“音响体”音色色彩分析及研究

文章编号：1003-7721（2014）02-0081-09

摘要：“音色”作为乐音的三大要素之一，已是当代音乐创作、分析和研究的重点。将数字分析应用技术“嫁接”到现代音乐作品的创作和分析中，可有效地整合两个音乐领域的研究方法和特点。也就是说，应用数字音频分析技术对传统管弦乐作品的“音响体”进行分析和应用，借用心理声学中的“主观评价”，将可视化、定量化地观察到管弦乐中音响体的“色彩”状态和变化，尤其对于音色流派音乐作品中的静态音响体分析、管弦乐自然音响的“临摹”及管弦乐中的“音响体”的音乐创作和分析建立科学的依据，也将是数字时代赋予音乐理论研究的新课题。

关键词：音响体；主观评价；频谱分析；音色色彩

中图分类号：J618.9文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn1003-7721.2014.02.009

“倘若你要懂得看不见的，你就要留心那些看的见的”。数字媒体技术的发展促进了电子音乐的不断变革和进步，频谱分析作为数字音频分析技术的重要工具，不但是电子音乐制作流程的重要手段，也成为了我们观察音响声音等微观世界的必备工具。随着时代的发展，科学的进步，频谱分析仪作为一种微观音响世界的观察工具，逐渐在音乐分析领域得到应用，尤其是对于二十世纪频谱音乐流派及先锋派作曲家们，由于频谱分析能够可视化地观测到音色频谱结构的特点，因此受到了更广泛的重视。同时，频谱分析作为一种新型的分析手段，业已出现在当代音乐作品的实践当中。

20世纪末，日本作曲家黛敏郎就曾用频谱分析工具对日本的许多寺庙里的钟声进行分析，寺庙的钟声属于板振体物理震动，黛敏郎对钟声的频谱特征——包括基音、泛音的强度和分布方式等进行分析，将其基音、泛音音高作为作品的音高素材，利用管弦乐队相当真实地模拟出“钟声”的实际音响并应用到作品中，创作出了著名的《涅槃交响曲》并赢得作曲大奖。韦伯恩划时代的作品《五首管弦乐曲》op.10中，韦伯恩以“音色-音响”的乐器变化频谱物理特征为出发点，“韦伯恩也附带地考虑了泛音范围”杨立青：《管弦乐配器法教程（第一册）》，上海：上海音乐出版社2012 年版，第1页。。“而当代电子音乐家Aphex Twin似乎很喜欢玩频谱的“把戏”，用频谱仪分析Aphex Twin的音乐，可以看到个人影象作为‘密码写到音乐的频谱里去。”冯勇：《音乐频谱分析与频谱分析软件》，《音乐传播》2013年第3期，第45页。此外，“音响-音色”音乐、电子音乐及频谱音乐等不同音乐流派的出现，使现代作曲家认识到，以频谱为视角的微观世界将是音乐分析和研究的新领域，通过频谱分析工具，能够“可视化”地看到音乐的新维度——“音色”。

现代作曲家瓦列兹认为只有科学技术才能增强音乐的活力，并赋予其新的意义。进入二十一世纪后，频谱分析仪随着数字技术的普及、多媒体技术的发展已进入到了每个家庭，现在最基本的电脑配置一般都支持频谱分析软件，频谱分析工具可以作为独立的分析软件和插件存在于操作系统中，其功能越来越强，使用也越来越简便。这些分析软件都可以进行静态和动态两种特性的频率的分析，主要有对数谱及线性谱两种频谱图，而音乐分析常用线性谱分析。在音乐的微观世界里，乐音的分音的不同状态是决定音色的重要因素，而分音，是指复合振动体中的每个声音成分，常用于描述构成非整数倍声音关系的复合音。基音即为第一分音。

图1对数谱

图2线性谱

不同乐音的组合构成“和声”，而不同乐器组合构成“音响体”，其“音响体”色彩感不仅是心理学领域的问题，还是一个物理声学领域的问题。色彩感有个体的差异也有共性的特点，例如，音色的明暗、浓淡、冷暖都有统一的主观评价标准，但对同一个人，感觉也往往带有模糊性，游移性，只是人们对音色的明暗、冷暖、浓淡、虚实等基调大体上取得一致。所谓音色，也可以称为音品，是听觉区别具有同样响度和音调的两个音之间的属性。音色是由音高、力度等要素相互作用的结果，那么实际在乐队写作中，纵向和声音响的表现力很大程度上依赖它的音区分布以及振幅、力度、奏法等，它实际上也是由每件乐器频谱结构相互动态融合的结果。任何声音都包含音高、音量、音长和音色四种性质，这四种性质之间也是一种动态和相互作用的过程。“声音的音高特征以及精确度并不仅仅是声音信号的基频频率所决定的，而还取决于力度，音色（频谱），音区及时间长度等因素的作用”杨立青：《管弦乐配器法教程（第一册）》，第4页。。

“音色”是“主观感受”对于“客观物理指标”的评价，而主观评价与物理状态下的频谱特征有着直接的关系。人类的每副耳朵其实都是一台灵敏的、精密的声学分析仪器，声音通过外耳、中耳、内耳，牵动鼓膜及耳蜗内淋巴液的震动，引起基底膜上丰富神经的反映，经过神经系统的快速分析，发生声音的听感。音色的主观评价体系，是依据频谱特征科学的客观参照系。例如，谐音越多，声音越丰满、圆润；高频谐音越多、能量越强、声音听起来越明亮，反之音色则黯淡；中、低频基音如果较突出，音色听起来比较“厚”，反之音色就比较“薄韩宝强：《音的历程-现代音乐声乐导论》，北京：中国文联出版社2003年版，第63页。。根据频谱与音色的一般相关原则，频谱中如果泛音丰富，音色则比较柔和、丰满；泛音稀少，音色则比较结实、透明，但确立音色的主要因素是来自各个泛音之间的强度关系。例如，当基音较强时，音色比较结实有力度；如果高频泛音强度大于基音，那么音色往往会圆润，柔和，甚至有“鼻音”的效果韩宝强：《音乐理论：请注明你的有效性》，上海：上海音乐出版社2004年版，第208页。 。

从频段上看,30hz-60hz沉闷，60hz-100hz沉重，100-200hz丰满，200-500hz力度，500hz-1000hz明朗，1000hz-2000hz透亮，2000hz-4000hz尖锐，4000hz-8000hz清脆，8000hz-16000hz纤细。

一般对于具体音乐作品进行分析的过程中，“几乎分析的着力点都集中于音高结构”，或者仅对于单一旋律的色彩进行分析，应用数字音频分析技术对传统管弦乐作品的“音响体”进行分析和应用，借用心理声学中的“主观评价”，将可视化、定量化地观察到管弦乐中的音响体的“色彩”状态和变化，尤其对于音色流派音乐作品中的静态音响体的分析，管弦乐自然音响的“临摹”及管弦乐中的“音响体”的音乐创作和分析建立科学的依据，也将是数字时代赋予音乐理论研究的新领域。

以下将以实例进一步说明：

利用电子音乐手段下的数字音频技术，能够对音乐“音响体”色彩的主观感受加以科学诠释，并分辨出“音响体”“色彩”的“微妙之处”。

谱例1是在肖斯塔科维奇的《第七交响曲》中的排练号第17处，作曲家用弦乐来表示德军入侵前的沉寂和宁静，但似乎在和声音响有着清澈般的平静的下面，隐含着对某种特殊期待感的渴望。从谱例中我们可以看到，和声层留下了较大的空隙，但在听觉上隐约有着“充实感”。

谱例1

图3

从谱例1和图3的对比可以看出，低音提琴在b0的音高，所产生的第四泛音较强，它能有效地填充中间和声层的空隙，它在频谱中突出的分音造成一定的穿透力，而不会被其他声强所掩盖，这也就是利用音色所谓的“间离效应”杨立青：《管弦乐配器法教程（第一册）》，第184页。 ，作曲家这种有意或者无意的安排，使这里的和声产生了独特的效果。

谱例2：作曲家在自己的创作中，有着各种不同的艺术探索，如果延续追求音色的融合、以和声效果的统一为目的的传统音乐思维，那么，音响色彩较突出及个性较鲜明的乐器最好不要参加和声的配置。例如，民乐队中的琵琶乐器，若参加持续性的和声长音，很难形成具有烘托性的背景长音和弦的效果，这就涉及到对乐器频谱特性的客观、准确的分析和验证。再如，“为木管乐器配置和声的时候，不协和和弦中的不协和音程，应避免使用同音色的双管配置。尤其是避免用两支双簧管演奏纯四度音程，（这种音程在乐器的同音色演奏时产生不协和的感觉。）用不同的乐器声部或不同音色的配置，则会使声音的不协和性得到抑制和缓和”高鸿祥：《配器法基础教程》，北京：人民音乐出版社2000年版，第143页。 。

谱例2

图4“不好的，2ob+2cl”

图5“好的，2ob+2cl”

从以上频谱模型图（椭圆形状标记处）上可以清楚地看到，交叉排列的单簧管和双簧管所形成的频谱图在500hz-1000hz左右的区间内，按照主观评价内容，这个区间的频段正是对“明亮度、清晰度”产生影响的频率区间。交叉排列的方法显示只有一段波峰，而并置排列的方法，在这段频谱内显示有更多的波峰，就像杨立青教授在管弦乐配器法所述“谐波干扰，会影响谐波的纯净”。

谱例3［英］戈登·雅各：《管弦乐法》，上海：万葉书店1853年版，第103页。 ：就像马勒曾经说过的那样，“配器者”所追求的终极目标，都应当是“最大程度的清晰性”，以下例举戈登·雅各著的《管弦乐法》中的谱例来说明乐器音色频谱结构在配器中及对音色的分析中所起的作用。书中104页“以舒伯特的一首葬礼进行曲为例，把从最高到最低的五个八度分别称为a,b,c,d,e，配器的情形如下”：

文中特别标注这样的乐器安排产生的配器音响决定了“这是一个清晰和响亮的范本”［英］戈登·雅各：《管弦乐法》，第104页。。并且总结了几个影响“清晰和响亮”效果的要点。下文将以此为出发点，主要用乐器频谱图形可视化地验证主观听觉以外的“微观秘密”。

第一点：长笛和单簧管同音结合（a较佳）这里的“较佳”、“较差”是以“清晰、响亮”为目标的主观评价用语。 。将单簧管和长笛（较佳）的频谱图与双簧管和长笛（较差）的频谱图的图形做比较：

谱例3

a:长笛和单簧管； b:双簧管和小号；

c:法国号和长号 d:法国号和低音长号；e:大管

图6长笛（c5）

图7单簧管（c5）

图8长笛和单簧管c5（较佳）

图9长笛+双簧管c5(较差)

从图中泛音的分布可以看出，长笛和单簧管的重复音的频谱模型泛音数较少，而且能量较集中，长笛和双簧管重复音的频谱中的泛音较多且分散，较大地影响了声音的清晰度。

第二点：文中也叙述了(b)，“柴可夫斯基时常用双簧管在同度上重复小号，这样可以使小号的声音更加刻画分明而且更加尖锐。同时却并不损失小号的力量和动人的特质”［英］戈登·雅各：《管弦乐法》，第104页。 。

从频谱图中可以看出不采用单簧管的具体区别。

图10双簧管c4

图11单簧管c4

图12小号

图13双簧管+小号

比较C4音高的单簧管和双簧管的频谱图，单簧管偶数泛音较弱，与双簧管和小号的频谱图差别较大而造成抵触，不能起到加强小号尖锐度的作用。

第三点：文中论述了 “单簧管和小号在高音区，可使小号圆润有力”［英］戈登·雅各：《管弦乐法》，第104页。 ：

从频谱图可以看出，小号在高音区的第二泛音较强，单簧管的频谱没有过多改变小号的频谱，仅起着补充的作用，而且单簧管在高音区（c5）与（c4）比较，可以看到高音区（c5）的第二泛音较强，而且相对于其他木管乐器的频谱，单簧管在高音区的频谱与小号高音区的频谱相对接近，从频谱图可以看出，单簧管高音泛音相对较为丰富，就如同文中叙述的那样,“高出铜管之上，泛音增加，使合奏的声音光彩灿烂”［英］戈登·雅各：《管弦乐法》，第104页。 。

第四点：文中叙述了“大管与长号齐奏的话，容易使长号减少光辉”。“大管能给大号在强奏时以“尖锐”的性质，而这种性质是大号所缺乏的”［英］戈登·雅各：《管弦乐法》，第104页。 。

图14小号（c5）

图15单簧管+小号（c5）

图16大管+长号（C2）

图17大管+大号（c2）

参考以下双音结合后的频谱图可以看出，两种音色泛音能量差别较大，分布参差不齐，大小不一，互为交叉、互为抵触、互为影响，造成模糊和染色的效果，从清晰度上讲，影响了长号本来具备的金属色彩。

参考以下乐器音色频谱图以及双音结合后频谱图可以看出，大管在中、高频段泛音较丰富（标记处），填补了大号在此频段的不足，因而，高频的丰富使得大号增加了尖锐的感觉。

谱例4：基于以上的频谱分析视角的基本认识，更进一步探索“音色频谱”的变化规律，是频谱分析和研究的方向之一。在利盖蒂的著名管弦乐作品《大气》中，通过非常规演奏法、力度的动态变化、微复调技术制造出了丰富的音色、音响变化。但基于音色的本来属性的分析、了解音色微观频谱变化具体特点还是具有一定的意义，虽然这可能不是“绝对”的，但在现阶段也可能是较为可行及“相对”正确的方法。以下，首先选择《大气》中的静态音响进行微观的分析，希望起到 “窥豹引玉”的作用。

谱例4利盖蒂《大气》

利盖蒂《大气》静态音响截段基本情况一览 音响截断静态音响A静态音响B音色配置木管、圆号和弦乐中提琴和大提琴音区D-#c4e-b1力度ppppp-fff-ppp小 节 数1-89-13

如谱例4和上表所示，在乐曲的开始处，两个音响截段分别构成静态音响A和静态音响B，在相同织体的型态下，乐器的构成、音色配置却有着极大的不同，同时，静态音响截段A和静态音响B的音区、力度方面也有着较大的对比。这种差别造成了两个静态音响截段中的明、暗及浓、淡的较大反差。说明音区、力度、音色配置、演奏法等因素在音响截段面中所起的重要作用，但从以上分析也可以看出，这种对音色的常规分析和描述只是停留在语言层面，似乎还没有深入到音色深层的分析层面。

图18静态音响B的频谱结构

图19静态音响A的频谱结构

图20静态音响B的谱包络

通过谱包络可以首先反映音色的本来属性，结合演奏力度的变化可以判断音色的能量分布（例如静态音响B的谱包络）、密度(椭圆标示)、幅度、频宽、稀松等相对区别的特征，如上图所示的能量分布和密度，结合心理声学的主观评价内容，可以判断“音响体”的色彩变化。静态音响A具有宏厚度（250hz以下的低频）、明亮度（500hz以上），静态音响B则具有透亮性（1000hz-2000hz）等特点，进一步与其他主观评价相结合，可以较全面、客观地描述音色的特性。

通过数字化的分析手段，有助于建立一条科学手段下的音色分析新途径。也能够可视化地观察到音色“色彩”的变化状态。通过音色的频谱“可视化”过程可以看出，频谱图对于《大气》等作品中静态音色音响的对照分析比较直接和有效，对于《大气》动态音响也具有一定的参考意义，而进一步嫁接“主观评价”的相关理论，对于研究和拓展该领域将更有意义。另外，利用数字分析技术，在形成具体音响前即可掌控真实、客观的音色状态，使作曲者在创作中“意在笔先”，对于作品的音色音响分析也可提供新的路径。

“频谱”是中世纪“纽姆谱”、“五线谱”到当代乐谱的延伸，也是描述、分析和记录音乐诸多要素在微观“频域和时域”的扩展。电子技术下的数字化分析手段，具有的科学性和准确性，是数字化音乐时代研究的重要特征之一，未来将会成为作曲流程中必备的重要环节和辅助工具。

世界可以被听见，同时也应该可以被看到。在音乐的世界里，我们不能只是习惯于用耳朵聆听这个世界，也应该学会用眼睛来体验这个世界。因为任何一种感性细腻的音响都具有可感可闻的独特属性，它能够唤起人们心灵中的某种情感“共振”，结合电子音乐领域中的数字音频分析技术，还原脑海中独特的影像维度，我们也可以“看到”这个美丽的音乐世界。

作者简介：冯勇（1967~），男，西安音乐学院音乐工程系副教授（西安710061）

收稿日期：20130610

（责任编辑：张璟）

On Analysis and Research of Sound Body's Timbre Color

FENG Yong

Abstract: The "timbre", as one of the three main elements of a tone, is a key point of contemporary music creation, analysis and research. The application technology of digital analysis "grafting" into music creation and analysis could effectively integrate the research methods and features of two musical fields. It means that the technique of digital audio analysis applied to the "sound body" of traditional orchestra works, borrowed the "subjective evaluation" from psychoacoustics, to observed the "color" state and changes of sound body in orchestral music with visualization and quantification, especially to analyze the static sound body in the music work of timbre genre, imitate the natural sound in orchestral music, which establish a scientific basis for music creation and analysis of "sound body" in orchestral works, it is also a new music theatrical research topic in digital times.

Key Words: sound body； subjective evaluation； spectral analysis； color of timbre

“频谱”是中世纪“纽姆谱”、“五线谱”到当代乐谱的延伸，也是描述、分析和记录音乐诸多要素在微观“频域和时域”的扩展。电子技术下的数字化分析手段，具有的科学性和准确性，是数字化音乐时代研究的重要特征之一，未来将会成为作曲流程中必备的重要环节和辅助工具。

世界可以被听见，同时也应该可以被看到。在音乐的世界里，我们不能只是习惯于用耳朵聆听这个世界，也应该学会用眼睛来体验这个世界。因为任何一种感性细腻的音响都具有可感可闻的独特属性，它能够唤起人们心灵中的某种情感“共振”，结合电子音乐领域中的数字音频分析技术，还原脑海中独特的影像维度，我们也可以“看到”这个美丽的音乐世界。

作者简介：冯勇（1967~），男，西安音乐学院音乐工程系副教授（西安710061）

收稿日期：20130610

（责任编辑：张璟）

On Analysis and Research of Sound Body's Timbre Color

FENG Yong

Abstract: The "timbre", as one of the three main elements of a tone, is a key point of contemporary music creation, analysis and research. The application technology of digital analysis "grafting" into music creation and analysis could effectively integrate the research methods and features of two musical fields. It means that the technique of digital audio analysis applied to the "sound body" of traditional orchestra works, borrowed the "subjective evaluation" from psychoacoustics, to observed the "color" state and changes of sound body in orchestral music with visualization and quantification, especially to analyze the static sound body in the music work of timbre genre, imitate the natural sound in orchestral music, which establish a scientific basis for music creation and analysis of "sound body" in orchestral works, it is also a new music theatrical research topic in digital times.

Key Words: sound body； subjective evaluation； spectral analysis； color of timbre

“频谱”是中世纪“纽姆谱”、“五线谱”到当代乐谱的延伸，也是描述、分析和记录音乐诸多要素在微观“频域和时域”的扩展。电子技术下的数字化分析手段，具有的科学性和准确性，是数字化音乐时代研究的重要特征之一，未来将会成为作曲流程中必备的重要环节和辅助工具。

世界可以被听见，同时也应该可以被看到。在音乐的世界里，我们不能只是习惯于用耳朵聆听这个世界，也应该学会用眼睛来体验这个世界。因为任何一种感性细腻的音响都具有可感可闻的独特属性，它能够唤起人们心灵中的某种情感“共振”，结合电子音乐领域中的数字音频分析技术，还原脑海中独特的影像维度，我们也可以“看到”这个美丽的音乐世界。

作者简介：冯勇（1967~），男，西安音乐学院音乐工程系副教授（西安710061）

收稿日期：20130610

（责任编辑：张璟）

On Analysis and Research of Sound Body's Timbre Color

FENG Yong

Abstract: The "timbre", as one of the three main elements of a tone, is a key point of contemporary music creation, analysis and research. The application technology of digital analysis "grafting" into music creation and analysis could effectively integrate the research methods and features of two musical fields. It means that the technique of digital audio analysis applied to the "sound body" of traditional orchestra works, borrowed the "subjective evaluation" from psychoacoustics, to observed the "color" state and changes of sound body in orchestral music with visualization and quantification, especially to analyze the static sound body in the music work of timbre genre, imitate the natural sound in orchestral music, which establish a scientific basis for music creation and analysis of "sound body" in orchestral works, it is also a new music theatrical research topic in digital times.

Key Words: sound body； subjective evaluation； spectral analysis； color of timbre