分析鐘的聲學特性時,主要采用的方法是對鐘聲進行頻譜分析。通過頻譜分析,可以了解鐘聲的組成成分以及它們之間的關系,鐘聲的分音并不單一,由很多相鄰的頻率堆積在一起。頻譜圖中反映拍頻的線條呈現是斷斷續續的,可以憑借線段的個數粗略計算出拍頻,也可以用高分辨窄帶頻譜分析器精確測量出拍頻的兩個頻率。換句話說,鐘聲中包含的周期性的強弱間隔是由頻率差較小的峰值頻率形成的,其周期性的“余音繞梁”“時遠時近”感既強化了鐘聲的崇高感,也增加了鐘聲的“莊嚴”和“威力”。

關于形成拍音的頻率測量,中國科學院聲學研究所的陳通、鄭大瑞測量出永樂大鐘的分音持續的時間很長,頻率相近的分音產生的拍音是鐘聲一個非常重要的特性。較高頻率分音的拍頻現象對聽感的作用很小(250 Hz左右),在較低頻率分音產生的拍頻聲(129 Hz左右)會造成鐘聲強烈的抖動感,這就使鐘聲時遠時近。[3]同時,對除永樂大鐘之外的鐘進行分析,得出在某些主要分音上都可能產生拍頻,人們所感覺到的是頻率較低的拍音[4]。山西大學音樂學院楊陽、丁宏測量出永樂青銅古鐘的拍音主要有兩個,有延時較長、強弱變化明顯等特點,這是鐘聲重要的聲學特性。[5]

 

3 結語

拍音是一個基本的聲學現象,在音樂實踐中的運用非常廣泛。在鋼琴調律中,拍音被廣泛應用于確定平均律音高關系;由于有拍音,鐘聲變得時遠時近,莊嚴渾厚。理解拍音的聲學原理與產生機制,合理利用或消除拍音都不是容易的事,需要在今后的學習與實踐中不斷探索解決。

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