古琴音色术语的主客观相关性研究

【摘 要】 以古琴为实验对象，研究古琴音色主观评价术语与客观分析的相关性。结果显示，人耳对音色的感知受多方面因 素的影响，其中某些较突出因素在音色评价中具有重要的作用。同时也证明将主观评价术语和客观分析相结合的 研究方法是可行的。

【关键词】 古琴；音色；术语；主观评价；音频分析；客观数据

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.06.011

The Subjective and Objective Relevance of the Guqin Timbre Term

YANG Bo

（China Conservatory of Music， Beijing 100101， China）

【Abstract】Taking Guqin as an object of study， the author studies the correlation between subjective evaluation terms and objective analysis of Guqin's timbre. The results show that the perception of human ear to timbre is influenced by many factors， some of which are important factors in timbre evaluation. At the same time， it is proved that the research method combining subjective evaluation terms with objective analysis is feasible.

【Key Words】Guqin； timbre； terminology； subjective evaluation； audio analysis； objective data

音色，是乐音的重要属性，是主观性较强的属性。目前对音色进行的研究，主要依赖主观评价。人们根据所听到的声音（乐器的声音、嗓音等），选择能够描述这些声音的词语来评价其音色，这些描述词即为音色评价术语。一方面，评价术语是否适用、是否全面，直接影响了主观评价的结果；另一方面，个人文化背景、语言习惯、专业领域、身体状况等情况的不同，也会对主观评价的结果造成影响。根据已有的研究，乐器的音色与乐器声音的谐音、起振、持续、衰减、频谱等因素有关。

同时，声音的客观物理属性是稳定不变的。对乐音进行客观分析，也是一种研究乐音音色的方法。其优点在于不受主观因素的影响，因此，结果是固定不变的。而音色本身是一个主观概念，客观分析不足以完整地诠释音色特点。因此，研究音色的主观评价与客观物理量之间的相关性，是十分重要且有意义的。

古琴是中国的传统弦乐器，在中华文化中占有重要的地位。当代对于古琴的研究，主要集中在乐谱、技法、演奏、美学等方面，对古琴进行科学的研究还是比较少的。其中，从音乐声学的角度研究古琴更是屈指可数。新疆艺术学院杨帆[1-5]在此领域有一些研究成果，主要从乐器声学角度研究古琴材料、形制等方面，研究手段有建模、频谱分析等方法。其余类似研究比较少。另外，主观评价和客观分析结合的研究，也鲜有。

本文以古琴为实验对象，研究音色主观评价术语与客观数据的相关性。选用四张不同形制、材料和琴弦的古琴作为研究样本。具体信息参看表1。

1 研究情况

杨帆在《古琴声学特性与音响表现关系解析》一文中，阐释古琴声学结构、发声系统以及声音特点（音高、音长、音强和音色）与古琴音响特点的关系。其中提到音色与频谱、波形包络、起振衰减等有密切关系，值得学习和借鉴。马继超在《古琴声音的数字化研究》一文中，利用音频分析技术，研究古琴常规音（散音、按音和泛音），三种演奏法（滑音、颤音和走手音）以及三种装饰音（倚音、和音和刮奏）。文章从数据的角度，用可视化的手段研究古琴声音的“虚”与“实”，并且将古琴和钢琴以及人声进行比较。文章还指出，古琴演奏的“微细节”对于音乐的表达十分重要。文章尝试使用比较基础的音频分析手段（可视化）对古琴声音进行分析。但是，该文缺少客观分析与主观评价的结合。周昌乐等人在《一种古琴音色重构仿真方法及其实现》一文中，提出两种利用计算机对古琴音色重构的方法：第一种是通过录音、修建、后期等过程，建立古琴音色库；另一种是根据古琴振动特点和律制特点，对古琴声音频谱进行分析和仿真。第二种方法比较有创新意义，即深入研究古琴声音的频谱信息。但重构方法描述得不够细致，例如关于古琴谐音的能量比值未能详细说明。杨帆在《分音时域特性分析法应用于乐音音色比较初探——以古琴为例》一文中，比较从频域和时域角度研究古琴声音的利弊。文章结论是，声音分音在时域中的展示能够更好地反映音色的差异。笔者拟使用频域和时域相结合的办法，研究古琴声音，并根据主观评价进行相关性研究。

在国外相关文献中，《Physical modeling of the guqin a Chinese string instrument》和《Model-based sound synthesis of the guqin》与本文的关系较为密切。这两篇文章，比较详细地使用信号处理的方法研究古琴的声音。研究内容包含：古琴不同按音范式（指尖按音和指甲按音）对声音持续时间的影响、时域内弦振长度和能量的变化、泛音的结构以及滑音的情况和滑音的噪声成分。研究方法是使用不同功能的滤波器，对声音信号进行分析，目的在于对古琴声音的再产生。文章从物理和数学计算角度研究古琴的声音，未能与主观听觉相结合。但文章使用的研究方法值得学习，文章中对噪声成分的研究更值得借鉴。因此，在本文实验研究过程中，加入了对非谐音成分的分析。另外，《Acoustic imaging of string instrument soundboxes》一文使用傳声器矩阵，研究三种弦乐器的声音空间分布情况，其中包含古琴，能够用在古琴的录音当中。

2 音频库

根据本次实验的要求，所有音频都应在同一录音棚中录制，且都由同一位演奏者演奏。所以，需要自行建立音频库。本实验目前不涉及古琴演奏法对于音色的影响，所以仅录制空弦散音作为样本。录音时，令演奏员使用相同的力度演奏每张琴的空弦散音，直到余音完全消失。

录音共得到28个用于实验的音频，如果全部用来进行实验，会导致试听实验量过大，试听结果的质量会受到影响。另一方面，在实验的过程中，必不可少要加入信度的检验（后文会提到）过程，无疑会导致试听实验时间过长。因此，多方面考虑之后，选择最粗弦（1弦C2）、最细弦（7弦D3）和中间弦（4弦G2）的空弦散音进行实验。这样选择的好处有两点：一方面，减少主观评价的实验量，提高实验结果的质量；另一方面，最细和最粗弦的声音差别会比较大，主观评价的结果的差距也会因此变大，最终主观评价和客观数据结合时，更容易进行对比。

3 主观评价

研究古琴音色，必不可少需要关注到的便是两篇论述古琴音色的文章：徐上瀛所著的《溪山琴况》①和冷谦所著的《琴声十六法》。调查发现，众多古琴演奏家、斫琴师以及音乐美学研究者，都针对该文有大量的研究和论述。其中多为与《溪山琴况》相关的研究，所以笔者亦从此文入手。且王红梅在其文章中说到：“《溪山琴况》之所以为后人称为集琴美学思想的大成之作，就在于其较全面地继承和概括了以往的琴学研究成果……②”关于《溪山琴况》这些研究中，包括吴毓清在《<溪山琴况>论旨的初步研究》中提出二层论，即《琴况》中二十四况可分为意境和音色两个层面；张法在《<溪山琴况>美学思想体系之新解》中提出三层论，认为这二十四况可分为琴韵、琴音和琴技三个层次；刘承华在《<谿山琴况>结构新论》一文中，又将该二十四况分为本体论、风格论、音色论和技法论四个层面。

通过研究之前提到的几篇文章，笔者发现，众人较为统一地将二十四况中的五况认为是对古琴音色的论述，分别是“丽”、“亮”、“采”、“洁”、“润”。所以，本次古琴音色研究实验中拟使用这五个字作为描述词。

“丽”，字典中解释：好看，漂亮。被试者对于该描述词用于描述音色的认识看法不一，认为该描述词与音色优雅、柔和、静美等方面相关。“亮”，字典中解释：明，有光；光线；明摆出来，显露，显示；明朗，清楚；声音响；使声音响。被试者认为该描述词用来描述音色明亮、透亮、金石之声、有穿透力。“采”，字典中解释：同“彩”（各种颜色交织；花样，完美的成分）；盛多的样子。被试者认为该描述词用来形容音色丰富、饱满、清亮、有色彩性和有光泽。“洁”，字典中解释：干净。被试者认为该描述词用来描述音色干净、纯净、无杂音。“润”，字典中解释：不干枯，湿燥适中；细腻光滑；使有光泽，修饰。被试者认为该描述词与音色圆润、温润、饱满、不燥、无杂音有关。

主观评价调查问卷使用系列范畴法（评定尺度法）来完成。被试者需要根据所听音频，选择该音频与描述词的符合程度。根据系列范畴法的要求，程度必须为单数，因此，本实验要求被试者从1到7中，对符合程度进行选择。被试者听每段音频，选择该音频中音色与每个术语之间的符合程度。“1”代表程度低，“7”代表程度高。

为了减少实验的次数，笔者使用内在一致性信度的信度估计方法，在实验中增加了信度检验的设计。原始用来实验的音频应该是12个（四张琴，每张琴3个音）。而在实验过程中，需要对其中的3个音进行重复测试。实验结束后，首先对每一个被试者的重复实验样本进行信度检验。若信度足够，则该被试者的结果可用作下一步研究；反之，则不可以继续使用。这样做的优点在于，能够有效挑选高质量的实验结果，避免低质量的实验数据对最终数据的影响。主观评价过程共得到25份问卷结果，其中7人为古琴专业，其余18人为音乐专业但非古琴专业。经过信度检验，最终筛选出19份有效的问卷结果，结果统计在后文中提到。

4 客观分析

对每一段音频进行频谱信息的提取，是进行客观分析的首要步骤。借助伦敦大学玛丽女王学院电子音乐中心开发的用于音频分析的软件（Sonic Visualiser③），以及常数Q变换（Constant-Q transform）插件④，可以对每段音频进行频谱分析。

古琴是典型的弦振动乐器，整弦振动产生基音（1号谐音）；1/2弦振动产生第一泛音（2号谐音），其频率是基音的两倍；1/3弦振动产生第二泛音（3号谐音），其频率是基音的三倍……同时，每个音的基音频率是已知的。根据基音频率以及谐音规律，使用MATLAB可以从频谱数据中提取出每个样本的谐音成分。与此同时，也得到了非谐音成分的数据（图1）。在得到的谐音成分中，可以很直观地观察到每个音的前20号谐音（图2）。在20号谐音之后的谐音十分密集，难以分辨清楚，因此，笔者将20号谐音以后的成分称为“极高次谐音部分”（图3）。

根据J.S.Keeler的理論，声音的起始状态对于音色的判断也是非常重要的。对声音起振部分和衰减（包含释放）部分进行研究，也应当在考虑范围之内。一般来说，声音包含起振（Attack）、衰减（Decay）、持续（Sustain）和释放（Release）四个阶段，即ADSR。弹拨乐器的起振阶段十分迅速，到达峰值后随即进入衰减和释放过程，缺少持续阶段⑤。古琴是一种典型的弹拨乐器，因此对其声音进行研究时，不需要研究持续阶段。又因衰减和释放阶段界限十分模糊，本文将这两者结合在一起进行研究和讨论。根据之前得到的频谱信息，将谐音按照能量最大值处分成起振阶段和衰减（释放）阶段（图4～图5）。

5 主客观相结合

经过对样本的主观评价调查以及信度检验的过程，最终得到主观评价的结果，见表2（划横线的数字表示每个描述词中得分最高的一项）。

根据以上主观评价的结果以及客观分析的数据，将二者进行相关性研究。

首先，依据表2中每个描述词中得分最高的样本进行比较研究。结果显示，谐音数量多、能量大、更均衡的声音更受人们偏爱（图6～图10）。

其次，谐音的起振状态、衰减（释放）状态，对于人耳感知音色有一定的影响，但在本实验的样本中，该部分对音色的影响不占据主要地位。在对样本谐音成分起振状态、衰减（释放）状态的对比研究中，仅在C2音的比较研究中，该影响具有一定的规律性。声音中各谐音的起振速度快慢和人感知音色有一定的关系，谐音起振速度快，有助于人快速、直接地感知到音色，从而受被试者的偏爱。相反，谐音到达峰值的速度比较慢，人不能够快速且全面地感知音色，影响主观感受。

第三，对描述词“亮”的研究，呈现出比较强的统一性和规律性。谐音频率高、高频谐音能量强以及极高次谐音丰富、能量强，与人耳感知音色的明亮程度相关（图11～图18）。同时，较高的音比较低的音，明亮的属性更强。

第四，对描述词“洁”的研究，亦呈现出比较强的统一性和规律性。首先，基音能量强，人耳感知声音干净、纯净、无杂音的属性会高（图19）。其次，在低频部分（基音频率以下）非谐音成分越少，人耳感知声音干净的属性会高（图20）。再次，古琴声音在某些特定的频段没有非谐音成分的存在，若声音在该频段有非谐音成分，则导致音色干净的属性下降。在本次实验的样本中，200 Hz左右是没有非谐音成分的，某些样本在该频段有非谐音成分（例如4号古琴D3音，图21），其描述词“洁”的得分较低。最后，音色干净的属性还与琴本身有很强的相关性。本实验中，3号古琴在描述词“洁”的评价中都占据优势地位，而4号古琴在该项的得分较低。因此推论，音色是否干净，与琴本身有必然的联系。

最后，对描述词“采”和“润”的研究，亦呈现出不太明显的统一性和规律性。在这两个描述词评价比较高的样本中，有谐音丰富、谐音能量均衡的特点，但规律性不强。其原因可能有两点：一方面，被试者对于这两个描述词的理解不完全统一；另一方面，可能由于与这两个描述词相关的客观属性较多或者不突出。除此之外，本实验中，对描述词“丽”的研究，基本没有比较统一的规律。其原因可能是在调查问卷的结果中，该描述词的结果不呈现明显的统一性，即被试者对于“丽”的理解不一致。

6 结语

本文以古琴为实验对象，研究了主观评价术语和客观分析之间的相关性。主观评价过程中，对《溪山琴况》中五个用于描述古琴音色的术语（丽、亮、采、洁、润）进行分析。客观分析方面，采用音频分析的方法，从谐音成分、非谐音成分、极高次谐音成分、谐音起振阶段以及谐音衰减（释放）阶段五个角度，对样本进行分析研究，并得到客观数据。然后，从不同角度将主观和客观的结果进行结合、对比、分析，得到主观评价术语和客观分析数据之间的相关性。结果显示，人耳对音色的感知是由多方面因素造成的，其中某些较突出的因素在音色评价中具有更重要的作用。

实验首先证明此种研究方法是可行的，同时结果也指出某些主观评价和客观分析的关联性。但实验本身还存在样本数量少、是否具有典型性，以及被试者构成等方面的欠缺。未来还需进行更加缜密、全面的研究和调查。

注释：

① 徐上瀛所著，是一部全面而系统地讲述琴乐表演艺术理论的专著，也是中国音乐美学史上的重要著作。

② 王红梅. 《谿山琴况》与《琴声十六法》的比较研究[J]. 南京艺术学院学报（音乐与表演版），2005（02）：45-46.

③ Chris Cannam， Christian Landone， and Mark Sandler， Sonic Visualiser： An Open Source Application for Viewing， Analysing， and Annotating Music Audio Files， in Proceedings of the ACM Multimedia 2010 International Conference.

④ C. Sch?rkhuber and A. Klapuri， “Constant-Q transform toolbox for music processing，” in Proceedings of the 7th Sound and Music Computing Conference， Barcelona， Spain， 2010.

⑤ 杨帆. 分音时域特性分析法应用于乐音音色比较初探——以古琴为例[J]. 中国音乐学，2015（01）：125-129+116.

参考文献：

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[2] 杨帆. 分音时域特性分析法应用于乐音音色比较初探——以古琴为例[J]. 中国音乐学，2015（01）：125-129+116.

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作者简介：

杨波，中国音乐学院音乐科技系研究生在读，导师为韩宝强教授，专业为音乐声学，研究方向为乐器研究、音频分析。在校期间，多次参与文化部项目，如中国民族低音拉弦乐器改良、中国传统乐器声学测量及频谱分析、云南地区传统民族乐器音响及形制标准化采样等。