频谱分析在专业钢琴教学中的应用

司徒晓曦

摘要：本文通过运用matlab软件，分析同一乐句的时域图和功率谱图，对四种不同的演奏发力方式进行了深入的研究。建议在音乐教学当中将此思路用于课堂，丰富教学形式，通过对其频谱图与优秀演奏家频谱图的对比，让学生能更加直观地纠正练习中的误差和偏差，改善其发声状况，获得良好的音色。

关键词：频谱分析;钢琴教学;发力部位

传统钢琴教学以口耳相传、教师示范为主，音乐知识与弹奏技巧的传授都较为抽象，学生对好声音的理解仅仅局限于自身的认知，初学者更是不能准确鉴别自己的演奏发声。实验心理学家Treicher有个著名的试验结论称：人们在学习时通过视觉感官获得的知识占83%，听觉占11%，所以，视觉认知在学习中不容忽视。例如学习者往往很难理解触键部位及力度大小对钢琴音色的影响程度，如果在教学过程中引入频谱分析技术，画出声音信号的频谱图，这样就能更直观、更科学地帮助学生再现情景，丰富课堂教学形式，将专业钢琴教师在教学中的引导作用更好地发挥出来。这样不仅能使学生提高学习钢琴的效率，还能激发学生学习钢琴的兴趣，提高主动性和积极性。同时也能将音乐现代化教育的优势发挥出来。

一、频谱分析技术适用于钢琴音色特点

首先，每一种声音都是由振动产生，不同的物体在振动的时候都有不同的特点（如同每个人的手各有不同一样）。由于材料结构的不同、发声体的音色自然也会不一样。声音除了有一个“基音”外，还会加上许多不同的频率（每秒钟的振幅次数），与泛音（泛音是音色特点的主要因素）重合便形成了不同的音色。我们根据音色的不同，可以区分不同乐器的声音。

其次，音色的变化在于频谱的变化。不同的振幅速度、振动频率、混音比例都会对音色的改变起到不同的作用。在一架钢琴上演奏同一首乐曲时，不同的演奏者由于采用的演奏技巧甚至心理状态的不同，都会导致声音具有不同的音色。

最后，钢琴的音色特点可以从频谱分析的角度进行完美的诠释。在音乐艺术中，所使用的音一般只限于约每秒振动27-4100次的范围内[1]。钢琴的发音频率大部分集中于2000赫兹以下，早在1954年，Helmholtz[2]等人对声音进行了频谱研究，研究中指出音色感知与频谱形状有关。本文将对不同演奏方式下的钢琴声音进行频谱分析，观察其中的区别和联系。

二、钢琴音色的主要影响因素

乐音的音色是由混入基音的泛音所决定的。每个基音都有其固有频率和不同音强的泛音，因此使得每个声音都具有特殊的音色效果，而触键部位及力度对钢琴的音色起到至关重要的作用，所以我们将研究的重点放在发力部位对音色的影响上。

钢琴演奏者在演奏时力度的来源大致可分为手指发力、手腕发力、小臂发力及大臂发力。

1.手指发力：触键面积较小、下键较快、所发出的音量也相对明亮而干净，适合于快速跑动中的运用。

2.手腕发力：手掌重心下移、下键较深、弹性较强、所产生的音量略微增大，更适合弹奏较为跳跃性的曲目。

3.小臂发力：触键面积较大、下键用力都较为缓慢，可弹出如歌似的连奏及光滑圆润的效果，适合与演奏浪漫的抒情歌曲。

4.大臂发力：触键面积很大、重心靠后、动作迟缓、下键深，所发出的音量巨大，音色厚重，适合于演奏较为严肃或庄严的进行曲。

本文将以演奏同一乐句为例，分析在这四种典型的发力部位及方式下的声音频谱的异同。

三、同一乐句在四种发力方式下的表现

实验测试1——手指发力

在一台普通的珠江凯撒堡钢琴上，用SONY数码录音棒ICD-PX470录制《我和我的祖国》旋律56543215。运用matlab软件的Signal Analyzer工具包进行声音信号处理，画出了录音的时域图和功率谱，见下图1。可见，弹奏的每一个音都类似三角形状，走向都是开始饱满，逐渐衰弱。由于手指发力这种演奏方式属于非连奏演奏快速收键。所发出的声音音头明显，但尾音收的较为干净，音的持续性较弱。这种弹法在实际演奏中注重手指的颗粒型及声音的穿透力，整个手型呈拱型，手指主动击键，将3关节作为支撑，手腕及整个前臂保持不动。这样发出穿透力的声音也就变得简单，琴槌击打琴弦也变得更快。手指击键时采用75度回拉的方式能更快的形成加速度，击键的面积也变得更小，更有利于将发力点集中于手指尖上完成敲击动作。

实验测试2——手腕发力

用同一台钢琴，用同样的录音棒，录制同样一首歌的同样一段旋律，见下图2。易见，采用手腕触键发出声音声波图形，三角形的长度变短了，走向虽然开始饱满但衰减急速。由于手腕发力这种演奏方式属于钢琴演奏中断奏快速收键的演奏方式。所发出的声音音头更为明亮，尤其是尾音收的极为干净，音的持续力很短。这种弹法在实际演奏过程中更注重手腕的上下摆动及声音的弹性，手腕重心下移，触键虽在琴键底部但具有较好的弹性，所产生的音量就手指发力相比略微加强，尤其适用于弹奏一些较为跳跃和较好弹性的乐曲。整个手型同样呈拱型，手腕主动向下且手指被动触键，手腕作为支撑的中心，手指和小臂保持不动，这样发出的音不仅集中还具有非常好的弹性，达到借力使力的反弹效果。这个动作的关键点在于瞬间发力，在下落过程中放松，将力量集中于触键瞬间的一个点上面。虽然声音明亮但随着手腕的反弹上行声音消失急快。

实验测试3——小臂发力

同一个演奏者，用同样的钢琴，仍然錄制同一条旋律，见图3。可见，采用小臂触键发出声音声波图形，三角形和前面两个图形比变的细长，整体呈逐步递减状，中段在进行中稳定性较好。这种小臂发力的演奏方式是连奏慢速收键。所发出的声音音头不明亮、不突出、尾音缓慢衰减，持续时间较长。

在实际演奏过程中更注重肘部的主动下行，手型在整个过程中呈趴窝式，手指和手腕被动向下，将手肘作为整体的支撑，手指及整个手腕保持稳定。可以弹奏出如歌似的连奏，音色饱满且柔和，可以表现出朦胧、缥缈、空灵等音乐风格。由于琴槌缓慢的击打琴弦这样发出的声音颗粒性被大大减弱，连音的持续性增强，圆润度增加。加之采用水平触键的方式，击键的面积也变大，更有利于形成发力点音色分散的效果。

实验测试4——大臂发力

同一个演奏者，用同样的钢琴，仍然录制同一条旋律，见图4。可见，采用大臂发出声音声波图形，三角形和前面两个图形比变的细长而扁平，整体呈逐步递减状，中段在进行中稳定性很好。这种大臂发力的演奏方式是属于连奏慢速收键。在实际演奏过程中更注重大臂的左右摆动，重心靠后，慢速移动。可弹出较厚重的、宽旷的、有持续音色特点。

四、结论

本文对钢琴演奏中不同部位发力下的声音进行分析，运用matlab软件的Signal Analyzer工具包进行声音信号处理，画出了同一乐句录音的时域图和功率谱图，从图中可见，手指发力适合于快速跑动中的运用;手腕发力更适合弹奏较为跳跃性的欢快曲目;小臂发力适合演奏浪漫的抒情歌曲;大臂发力则适合演奏较为严肃的进行曲。

在未来的教学中，可将该方法运用于钢琴、声乐等课堂教学中，丰富课堂教学形式，让学生更加直观地进行发声或演奏练习，及时纠正练习中的误差和偏差。可通过研究优秀发音频谱图的基础上，对于部分常见的发声或发音弊端，通过对其频谱图与优秀演奏家频谱图的对比分析，结合听觉感受，指出其在发声、发音和发力上所存在的不足。参照优秀演奏家的频谱图进行练习，以视觉协助其听觉，不断调整其发声状态，最终改善其发声状况，获得良好的音色。

参考文献：

[1] Hermann，Helmholtz，On the sensations of tone as a physiological basis for the theory of music[M].New York：Dover.1954.

[2]安亮山，刘诚.基本乐理[M].四川美术出版社，2006.