民乐创作与科技的关系研究*——以民族拉弦乐器的声学研究为例

郭晓丽，万小东

（1.河北传媒学院，河北 石家庄 051430；2.中国音乐学院，北京 100101）

1 前言

1.1 国内外研究现状及本课题的研究意义

自20世纪中叶以来，国外对西方乐器（包括拉弦类乐器）的音响进行了较为全面、细致的测评，已形成相对完整的乐器音响分析与评定体系。如J·迈耶尔《提琴音质的声学研究》[1]一文，对测量乐器动态范围、分析频响特征的方法做了较为全面的介绍，并对小提琴的频响曲线做了细致的测量和分析。

自20世纪90年代以来，国家轻工业局发布《中国轻工业标准汇编·乐器卷》之《民族弦鸣乐器通用技术条件》，对中国民族弦鸣乐器技术标准进行规定，该标准适用于以板、膜为主要振动体的民族弦鸣乐器（如扬琴、板胡、古筝、琵琶、二胡、三弦等）。此外，还有一些关于民族拉弦乐器声学研究的文献，如王欣《中国民族擦弦乐器音响特征——以板胡为例》、姜铭礼等《二胡声学特征应用研究》、陈通等《二胡的声学特性》、任建一《二胡声学（共鸣）特征的研究》等，都在个案声学研究思路、内容与方法方面对本课题研究具有一定的参考意义。

通过阅览相关文献，笔者发现，国内关于高胡、二胡、中胡三件民族拉弦乐器的系列声学研究，以及中外拉弦乐器的声学比较研究领域尚属空白。因此，本课题研究的现实意义也就凸现出来。

（1）在拉弦乐器合奏教学中，本课题研究成果可以作为可信赖的科学依据，帮助教师阐明拉弦乐器音响组合的声学特征，以及合奏过程中需要注意的声学问题。

（2）对于音乐创作者而言，不仅可以为作曲家明确各乐器的声学特征、基于声学研究的乐器法，还可以为作曲家创作弦乐合奏作品提供新的概念和认知。最重要的是，本次课题研究按照“乐器数量每增加1倍声压级增加6 dB”的理论，尝试以西方双管乐队编制拉弦乐器12:10:8:6:4的配数为参照标准①，为中国民族管弦乐队常规编制中的拉弦乐器配数做大胆尝试，以期得到国内外中国民族管弦乐队的关注。

1.2 准备工作——声音采录与实测

（1）采录与实测对象

[中]高胡、二胡、中胡；[西]小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴。

（2）采录与实测内容

采录内容：常规音域自然音阶。

实测内容：每件乐器4种奏法（长弓、断弓、震弓、拨奏），3种力度（弱、中、强奏），3个音（低、中、高音区各抽取一音）。这样，每一件乐器就会得到36个声压级数据。

2 中西拉弦乐器音色特征分析与对比

2.1 音色分析与对比

西方管弦乐队中，拉弦乐器组由小提琴I、小提琴II、中提琴、大提琴和低音提琴组成。中国民族管弦乐队中，与之对应的组合则由高胡、二胡、中胡、大提琴和低音提琴组成。两组乐器同属于弓弦乐器，其乐器构造大致可分为激励系统（琴弓）、弦振系统（琴弦）、传导系统（琴马）、共鸣系统（琴箱）、调控系统（调弦装置）五个部分。提琴组乐器的发音过程是琴弦受到外力的影响（弓拉弦鸣或指拨弦鸣）产生弦振动，琴弦的振动通过琴马的传导，经过共鸣箱放大后，最终传入人耳。胡琴组乐器的发音过程与前者相同，但有一点值得注意，胡琴组乐器是先由琴弦振动，通过琴马传导至皮膜使其振动，再通过琴桶的共鸣箱放大。民族拉弦乐器中，有皮膜这一材料参与发声过程，则必然会导致音色的不同。

西方拉弦乐器组中，各乐器谐音数量都比较丰富，基本呈常态分布（图1）。各乐器峰值较为明显的谐音数量，比中国民族拉弦乐器组中的乐器多。在本课题分析的每个音频中，非乐音成分极少，谐音列中无明显的非谐音（杂音）成分。可见，木质共鸣箱对谐音列进行了有效的放大，并抑制了非谐音的成分，使其音响特征具有丰满、圆润的特点。同时，奏法对西方拉弦乐器的谐音数量影响较小，无论音区还是力度变化，都可以保持较为完整的谐音列结构。整体看来，西方拉弦乐器组的音色具有非常强的统一性。

图1 西方拉弦乐器谐音丰富、基本呈常态分布

反观中国民族拉弦乐器，与西方拉弦乐器相比，低音区音色则略显粗糙，中音区音色光泽度相当，但高音区略显刺耳，尤其是在高胡的高音区最为明显，已经可以用“生涩”来形容。可见，包含皮膜传导振动的琴桶没有对音色进行很好的“调整”，在放大有效谐音的同时，也放大了部分无效的非谐音成分，整体音色特征具有紧张、粗糙的特点。因为皮膜问题不是本课题的研究重点，所以不进行详细讨论。中国民族拉弦乐器音色的特点总结如下：

（1）谐音数量较少，除第一谐音以外，峰值明显的谐音数量则更少，每个音中包含些许的杂音成分（图2）。

图2 中胡中音区

（2）拨奏时，谐音数量极少，除基音以外，无明显的其它谐音成分，尤其是在高音区伴有明显杂音。随着音高的上升，逐步丧失音区归属感，演奏技法对乐器音色的变化具有较大的影响（图3）。

（3）谐音数量比较丰富，峰值较高的谐音仅有4个，但奇数谐音峰值明显，同时，谐音列中存在大量非谐音（杂音）成分。因此，音色表现仍比较丰满，但略显干涩与空洞，尤其存在于极高音区，该音响特征更为明显（图4）。

图3 中胡高音区拨奏

图4 高胡的极高音区

2.2 各乐器的最佳音区

每件拉弦乐器都有部分能表现其最佳演奏性能的音区或音高范围，在音乐上表现为不同技法、力度、音高等的最佳音色演奏区域，即最佳音区。如果一件乐器的最佳音区非常宽广，那么，这件乐器的音乐表现力一定非常丰富，情绪的表达、力度的变换、音符的衔接和技法的切换也会更加的自由。笔者通过使用GMAS，对中西拉弦乐器的四种奏法（长弓、断弓、震弓、拨奏）采录的音频进行数据化分析，并结合主观调研数据与文献分析，划定该乐器的最佳音区，以此为乐器学习者、演奏者和作曲家了解拉弦乐器的声学特征和演奏性能提供科学依据。

（1）西方拉弦乐器：小提琴：G3-C5；中提琴：G3-F5；大提琴：C3-A3，E4-C5；低音提琴：B1-D2，G2-D3。

（2）中国民族拉弦乐器：高胡：G4-G6；二胡：#F4-A5，G5-C6；中胡：E4-G5。②

3 中西拉弦乐器声压级特性分析与对比

3.1 动态范围分析与对比

根据所实测的每件乐器的36个数据，每件乐器打破奏法、音区、力度的界限，以最大值减去最小值即为每件乐器的最大动态范围（表1）。

表1 中西拉弦乐器动态范围比较

一件乐器拥有宽广的动态范围，则可以拥有更强的音乐表现力，增强旋律、和声、表现情绪起伏变化的自由度等，更好地满足作曲者、演奏者想要通过音乐表达自身情感的需求。从整体上看，提琴组乐器中，小提琴和中提琴的动态范围大于胡琴组中高胡和二胡的动态范围。其中，小提琴与高胡的动态范围对比最为明显，二者差值高达17.5 dB。中胡的动态范围则与中提琴的差距不大，这表明胡琴类乐器中，高胡和二胡在动态范围改良方面仍有较大的进步空间。

特此说明，本文的动态范围研究都是限于单件乐器的动态范围，因为做乐器组合的动态范围研究，其前期设计难度巨大、工作量难以估量，不是本课题能完成的。比方说，既然是乐器组合，那应该合奏什么样的和弦呢？保守地说，会有不止10 000个（算上所有可能构成的和弦、和音、原位、转位及不同的音高位置等）。采用什么样的排列法呢？排列方式的可能性也是几近于无法确定的程度。因此，难以断定应采选取何种和弦和排列法才具有更高的权威性、更高的可信度。而且，音乐本来就是流动的，如何进行研究才能达到理想的研究效果，也有很多不确定的因素。

3.2 乐队编制配数研究

3.2.1 西方双管乐队编制拉弦乐器组配数分析

每件乐器测出36个声压级数据，将其平均，求得西洋拉弦乐器中，常规演奏时的声压级分别为小提琴68.1 dB，中提琴60.2 dB，大提琴63.9 dB，低音提琴63.5 dB（表2）。

表2 中西拉弦乐器的平均声压级数据

按照“乐器数量每增加1倍声压级增加6 dB”的理论，得出西方乐队常规编制中，12把小提琴Ⅰ的声压级为89.1 dB，10把小提琴Ⅱ的声压级为87.6 dB，8把中提琴的声压级为78.2 dB，6把大提琴的声压级为78.9 dB，4把低音提琴的声压级为75.52 dB。可见，小提琴Ⅰ由于担负演奏旋律的重要任务，其声压级明显大于其他声部；小提琴Ⅱ次之，也是因为要经常接替演奏旋律或是演奏复调化的另一旋律，而接近于小提琴Ⅰ声部的声压级；中提琴与大提琴处于中、低音区，声压级均衡，相差不大，体现出一种稳定、填充的功能；低音提琴最弱，在古典双管乐队中，并不追求大音量的最低音，因为低音提琴多数时候会与大提琴构成一个八度，共同承担低音部。整体看来，低音部的声压级应该是82.9 dB（大提琴+低音提琴）。

3.2.2 民族管弦乐队常规编制拉弦乐器组配数分析与建议

以西方双管编制管弦乐队拉弦乐器12:10:8:6:4的配数为参照标准，如果中国常规编制的拉弦乐器希望在声压级上达到与西方拉弦乐器相同的效果，各民族拉弦乐器的声压级应分别对应为，高胡74.9 dB，二胡68.8 dB，中胡67.4 dB（表2）。由此推断，需要5.4把高胡、9.1把二胡和3.6把中胡。由于民族管弦乐队中，低音乐器也是大提琴和低音提琴，故低音乐器不做比较。

实际上，现实中以“乐器数量每增加1倍声压级增加6 dB”的理论进行乐器配数时，很多客观因素会导致音响并不匹配的情况。例如，因乐器排列位置不合理，可能导致声音相互抵消；乐队演奏时，因声学环境不同，也可能导致一定程度的音响不匹配等。

因条件所限，上述配数研究是建立在理论层面进行的。

4 结语

民族管弦乐队承载着中华文化深厚的精髓与审美，承载着千百年来人们对中国式“音响美”的追求与喜爱。随着时代的发展，近年来，中国民乐已经走出国门，迈向世界，世界各地著名的“音乐圣殿”都有中国民族管弦乐队的身影。然而，当前中国民族管弦乐队的理论建设中，缺乏高水平的队伍对其进行全方位的研究与总结。乐器的改良与研究，也仍有较长的道路要走，更需要从科学、理性的角度去剖析音乐的本质。笔者仅从音乐声学的角度出发，运用当代科学的方法论证民族管弦乐队中拉弦乐器组音响的本质，对中国民族管弦乐队的拉弦乐器组进行分析与建议。希望以理性思维来探索音乐的本质，欢迎各界专业人士共同探讨和指正。

注释：

① 数量配比来自于河北师范大学音乐学院、河北省交响乐团等作曲与指挥建议的常规配数。

② 该结论来源于张有川《中国音乐学院2021届博士后出站报告》，P138。