402型扬琴和锵的击奏声学测量分析*

张哲琳

（新疆艺术学院，新疆 乌鲁木齐 830001）

扬琴属于弦鸣齐特类板箱式击弦乐器，在世界各地均有分布。扬琴在中国又称“洋琴”，其中的“洋”，即指外来。扬琴传入中国后，与不同的文化相结合，形成风格各异的不同流派的扬琴音乐，深深融入人民的音乐生活。

新疆作为中国扬琴体系中一个非常重要的地区，现今流行的扬琴有两种——402型扬琴和锵。二者的形制、外形、演奏方法基本相同，但在音色、音域等方面各具特色，存在明显差异。本文以402型扬琴和锵为研究对象，对两种扬琴的击奏音频样本进行比较分析，主要包括响度、振动持续时间、分音时间过程和频谱分析，以期为乐器声学的研究提供有据可查的参照。

1 实验方案

为了得到真实可信的扬琴录音素材，消声室选定为乌鲁木齐市中星畅艺录音棚。该消声室空间尺寸为9.6 m×4.2 m×3.3 m，体积约为133 m³，相对湿度为35%～65%，室内温度恒定为25℃±3℃。

1.1 传声器设置

本次录音采用单点式拾音方式，传声器位于扬琴正前方，传声器0°轴与琴体水平面垂直，传声器振膜距离扬琴声学中心25 cm（图1）。

1.2 采录方案

乐器的音色特性可以通过演奏者在演奏时的细微差别来体现。作为弹奏乐器，两种扬琴击奏方式完全一致，均采取右手单独多次敲击采取平均值的方式。录制过程中进行实时监测，弹奏完每个音，在自然衰减至录音棚底噪后，方可弹奏下个音。考虑到乐器的声学品质与声压级有密切关系，本实验采用两种力度：强（f）和弱（pp）。由于两种扬琴音域不同，所以，以音域较窄的锵（d-e3）为基础，选出八个声音样本进行分析（表1）。

表1 录制内容

1.3 扬琴选择

本实验采用北京“星海”牌8623L型402型扬琴，上海民族乐器厂定制锵（表2）。

表2 402型扬琴与锵的基本形制对比

2 实验分析

2.1 响度分析

响度分析的目的在于了解两种扬琴不同音区音量变化是否均匀。表3为各音区样本单音样本振幅，选自强奏与弱奏的数据，平均值与平均值差值均取小数点后两位。

从表3可以看出，402型扬琴击奏单音声压级的范围55.9 dB～87.5 dB，分别是弱奏A4与强奏D5，动态范围约31.6 dB。锵击奏单音声压级的范围57.6 dB～91.5 dB，分别是弱奏C6与强奏D5，动态范围约33.9 dB。同时，从平均值可以明显看出，二者弱奏声压级由低音到高音逐渐降低，强奏声压级则均无明显规律。锵无论是弱奏还是强奏，声压级都比402型扬琴大。

表3 单音样本声压级统计

2.2 振动持续时间分析

振动持续时间，是指琴弦从振动开始到结束所持续的时间。为了精确选取时间点，不采取主观听辨的方式，将录音样本导入Adobe Audition CS6软件。经过测量，录音室底噪约-58 dB。因此，当电平值约-58 dB时为开始，到达最大值后下降至约-58 dB为结束。表4为两种扬琴单音样本的振动持续时间。

从表4可以看出，二者从低音到高音大致呈先上升、后下降的趋势。其中，402型扬琴的A3与锵的D4持续时间最长。402型扬琴平均持续时间约7 000 ms，锵约8 470 ms，表明402型扬琴在同样强度下所有单音持续时间都比锵短。同一种扬琴的不同音持续时间也不同。其中，402型扬琴中振动持续时间最长为A3（9 747 ms），最短为E6（4 608 ms），相差5 139 ms；锵最长为D4（13 867 ms），最短为E6（5 129 ms），相差8 738 ms。

图1 实验传声器位置图

表4 单音样本振动持续时间/ms

2.3 起振阶段分音时间过程分析

声音发声的过程可以总结为ADSR过程，即包括起振（Attack）、衰减（Decay）、保持（Sustain）和释放（Release）四个阶段。其中，起振阶段是指振动体受到外力作用，其振动幅度从零到达峰值的过程。对于乐器来说，就是从无声到发声的瞬间，可以理解为“音头”，听觉通过对起始状态中的谐音能量变化进行分析，从而能够识别音色[1]。所以，对各音起振阶段谐音的频率、振幅随时间的瞬态变化过程进行分析，可以看出各谐音能量特点和音乐特性。由于扬琴的起振时间基本在0.1 s以内，所以，选取起振至0.5 s的时间段，将各音前五个谐音以0.01 s为单位绘制谐音振幅折线图，本文以D3与E6为例进行分析（图2）。

图2 两种扬琴D3、E6两音振幅折线图

从图2可以看出，两种扬琴的D3音均为第一谐音振幅最小，且曲线较为一致，均是从无声状态上升至最大峰值后缓慢衰减。但是，402型扬琴第一谐音最大振幅出现在0.08 s，振幅上升了23.07 dB，从0.08 s～0.5 s振幅下降1.96 dB；锵从开始上升至最大峰值所需时间为0.07 s，振幅上升26.44 dB，从0.07 s～0.5 s振幅下降1.85 dB。除此之外，402型扬琴振幅最大的是第五谐音，在0.07 s达到最高峰值，其他谐音（除第三谐音外）曲线均较平缓；锵则是第二谐音振幅最大，在0.13 s达到峰值，曲线较平缓，其余第一、四、五谐音曲线则波动较大。

两种扬琴的E6音均为第一谐音振幅最大，402型扬琴的第一谐音从0 s上升至最大峰值所需时间为0.06 s，振幅上升23.74 dB，之后出现5次峰值，从最大峰值至0.5 s振幅下降14.39 dB；锵的第一谐音从0 s上升至最大峰值所需时间为0.05 s，幅值上升43.56 dB，之后出现6次峰值，从最大峰值至0.5 s振幅下降21.68 dB。除此之外，402型扬琴的第一、二谐音曲线波动相近，锵的第一、二、三谐音曲线波动相近，波动次数均在三次以上。

可见，两种扬琴的谐音随时间变化有共同特点，D3谐音曲线均比E6平稳且分散，D3第一谐音均比E6衰减慢，四个音的第一谐音至最大幅值时间差异不大。同时，也有不同点，两种扬琴D3音最大振幅谐音不同，402型扬琴比锵的E6第一谐音振幅上升较快。

2.4 频谱分析

复合音，是指由多个振动频率成分构成的声音。扬琴乐音属于“复合音”。虽然不同的扬琴声学构造相同，但是由于材质、形制等不同，扬琴的频率、音强、数量都有差异。泛音数量、泛音之间的音程关系以及泛音之间的强度关系，是体现乐器声音特征的三个重要参量，音乐声学采用一种特定的图形方式，将这三个参量之间的相互关系体现出来就称为“频谱”[1]。例如，图3所示为402型扬琴A3频谱图，横坐标为频率，纵坐标为振幅。表5、表6所示为402型扬琴、锵的样本数据中谐音能量前三排序。

从表5、表6可以看出，实验所用的402型扬琴和锵有共同点：低音区谐音能量较分散，高音区谐音能量较集中；最强谐音数随着音的升高在降低。

除此之外，二者频谱中谐音表现各不相同，声学特性也会有差异：402型扬琴除了D3音中的第五、七、三谐音较强之外，其余都是第一、二、三谐音能量较强，可见整体能量比较靠前，能量集中在586 Hz～1 308 Hz，并且随着音高的升高，基频（第一谐音）振幅逐渐变为最强。实验现场听感音色清晰明亮。

图3 402型扬琴A3频谱图

表6 锵样本数据中谐音能量前三排序

锵的基频能量也随着音高的升高逐渐增强，但是，锵的谐音振幅最大的频率大多是第二、三谐音，能量集中在294 Hz～1 308 Hz，与402型扬琴相比，低频较多。实验现场听感低音区音色浑浊，随着音高升高，音色逐渐清晰。但是，E6由于靠近马条边缘，音色沙哑，且音高感较差。

3 结论

总体来说，锵无论是弱奏还是强奏，声压级都比402型扬琴大；两扬琴均是高音持续时间最短，但402型扬琴单音平均持续时间较短；两扬琴均是低音起振谐音曲线较平缓，高音波动较大，但在最大谐音、到达最大峰值时间与上升速度方面有很大差异；两扬琴随音的升高最强谐音数均在降低，但402型扬琴与锵相比能量更集中。

随着时代的发展，乐器制作的要求不断提高，传统的主观评价方法并不能得到客观、精确的评价结果。本课题采用音乐声学分析方法，对乐器的响度、振动持续时间等进行的测量、分析，可以提供有据可查的参照，同时，也可以为其他学者从不同学科和角度对扬琴作深入研究提供可借鉴的资料。