乐音音形的感知与谐和性分析

陆赫，孟子厚



乐音音形的感知与谐和性分析

陆赫，孟子厚

(中国传媒大学传播声学研究所，北京 100024)

针对乐音的谐和性问题，以听觉与视觉之间的通感现象为基础，从听音联想的角度将“音形”定义为听到乐音时主观联想到的图形。在保证乐音信号等声压级的前提下，通过乐音音形的感知实验和谐和性评价实验，类比视觉审美法则，探索感知音形与听觉谐和性之间的关系。实验及分析结果显示，乐音的感知音形呈现一定的规律性，且感知音形与乐音谐和性评价之间相互关联。乐器单音音形多被感知为单一图形，音程的感知音形多由两个图形组成，且这两个图形分别对应于构成音程的两个单音的感知音形。乐器单音及音程的感知音形与听感谐和性之间存在四种关系，分别是一致、比例、对称和对比融合。

通感；乐音；谐和性；感知音形；图形

0 引言

对于乐音谐和性问题的研究早在古希腊时期就已经开始，Helmholtz对纯音音程和复合音音程定义了协和的概念，并提出用谐波之间及双音之间基频的频率比来解释声音的协和性，这些构成了西方音乐中谐波理论[1]。国内对于“和”的研究也由来已久，但都是从民族文化审美角度进行讨论，对于民乐协和性的系统研究还较为薄弱。中国传媒大学传播声学研究所以民族乐器合奏的配器及民乐交响性问题为背景，通过主客观相结合的方法，对民族弹拨乐单音、音程及旋律的谐和性听感问题进行了大量研究。其中，王鑫明确了单音谐和性与音程协和性的区分及定义[2]。

从民族心理学的研究来看，通感现象在音乐审美中非常丰富。佘亚明等人从器乐演奏和教学的角度谈到“音形”的概念[3]；周海宏以通感为切入点，结合美学及心理学，对音乐与形式进行了研究[4]；金秋亚从信号分析的角度研究了时域包络与音形之间的关系[5]。不过对于“音形”的定义及其在听感上的表现并没有得到细致明确的论证。

本文通过对通感现象心理和生理两方面产生机理的分析，论证视听互通现象存在的真实性。选取实录的琵琶、二胡和笙3种民族乐器的单音和音程，在保证乐音信号等声压级的前提下进行乐音音形的感知及谐和性评价实验。分析被试整体对于乐音音形的感知规律，并类比视觉审美法则[6]，分析谐和性评价与感知音形之间的关系，希望能够为乐音谐和性的分析有所启发。

1 通感产生的基础

在心理学、语言学、生理学等领域的研究中都是使用Synesthesia一词来描述通感现象。韦氏大学词典(第11版)中对于Synesthesia一词的解释为：通感(心理学)——同时出现的不同感觉，例如听到某个声音时就像是看到了某种特有的颜色。

在生理方面，科学家们通过“倒带眼镜”实验证明了感官互通的真实性和普遍性，通过脑科学分析发现人们从外界接收到的感觉信息是传输到丘脑来进行处理的，它会把各条信息以纤维的形式都传送给大脑表面[1,7]。生理解剖学家们通过研究证明，各感觉器官之间确实在很大程度上存在着关联性，这种关联情况主要发生在人脑中的前额叶。科学家利用核磁共振成像等技术也证明在出现通感现象的时候，大脑中分管各感觉器官的区域会发生一定的重叠。

感觉里面存在着心理活动，属于审美的研究范畴。通感是一种心理现象，是建立在生理基础之上的。从民族心理学的研究结果中可以看出，中华民族一直以来都以审美中的丰富通感而著称，在音乐审美中表现得更加突出，古代文学作品中就都有体现。施咏详细探讨了建立在中国音乐审美观念基础上的通感心理现象及其出现的原因[8]。周海宏结合音乐美学及音乐心理学，对音乐属性和它所表现对象之间的对应规律做了较为深入的心理学研究[4]。生理和心理两方面的研究表明，通感现象真实存在于人们的感知之中。

2 乐音音形的感知及规律分析

2.1 乐音信号的等响及测量

选取民乐中吹、拉、弹三类9种乐器音域内的所有a音高(包括a、a1、a2和a3)进行等响实验，实验采用平均差误法[9]，信号通过监听耳机重放给被试。被试单人独立完成单次实验，通过自主调节实验信号的电平值，使其与标准信号(二胡a1单音)等响。被试共23人，其中男生9人，女生14人，均为声频技术专业在校研究生。所有被试均无听力障碍，且都有听音实验经验。对通过主观实验得到的等响信号进行声压级测量，其中，等响信号为被试实验结果的均值。声压级的测量使用声级计，用耳罩式监听耳机罩在人工耳上进行。本文的工作均是在确保乐音信号的Aeq测量值一致的前提下进行的。

2.2 乐音“音形”的定义

佘亚明等人从器乐演奏及教学的角度提出“音形”由音头和音延两部分组成，金秋亚从信号特征分析的角度研究了时域包络与音形的关系。但都未明确提出“音形”的概念。本文通过对通感现象及图形分类体系等内容的分析，将乐音“音形”定义为人们在听到单音或音程时主观联想到的图形。

2.3 乐音音形的感知

实验信号包括单音、同一乐器音程组合、不同乐器音程组合三部分，演奏乐器选取民乐中的笙、二胡和琵琶，单音音高选取C大调d1~d2八度音区内的13个半音，如表1所示，均为消声室内实际录制的单音信号，实验前将所有乐器单音的客观声压级调整到80 dBA。音程构成如表2和表3所示，均由实际演奏的单音混缩而成，混缩前各单音的声压级均调整到80 dBA，混缩后再次调整到80 dBA。

表1 各乐器演奏的单音

表2 单个乐器的音程组成

表3 不同乐器间音程组成

被试共20人，其中男生7人，女生13人，均为声频技术专业在校研究生。所有被试均无听力障碍，且都有听音实验经验。

实验中要求被试在听到单音或音程时在坐标纸中绘制出所感知到的简单图形，可以是单对图形也可以是多对图形。三种乐器的39个单音信号、48个音程信号，共87个乐音信号随机播放，每个信号播放两遍，绘制完成后播放下一个信号。实验开始前被试先进行一组练习，熟悉实验流程和方法，准确掌握后再开始正式实验。

2.4 感知规律分析

感知实验中被试绘制音形示例如图1所示。

绘制的音形总数如表4所示，其中，回收音形绘制表20份，回收音形总数1740个，立体及抽象图形被视为无效图形，有效音形数1697个，数据有效率94.5%。使用其中一组实验共30个乐音信号对20名被试进行重测信度检验，比较被试对于同一乐音信号前后两次的感知，音形类型相同的概率为83%，说明所有被试的实验结果均可信。

表4 实验绘制音形数量

对于乐器单音而言，分析20名被试根据每种乐器的13个音高单音绘制出二百余个有效的感知音形，发现不同乐器感知的音形有所不同，且与演奏的乐器琴体某部分呈现一定的相似性。各乐器的感知音形分布的统计如图2所示。

从图2中可以看出，琵琶的单音音形主要被感知为圆形、水滴形和三角形，与琵琶背板的形状接近；笙的音形主要被感知为扁平状的长方形、三角形及线型，与笙苗的形状相类似；二胡的音形则主要被感知为与琴杆和弓子相似的线型。以琵琶为例，如图3所示。

对于乐音的音程组合，20名被试绘制了三种乐器的各13个音程，外加不同乐器间的同度和八度音程的感知音形，共计898个有效音形。去除同一乐器的同度音程，在844个有效的音程感知音形中，86%的音形是由两个图形组合而成，且这些图形都对应于单音音形感知时出现的图形，如图4所示。

3 乐音音形的谐和性分析

3.1 视觉形式美法则

形式美原理是美学设计中的一个重要的组成部分。在古希腊时期，Pythagoras提出了美是数的和谐这一美学命题，德国心理学家Fechner指出美是复杂中的秩序，美学家Herbert Read则主张美是五官的感知关系在形式上的统一[10]。人们在长期的生产生活中不断地创造美，将点、线、面、体、颜色、肌理、声音等要素经过一定的结合，从而塑造出人们的审美对象，这样就产生了美的形式[11]。形式美其实是一种抽象美的概念，人们将那些能够使自己产生美感、拥有审美体验的物体归纳整理后，提炼出一些规则性，也就是所谓的形式美原则。常用的形式美的原理主要包括六个方面，分别是整齐一律、对称均衡、比例、节奏韵律、对比调和及多样统一[12-13]。

3.2 音形的谐和性分析

进行谐和性评价的乐器及音高与乐音的音形感知实验相同，被试也为相同的20名研究生。实验采用对偶比较法[9]，分别对同一乐器的13个单音、13个音程及不同乐器间的12个音程(包括3个相同乐器的同度音程)进行谐(协)和性评价。随机播放的每对信号中包括序号提示音及两个相互比较的乐音信号，要求被试在随机出现的一对信号中挑选出谐(协)和性较好的信号。其中，单音的谐和性被解释为音色悦耳、圆润，听感舒适；音程的协和性解释为音色的平衡、稳定、融合、协调、听感舒适。

将每个被试所绘制的单音和音程感知音形按照其个人的谐和性评价排序后分析，类比视觉审美法则，从一致、比例、对称和对比融合四个方面进行讨论，其中，一致和比例适用于单音，对称和对比融合适用于音程。

3.2.1 一 致

被试对于每个乐器的不同音高单音的谐和性评价比较稳定，在音形的感知也呈现出一定的稳定性，与音高的变化无明显关系。观察按照每个被试谐和性评价排序的单音感知音形可以发现，仅当单音谐和性评价很差时，被试才会将其音形绘制的与其他单音有所不同，这就是感知音形的一致性。以某被试对琵琶单音的感知音形为例，按照谐和性降序排列的感知音形如图5所示。

3.2.2 比 例

琵琶单音音形中的三角形部分的底边与高之比从接近黄金比值开始，随着协和性评价的降低，感知音形比例先升高后降低，如图6(a)所示。笙单音音形中短长轴之比随着谐和性的下降呈现下降趋势，如图6(b)所示。

(a) 琵琶单音

(b) 笙单音

图6 单音谐和性与音形比例的关系

Fig.6 The relationship between single tone's harmony and auditory-image's proportion

二胡单音的音形与谐和性评价之间的关系有两种，对于线型类音形来说，随着单音的谐和性下降，线条的波动度有所增大，此处的波动度根据坐标纸中曲线的方差来衡量；对于其他音形而言，与笙的单音音形规律类似，其短长轴之比随着谐和性下降而下降。

3.2.3 对 称

被试对于音程的协和性评价与感知音形的对称性和对称轴条数有关。当协和性评价较好时，感知音形呈现对称性，其中存在一条或多条对称轴；而协和性评价较差时，音形中的两个图形则不再对称。以琵琶为例，其感知音形与协和性评价之间的关系如图7所示，其中音程的协和性评价按a、b、c的顺序逐渐下降。

3.2.4 对比融合

相同乐器的同度音程用一个图形来表示，八度音程用两个相同或相似的图形表示；两个乐器组合的音程就用两个不同类型的图形表示，且这些图形都与该乐器单音的音形感知相一致。

协和性评价最好的是同一乐器的同度音程，其感知音形为一个轴对称图形，如图8(a)所示；协和性评价较好的，其感知音形多为两个相同形状的对称排列或是两个不同形状的相互叠加，如如图8(b)所示；协和性评价最差的音程音形多是由两个不同的形状排列组合而成，如图8(c)所示。

4 结论

本文在论证了视听通感现象存在的可能性基础上，将人们听到乐音时联想到的图形定义为“音形”，对等声压级下琵琶、二胡和笙的单音和音程进行音形感知及谐和性评价实验。类比视觉审美法则，得到乐音音形的感知规律，以及音形与谐和性评价之间的关系。初步得到乐音音形的感知规律：

(1) 单音的感知音形为单一图形，图形的形状与演奏乐器音色有关，且与琴体某部分呈现一定的相似性；音程的感知音形多为两个图形的组合，且这两图形分别与构成音程的两个单音的音形相符。

(2) 主观感知到的乐音音形与听感的谐和性之间存在一致、比例、对称及对比融合四种关系。其中，一致和比例适用于单音，对称及对比融合适用于音程。

[1] Hermann L.F.Helmholtz. On the sensation of tone as a physiological basis for the theory of music [M]. Translated by Alexander. New York: Dover Publications, 1954.

[2] 王鑫. 民乐交响性问题中的弹拨乐器声音协和性研究[D]. 北京: 中国传媒大学, 博士论文, 2011. WANG Xin. Study on the consonance of Chinese plucking instruments for the symphony of Chinese classical music [D]. Beijing: Communication University of China, Dissertation, 2011.

[3] 佘亚明, 吴小平. 器乐教学必读[M]. 南京: 凤凰出版社, 2012. SHE Yaming, WU Xiaoping. Teaching of instrumental music [M]. Nanjing: Phoenix Publishing House, 2012.

[4] 周海宏. 音乐与其表现的世界[M]. 北京: 中央音乐学院出版社, 2004. ZHOU Haihong. Music and its world [M]. Beijing: Central Conservatory of Music Press, 2004.

[5] 金秋亚. 民族器乐音形于音色的感知[D]. 北京: 中国传媒大学, 硕士论文, 2015. JIN Qiuya. Perception of sound shape and timbre for musical instruments [D]. Beijing: Communication University of China, Thesis, 2015.

[6] 魏天刚. 浅析运用于视觉传达设计艺术中的视觉美法则[J]. 作家, 2011(18): 255-256. WEI Tiangang. Analysis of the visual aesthetic rules apply to the visual communication arts [J]. Writer, 2011(18): 255-256.

[7] 侯涛. 视觉设计中的通感研究[D]. 长沙: 中南大学, 硕士论文, 2012. HOU Tao. The synaesthesia of visual communication design [D]. Beijing: Central South University, Thesis, 2012.

[8] 施咏. 中国人音乐审美心理概论[M]. 上海: 上海音乐出版社, 2008. SHI Yong. An introduction of Chinese musical aesthetic psychology [M]. Shanghai: Shanghai Music Publishing House, 2008.

[9] 孟子厚. 音质主观评价的实验心理学方法[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008. MENG Zihou. The methods of experimental psychology in subjective evaluation of the sound quality [M]. National Defense Industry Press, 2008.

[10] 方国武. 从“物”的形式到“人”的形式--康德形式美论的理论意义[J]. 安徽大学学报: 哲学社会科学版, 2009, 33(5): 18-23. FANG Guowu. Significance of Kant’s Aesthetics in relation to ‘Humans’ rather than ‘Objects’ [J]. Journal of Anhui University: Philosophy & Social Sciences, 2009, 33(5): 18-23.

[11] 李欣. 形式美的发展与美的构成[J]. 数位时尚: 新视觉艺术, 2009(6): 65-65. LI Xin. The development of formal beauty and the constitute of beauty[J]. Digital Fashion: The New Visual Arts, 2009(6): 65-65.

[12] 徐正非. 美的形式和形式美[J]. 高等函授学报: 哲学社会科学版, 2001, 14(1): 2-6.XU Zhengfei. The forms of beauty and the formal beauty [J].Journal of Higher Correspondence Education: Philosophy and Social Sciences, 2001, 14(1): 2-6.

[13] 贾利萍. 基于形式美原理的中小学教育网站设计的研究[D]. 成都: 四川师范大学, 硕士论文, 2014. JIA Liping. Research about the design of primary and secondary education website based on formal beauty principles [D]. Chengdu: Sichuan Normal University, Thesis, 2014.

Perception and harmonic analysis of musical auditory-image

LU He, MENG Zi-hou

(10024)

Based on the synesthesiabetween perceptions of auditory and visual, the 'auditory-image' is defined as the perceived figures by people who are hearing the musical tone from the point of association. The auditory pressure level of music signals are set to the same before the subjective experiment. Single tones and intervals played by three kinds of the Chinese instruments are chosen to carry out the perception experiment of auditory-image and the evaluation of harmony. According to visual aesthetic rules, the relationships between acoustic harmony and perception of musical auditory-image are found. The results of experiment and analysis show that the perception of musical auditory-images has regularities. Perceptive auditory-images and evaluation of harmony are related to each other. A single tone is usually perceived as one figure. The auditory-image of interval is the combination of two figures which correspond to two perceived tones respectively. There are four relationships between the acoustic harmony and the perception of musical auditory-images: uniform, proportion, symmetry and contrast fusion.

synesthesia; musical tone, harmony; perceptive auditory-image; figure

B845.2

A

1000-3630(2016)-04-0349-06

10.16300/j.cnki.1000-3630.2016.04.013

2015-11-01;

2016-02-28

陆赫(1990－), 女, 江苏人, 硕士研究生, 研究方向为声频技术。

孟子厚, E-mail：mzh@cuc.edu.cn