音樂聲學

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音樂聲學是研究樂音和樂律的物理問題的科學。
    對樂器和人的發(fā)音原理的研究是從激勵器、共鳴器、輻射器三大部件來入手,以求得的發(fā)音效率和優(yōu)美的音色。簡單的響器,其激勵、共鳴、輻射合為一體,如鑼;電子合成樂器則用電路來模仿激勵器和共鳴器,輻射器就是揚聲器。
    音樂家以音強、音高、音色(或稱為音品)作為樂音三大要素,客觀上決定任一聲音的物理參量是聲壓、時程和頻譜。對樂音而言,聲壓決定它的強度或響度感覺,頻譜決定它的音色。音高在聲學上稱為音調,由頻譜中的基音頻率決定。若基音消失,音調的感覺不變,由諧音系列的結構決定。
               
    樂音一般不是穩(wěn)定持續(xù)的周期信號,其時程可分為增長、穩(wěn)定、衰減三個段落。不同類型的樂音,三個段落的時間不同。例如彈弦音和撥弦音的增長段比拉弦音的短促得多,并且?guī)缀鯖]有穩(wěn)定段。在增長和衰減段,樂音的頻譜與穩(wěn)定段可以有顯著的不同。因此,樂音的音色與時程的關系很大。對樂器的每個部件,都可以分析上述參量,以總結出音質優(yōu)美的樂器的聲學條件。
    例如,世界公認的意大利斯特拉迪瓦里小提琴,其物理參量有哪些特色,現(xiàn)在已有了深入的研究。又如研究共鳴良好的歌聲,發(fā)現(xiàn)其頻譜中2.5~3kHz附近有一特殊的共振峰等。此外,各部件之間的耦合對于達到聲學條件也很重要。充分了解各部件的振動原理和它們之間的耦合,樂器的制作和研究才有科學根據(jù)。
    除上述參量外,單件樂器和管弦樂隊的聲壓動態(tài)范圍、頻率范圍和長期平均頻譜是指導錄聲(即錄音)、調音、重放,使之達到聽感的基本參量,也屬音樂聲學的范疇。
    對樂音和樂律的研究主要是音調與頻率的關系,音程和音階的頻率劃分,音程的協(xié)和性等。中國早在周代即已廣泛通行了琴、瑟一類樂器。在摸索音調與弦長的關系之時逐步創(chuàng)造出一種“鐘律”,其中包括的“三分損益法”。這種生律法在春秋時期已經(jīng)用來調鐘。這個樂律是世界上最早的自然律。這是中國古人對音樂聲學的重大貢獻,比傳說的畢達哥拉斯(公元前500年)生律法早得多。
               
    曾侯乙墓出土的戰(zhàn)國初年編鐘,證明中國非但最早在律制上有科學的發(fā)明,而且最早確定了調音的基準頻率,掌握了樂器的調音技術。甚至更早在商周時代即已創(chuàng)造出一鐘二音(一個鐘能發(fā)出兩個基音),這是音樂的奇跡。
    除律制外,中國古代對泛音系列的發(fā)現(xiàn)和在樂器演奏時的應用,管樂器音調的管口校正法,簧、管耦合的原理和控制技術等方面都有重要貢獻。
    任何聲音在產(chǎn)生出來之后,接著是傳輸(包括錄制和重放)和接收的問題。樂音的傳輸是電聲學和廳堂聲學的內容。樂音的接收,須計及人的心理感受亦即主觀評價,這是心理聲學的一部分。它們雖不屬于音樂聲學范圍,但卻與音樂聲學緊密相聯(lián),至關重要。錄制或重放設備或技術的缺陷,往往會破壞優(yōu)美動聽的音樂節(jié)目的色彩;一件原來不夠完善的樂器,其聲音效果也可通過調音在一定程度上來補救。
    欣賞音樂時,環(huán)境的聲學條件也可能造成樂音的失真。至于人對樂音的心理感受,則除了響度與聲壓級的關系、音調與頻率的關系、掩蔽效應、聲像定位效應等人類的共性之外,還與人的愛好及音樂素養(yǎng)有關。討論研究音樂聲學須涉及這些相關的學科。