| 词条 | 音乐声学 |
| 释义 | § 简介 管弦乐队音乐家以音强、音高、音色(或称为音品)作为乐音三大要素，客观上决定任一声音的物理参量是声压、时程和频谱。对乐音而言，声压决定它的强度或响度感觉，频谱决定它的音色。音高在声学上称为音调，由频谱中的基音频率决定。若基音消失，音调的感觉不变，由谐音系列的结构决定。 乐音一般不是稳定持续的周期信号，其时程可分为增长、稳定、衰减三个段落。不同类型的乐音，三个段落的时间不同。例如弹弦音和拨弦音的增长段比拉弦音的短促得多，并且几乎没有稳定段。在增长和衰减段，乐音的频谱与稳定段可以有显著的不同。因此，乐音的音色与时程的关系很大。对乐器的每个部件，都可以分析上述参量，以总结出音质优美的乐器的最佳声学条件。例如，世界公认最佳的意大利斯特拉迪瓦里小提琴，其物理参量有哪些特色，现在已有了深入的研究。又如研究共鸣良好的歌声，发现其频谱中2.5～3kHz附近有一特殊的共振峰等。此外，各部件之间的耦合对于达到最佳声学条件也很重要。充分了解各部件的振动原理和它们之间的耦合，乐器的制作和研究才有科学根据。 除上述参量外，单件乐器和管弦乐队的声压动态范围、频率范围和长期平均频谱是指导录声(即录音)、调音、重放，使之达到最好听感的基本参量，也属音乐声学的范畴。 § 研究内容 音乐与自然规律音乐声学包括如下几个知识领域： 一般声学 作为物理学的一个分支的一般声学，是音乐声学的基础，它向人们提供有关的基础知识：声音作为物理现象的本质和本性是什么，乐音与噪声的区别何在，音高、音强和音色就其客观存在而言是一些什么样的物理量。古代人对音质音色的认识带有神秘感，只能借助各种类比词加以描述。用近代物理学方法进行分析的结果说明，每一种音色都是由许多不同频率(音高)的振动叠加而成的复合振动状态，可采用频谱分析的方法对它们进行解剖式的科学描述。声音通常是通过在空气中的传播而到达人耳的，因此空气中的声波就是一般声学必须研究的对象，它在空气中的传播速度（声速）、波长，遇到障碍物之后的反射、绕射，所形成的行波、驻波，不同频率的声能在空气中自然消蚀的不同程度等等，在声学中都已得到研究。共振现象是声学中的重要研究课题，就能量传导而言，可有固体、气体、液体（内耳淋巴液）等不同的传导途径；就其强度与稳定程度，则涉及共振体的固有频率问题，激发与应随共振的两物体频率之间的整数比例关系问题，即与谐音列有关的谐振问题；这也是和谐感、音程协和性、律制生律法问题的一般物理学、数学基础。半个世纪以来，电声学已成为一般声学中份量日益加重的组成部分，电鸣乐器的出现已使电磁振荡成为声源的一种，在日常生活中，音乐的保存、重放、传播也都借助于声波与电波的相互转化来实现，已使声与电紧密地联系在一起。因此在成熟的工业社会里，电声学也是音乐声学的基础。 听觉器官的声学 研究人耳的构造属于生理学、解剖学的范围，但人耳何以能具有感受声波的功能，却还必须借助声学才能得到说明。况且由于听觉神经网络的构造过于精细，难以用神经系统解剖学的方法来研究，只能主要通过声学实验来了解其功能。解剖学能提供的知识至今还是十分有限的。鼓膜是外耳与中耳的分界面，它将听道中的空气分子振动转换为锤骨、砧骨、镫骨这三块听小骨的固体振动；镫骨底板所“踩”的卵形窗是中耳与内耳的分界面，它将固体振动又转换为耳蜗内淋巴液的液体振动，后者引起几千个微小器官里纤毛的共振，共振激起神经细胞的电脉冲。内耳的功能，它对声音的音高、响度、音色的感受特性等有关知识，则是由生理声学实验所积累的。关于对音高的感受：人耳可闻音的频率范围，为分辨音高所需的最短时值，音高辨认的相对性、绝对性和近似性，对同时性、继时性两音相互间协和与不协和的分辨；关于对响度的感受：人耳可闻音的强度范围，客观强度与主观响度之间的真数与对数关系（韦伯-费希纳定律），对不同音区的音客观上不同强度可能在主观上感受为同样响度（等响度曲线），同音持续与否对于响度感的影响，这些方面都积累了比较确凿的数据。但是关于对音色的分辨能力，积累的资料还不多。据推测，外周听觉神经具有分析功能，中枢神经的听觉区则具有综合功能；关于“主观泛音”现象（强的纯音会被感受为包含泛音在内），在解释中则假定内耳微小器官的纤毛可能发生谐振（谐音共振）。至于内心听觉与对节奏、音调、和弦的想象等能力的研究，由于更多与心理学交缘，尚未在音乐声学中得到充分概括。 乐器声学 是音乐声学中历史最悠久、内容最丰富、实用性最强的一部分。它从理论上阐明乐器的发音原理、结构与功能的关系，并对乐器进行科学分类;面向实践则对乐器制作工艺学与乐器演奏技术提出指导性意见。乐器的不同结构成分从功能上可划分为能源接纳、声源形成、共振、扩散等要素，而乐器分类则着眼于声源的类型。声源由固体振动构成的是一大类，其下又可细分为体鸣、膜鸣、弦鸣，后两种依赖张力形成弹性振动的声源；声源由气体振动构成的是又一大类，其下又可细分为单纯气鸣与有固体（簧片、嘴唇）振动配合参与的气鸣两种；声源由电磁振荡构成的是第三大类。但乐器制作注意的重点却在共振，音质在很大程度上取决于共振的均匀性与谐振性，音量则取决于共振的充分性（又及时扩散）。为了达到更理想的声源状态与共振状态，乐器制作在材料和形制上都须精心探寻（见乐器学）。音准问题是某些定音乐器必须关心的，但它还受制约于律制。乐器声学对乐器演奏技术的指导作用，主要集中在能源介入与声源形成这两个环节的处理方法上，是音乐声学中常被忽视的方面。这固然是由于各种乐器的演奏家未能从声学的科学高度总结其演奏经验，同时也由于音乐学家多缺乏声学知识，在演奏评论中不善于从这一角度指出优劣。 嗓音声学 人声可以算作广义的乐器之列，但它不同于一般乐器的主要特点有二：人类发声器官的各个部件都是柔软的肌肉韧带，不同于一般乐器的刚性部件;控制这些肌肉韧带的神经活动，不象支配手与唇舌肌腱的神经活动那样随意自由，而带有很大程度的本能性与不随意性；对这些肌腱状态的自我感觉，也不那么客观清晰，而带有很大的朦胧性与虚幻性。就其涉及人体器官的生理状态而言，嗓音声学也可归属广义的生理声学，但它与听觉器官的生理声学本质上不同，所研究的并非声音感受过程中的，而是发声过程中的生理声学问题。仿照乐器声学的分析方法，人类发声器官亦可从能源、声源、共振、扩散四个结构要素来讨论。嗓音接纳的能源来自内脏对肺内空气的压力，但造成压力的运动部位并不在肺而当在下腹（丹田）。声源是由声带（喉）的状态形成的，但紧靠着它的共振腔是从声带到口腔、鼻腔末端之间的管道（咽），管道的一定口径与长度使空气分子得以充分参与共振，咽与喉的状态配合是发声器官良好工作状态的核心。随后，口腔内的空气分子当然也参与共振，但这已服从于歌词的元音、辅音的吐字，其功能已非旨在增大音量的共振，而是给咽喉传来的音波附加特定元音、辅音所应具备的“频谱共振峰”，随即扩散，把声波送到远处。运用发声器官的技巧必须包括而应加以训练的方面很多，诸如：音域的伸展，真假声的选择互补，换声区的平顺过渡，气息长短缓急的控制，音量强弱幅度的扩大与调节的灵活，音色的变化，吐字的清晰准确，音准节奏的掌握等等。古往今来各民族各地区的不同唱法与不同声乐学派，各有独特的运声方法，积累了丰富的实践经验，但由于人声器官构造的复杂性，作为一门音乐学学科的嗓音声学至今尚在草创时期。 音律和谐的声学 差音现象最早为G·塔尔蒂尼在1714年所发现侧重数理的声学分支，为音阶、调式、和谐理论提供物理学、数学依据。由于这一学科历史悠久，有关律制的研究成果已形成律学这一专门学问；但律学还不能包括这一学科的全部内容，近代以来，在结合听觉器官的声学特性研究和谐问题的过程中，发现了不少有待解释的现象，开辟了新的研究方向。不同音高的两音波叠加，因互相干涉而形成时强时弱的周期性交替，当周期性的强音稀疏可数时，称为“拍”，当其稠密不可分辨时，就在听觉器官中融成第3个音，称为差音”，其频率是前两音频率之差，例如，前两音为□、□，则差音为□。差音现象最早为意大利中音提琴家兼作曲家G·塔尔蒂尼在1714年所发现。差音之可被听到，与听觉的和谐感有关。关于听觉对协和与不协和的分辨问题，19世纪后半叶德国生理学家兼物理学家H.黑尔姆霍尔茨(1821～1894)与音乐心理学家兼比较音乐学家C.施通普夫分别进行了实验研究。前者认为，听不到还是听得到“拍”，是感觉协和与否的分界线。后者认为，感到还是感觉不到两音融合为一，是协和与否的标志。但是这两种理论对于非同时性而是继时发出的两音之间协和与否的解释都是无效的。并且由于听觉对音高分辨的近似性（带域特性），微微偏离协和关系仍可感觉为协和，例如平均律小六度和声音程有明显的“拍”，仍可感到协和；反之，由于使用条件的改变，协和的亦可变为不协和，例如大三度音程在调式中用作减四度音调时就令人感到不协和。这就涉及人工律音程在听觉器官中向自然律音程转化及其规律性问题。此外，关于泛音列与沉音列在和弦与调式形成中有无作用这一争论了几百年、对和声学与调式理论具有根本指导意义的问题，也并非听觉器官之外的物理学问题，必须结合听觉生理声学乃至与内心听觉等有关的心理声学这些特殊物理学领域的探讨，才有希望找到答案。 室内声学 对音乐在室内表演的声学条件进行研究，是建筑声学与音乐学交缘的学科领域。建筑声学中有些问题（例如隔声、抗震）是与音乐并无直接关系的，但有些问题则与音乐表演的音响效果关系密切，统称室内声学问题。室内声学注意到如下问题：房室厅堂的几何形状，为了防止出现房间自身固有频率对音乐音响的干扰歪曲，必须消除相对墙面之间、天花板地板之间平行的方向关系，消除可能造成声灶的空穴、凹面；为了使声波在室内多次往返反射又防止出现回声，房间长宽比例不得过于悬殊，各个部分的吸音性能应当均匀，并在墙面上多设置扩散体；各个表面装修吸音材料的目标是达到适度的混响时间，混响时间在各个频率区应大体均匀（过高区可趋短），而其秒数(0.8～2.2)则取决于房间容积的大小以及所唱奏的音乐的风格类型。在结合使用电声的条件下，以及为录音工作创造良好室内音响条件的要求下，室内声学设备已有不少新发展。 § 研究历史 曾侯乙墓出土的战国初年编钟对乐音和乐律的研究主要是音调与频率的关系，音程和音阶的频率划分，音程的协和性等。中国早在周代即已广泛通行了琴、瑟一类乐器。在摸索音调与弦长的关系之时逐步创造出一种“钟律”，其中包括著名的“三分损益法”。这种生律法在春秋时期已经用来调钟。这个乐律是世界上最早的自然律。这是中国古人对音乐声学的重大贡献，比传说的毕达哥拉斯(公元前500年)生律法早得多。 曾侯乙墓出土的战国初年编钟，证明中国非但最早在律制上有科学的发明，而且最早确定了调音的基准频率，掌握了乐器的调音技术。甚至更早在商周时代即已创造出一钟二音(一个钟能发出两个基音)，这是音乐史上的奇迹。除律制外，中国古代对泛音系列的发现和在乐器演奏时的应用，管乐器音调的管口校正法，簧、管耦合的原理和控制技术等方面都有重要贡献。 任何声音在产生出来之后，接着是传输(包括录制和重放)和接收的问题。乐音的传输是电声学和厅堂声学的内容。乐音的接收，须计及人的心理感受亦即主观评价，这是心理声学的一部分。它们虽不属于音乐声学范围，但却与音乐声学紧密相联，至关重要。录制或重放设备或技术的缺陷，往往会破坏优美动听的音乐节目的色彩；一件原来不够完善的乐器，其声音效果也可通过调音在一定程度上来补救。 § 作用 欣赏音乐时，环境的声学条件也可能造成乐音的失真。至于人对乐音的心理感受，则除了响度与声压级的关系、音调与频率的关系、掩蔽效应、声像定位效应等人类的共性之外，还与人的爱好及音乐素养有关。讨论研究音乐声学须涉及这些相关的学科。 § 相关学科 次声学、超声学、电声学、大气声学、语言声学、建筑声学、生理声学、生物声学、水声学、物理学、力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理学、固体物理学。 |
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