中国弹弦乐器柳琴的声功率级测试

赵越喆，吴硕贤，邱坚珍，黄 虹，吴丽玲

中国弹弦乐器柳琴的声功率级测试

赵越喆1，吴硕贤1，邱坚珍1，黄 虹2，吴丽玲2

(1. 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广州 510640；2. 星海音乐学院音乐系，广州 510500)

柳琴是民乐队中重要的弹奏乐器之一．介绍了在混响室内对4弦29品柳琴声功率级的测量研究工作．两位资深乐师用各自的柳琴在混响室中分别以pp、mp、f和ff 4种力度演奏3个代表性的单音g、d2与g3以及音阶和乐曲．采用4个通道同步测试技术，测量柳琴分别演奏上述内容时混响室内4个传声器位置处的1/3倍频带声压级，通过平均和计算，获得柳琴在不同演奏力度下演奏不同内容时的典型平均声功率级和动态范围．考虑到与人主观听音感受的关系，建议采用柳琴在f力度下演奏音阶时的平均声功率级作为其声功率级的代表数值．

声功率级；柳琴；声学测试；弹弦乐器

自20世纪60年代以来，对西洋乐器声功率已进行过较系统的测定．后来，由Meyer[1]对这些测试结果进行整理，归纳出确定西洋乐器强音标志力度下声功率级的计算表达式．乐器声功率的数据可为音乐厅的响度评价提供基础科学数据，并为建筑物隔声设计提供依据，对于录音和广播事业也具有重要的参考作用．但对于至少有8 000年历史的中国民族乐器，其声功率数据一直未进行过系统的测试．自2004年起，笔者在国家自然科学基金的资助下，陆续对代表性的中国民族乐器的声功率级进行了系统科学的测试[2-4]．

柳琴原是苏皖鲁等地方戏曲的伴奏乐器，外形及构造均与琵琶类似，音色明亮、清脆．经多次改革，发展成为现在的4弦29品柳琴．4根弦依次定音为g、d1、g1和d2．柳琴可独奏，也是民族乐队中重要的高音弹拨乐器，有“民乐队中的珍珠”和“民乐队中的抒情女高音”之美誉[5]．

与稳态声源的声功率级不同，乐器的声功率级有一动态范围，其值不仅与乐器有关，而且依赖于演奏者的演奏技巧及其对演奏内容和力度的理解，其测试方法及代表性声功率级数值的确定均值得深入研究．笔者探讨了柳琴声功率级的测试方法，测试了柳琴在4种力度下分别演奏单音、音阶和乐曲时所辐射的声功率级，并与厅堂的主观听音感受相联系，对乐器声功率级的代表性数值的确定给出建议．

1 测试方法

柳琴声功率级的测试参照《声学 噪声源声功率级的测定 混响室精密法和工程法》(GB 6881—86)进行．但该标准适用于稳态噪声源．考虑到乐器间的差异以及演奏者不同所造成的乐器声功率的差异，测试中分别由二位资深的民乐演奏者使用各自的柳琴进行演奏．两位演奏者均为女性，分别有20年和19年的演奏经验．两把柳琴的使用时间分别为2年和7.5年．乐器测试前其音高均经过调音器校准．

测试在华南理工大学混响室进行．该混响室体积为200 m3．在两相邻侧墙上布置有圆柱形扩散体，混响室顶部也不规则地悬挂扩散体．混响室背景噪声符合NR15噪声评价曲线．混响室为水磨石地面，墙面均为砖墙抹灰后贴瓷砖，各频带的混响时间大于混响室体积与总表面积之比，符合GB 6881—86测试室吸声标准．测试时4个传声器位于以演奏者为中心的半径为2 m的圆周上(见图1)，距地面1.5 m．演奏者位于混响室中央，演奏时面向两相邻传声器连线的中点．4个通道进行同步测量，并由此计算出平均声功率级．测试所用的仪器设备为：Nor 118配N1225传声器；B&K2260配B&K4189传声器；双通道B&K PULSE 3560C配B&K4189传声器．测试仪器符合GB 6881—86和ISO3741要求．原则上对于含有离散频率成分的声源声功率的测量，推荐改变声源位置，但根据Meyer和Angster[6]对小提琴声功率级的测试结果，声源位置的改变对测量结果影响很小，所以在柳琴声功率的测试中，声源的位置没有改变．

图1 演奏者及传声器在混响室内的位置平面示意(单位：mm)Fig.1 Position of player and microphones in the reverberation chamber(unit：mm)

柳琴音域达4个8度(g～g4)，常用音域为g～c4，其音区的划分如图2所示．测试时，演奏者先演奏一段民乐“茉莉花”，时间为20,s(从过门开始)，然后演奏5声音阶(g a c1d1e1g1a1c2d2e2g2a2c3d3e3g3)，测试时间为8,s，音阶演奏一遍后，若时间未到，可重复演奏．采用大约2～3个音/s的速度来演奏，测试时间内包括一个完整的音阶过程．之后在该乐器的音域里选取几个代表性的单音演奏，它们是代表低音区的g、中音区的d2及高音区的g3；每个单音演奏时间为4,s．测试时，乐器必须持续演奏．无论是乐曲、音阶或单音，均要求按照4种力度pp、mp、f和ff分别演奏．

图2 柳琴的音区Fig.2 Register of Liuqin

由于混响室与通常的演奏环境不同，因此要求演奏者先在混响室内练习演奏内容，直至适应环境之后，再进行正式测试．对每一把柳琴的每一项测试内容，4个通道同时测试中心频率为100～10,000,Hz的1/3倍频带声压级谱，并计算其平均值．由式(1)计算1/3倍频带声功率级，进而计算总声功率级；然后将两把柳琴的测试结果进行平均，获得柳琴的平均声功率级及其动态范围．

式中：WnL为测试乐器第n个1/3倍频带的声功率级，dB，n=1～21；T为混响室的混响时间，s；01T= s；V为混响室的容积，m3；01V=m3；S为混响室的总表面积，m2；λ为1/3倍频带中心频率的波长，m；0p为大气压，kPa；pL为平均1/3倍频带声压级，dB；piL为各个测点的1/3倍频带声压级，dB；N为测点数，本测试中4N=．获得各个1/3倍频带的声功率级后，总声功率级即为在100～10,000,Hz范围内，共有21个1/3倍频带．

2 测试结果及分析讨论

2.1总声功率级及其动态范围

表1给出了两把柳琴(A和B)演奏单音、音阶及乐曲时的总声功率级．可以看出，柳琴辐射声功率级的最小值出现在柳琴A以pp力度演奏g音时，为55,dB．柳琴辐射声功率级的最大值出现在乐器B以ff力度演奏g3音时，为92.5,dB．柳琴B在pp力度下，无论演奏单音、音阶还是乐曲，其所辐射的声功率级均高于柳琴A，最大差值Δ出现在以pp力度演奏乐曲时，达10.9,dB．这说明柳琴A可辐射出更低的声能．在mp、f和ff力度下演奏g、d2、音阶和乐曲时，两把柳琴所辐射的声功率级差值均小于以pp力度演奏相应内容时的声功率级差值．对于同一乐器，在相同的演奏力度下，演奏音阶和乐曲时所辐射的声功率级最为接近．如柳琴A，在以pp、mp、f和ff演奏音阶和乐曲时所辐射的声功率级分别为67.1,dB和63.1,dB、77.3,dB和77.5,dB、81.3,dB和81.3,dB以及83.8,dB和85.3,dB．对于柳琴B，也有类似的情况，分别为77.7,dB和74.0,dB、79.9,dB和80.0,dB、83.7,dB和82.9,dB以及85.8,dB和84.8,dB．两把柳琴在演奏音阶时所辐射的声功率级的最大差值出现在pp力度下，为10.6,dB．在演奏乐曲时，两把乐器所辐射的声功率级的最大差别也出现在pp力度下，为10.9 dB．,在mp、f和ff力度下演奏音阶及乐曲时，两把乐器所辐射的声功率级之间的差别小于2.6,dB．

表1 柳琴演奏单音、音阶及乐曲时的声功率级及其动态范围Tab.1 SWLs of Liuqin and their dynamic ranges when single notes，music scale and a folk song are performed dB

两把柳琴在演奏单音、音阶和乐曲时的平均声功率级列于表2．从表中可以看出，柳琴在演奏不同单音时，所辐射的声功率级差别较大．而柳琴在演奏音阶时的平均声功率级与演奏乐曲时的平均声功率级相近，在pp、mp、f和ff力度下，差值分别为3.8,dB、0.1,dB、0.4,dB和0.3,dB．

表2 柳琴A和B演奏单音、音阶及乐曲时的平均声功率级Tab.2 Mean SWLs of Liuqin A and B when single notes，music scale and a folk song are performed dB

两把柳琴在演奏单音、音阶和乐曲时的声功率级动态范围及其平均值如表3所示．除了在演奏高音区的g3时，柳琴B的动态范围比柳琴A高1.3 dB外，在演奏g和d2以及音阶和乐曲时，柳琴A的动态范围均高于柳琴B．在演奏低音区的g时，两把柳琴的动态范围差别最大，为11.4,dB．对于同一乐器，在演奏音阶时，其动态范围与演奏乐曲时最为接近．如柳琴A，在演奏音阶和乐曲时的动态范围分别为16.7,dB和22.2,dB；对于柳琴B，该数值分别为8.1,dB和10.8,dB．两架柳琴在演奏音阶和乐曲时的平均声功率级动态范围为12.4,dB和16.5,dB，相差4.1,dB．从表1和表3可知，虽然柳琴B在高音区(g3)的动态范围仅比柳琴A高1.3,dB，但在高音区柳琴B的声功率级高于相同力度下柳琴A的声功率级，这使得柳琴B的音色更清脆．从表3中还可以看出，柳琴A从低音区到高音区，其声功率级的动态范围逐渐减小；而柳琴B则相反，其动态范围逐渐增大．

表3 柳琴A和B演奏单音、音阶及乐曲时的声功率级动态范围Tab.3 SWLs dynamic ranges of Liuqin A and B when single notes，music scale and a folk song are performed dB

2.21/3倍频带声功率级

柳琴A和B在演奏音阶时的1/3倍频带声功率级如图3所示，图中纵坐标WL为声功率级，横坐标f为1/3倍频程中心频率．从图中可以看出，在以pp力度演奏音阶时，柳琴A的声功率级可以达到更低的数值．由表1可知，柳琴A在分别以pp、mp力度演奏音阶时，辐射的声功率级差别为10.2,dB；而在以mp和f、f和ff力度演奏音阶时所辐射的声功率级差为4.0,dB和2.5,dB．对于柳琴B，其以4种力度演奏音阶时所辐射的声功率级差分别为2.2,dB、3.8,dB和2.1,dB，均小于柳琴A．这在图3中表现为柳琴B在不同演奏力度下声功率谱之间的动态范围更小．柳琴B演奏音阶时所辐射的声功率级在1,600,Hz有最大值．此外，在630,Hz和1,000,Hz分别有2个不同的峰值．对于柳琴A，除pp力度外，其在1,000,Hz和1,600,Hz的峰值声功率级几乎相同，另一峰值出现在500,Hz．柳琴所演奏的音阶(g～g3)的频率范围为196～1,568,Hz．但从图3可以看出，在1,600,Hz以上仍有较高的声能量．除了柳琴A以pp力度演奏音阶外，在直到10,000,Hz的频率范围内，柳琴所辐射的声功率级均高于200,Hz时的声功率级．这说明柳琴的各次泛音具有较高的声能量．

图3 柳琴A和B演奏音阶时的1/3倍频带声功率级Fig.3 SWLs of each 1/3 octave band of Liuqin A and B when music scale is performed

图4 给出了柳琴A和B在pp、mp、f和ff力度下演奏音阶时的1/3倍频带声功率级差．从图中可以看出，两把柳琴在以pp力度演奏音阶时的声功率级差别最大．两把柳琴演奏音阶时的声功率级差异在各测试频率上有所不同．在250,Hz以下，柳琴A的声功率级高于柳琴B；在1,000,Hz以上，除ff力度外，柳琴B的声功率级均高于柳琴A．柳琴辐射声音的共性特征和个性差别，使得每把柳琴具有独特的音色特征，这进一步说明进行乐器声功率级测试需要选择不同乐师演奏不同乐器并对其结果进行平均．

图4 两把柳琴在pp、mp、f和ff力度下演奏音阶时的1/3倍频带声功率级差别Fig.4 Difference of SWLs between two Liuqins under pp，mp，f and ff dynamic levels when music scale is performed

两把柳琴演奏音阶时在pp和ff力度下的1/3倍频带声功率级的平均值如图5所示．从中可以得出柳琴演奏的平均动态范围．在250,Hz以下时，柳琴声功率级的动态范围小于10,dB．在315～1,000,Hz的频率范围内，动态范围为10～11,dB；之后，从1.25～10,kHz，随着频率的升高，动态范围从14,dB逐渐增大到29,dB．

两把柳琴演奏单音g、d2和g3时的1/3倍频带平均声功率级如图6所示．从图中可以看出，各个单音的声功率谱的形状区别较大．以g音为例(图6(a))，其基音频率为196,Hz，但在200,Hz的频带上仅有一较低的峰值，即使在ff力度下，该峰值声功率级也小于50,dB．但在其高次泛音所在的400,Hz、630,Hz、1,000,Hz、1,250,Hz频带内均有较高的峰值，以f力度为例，其在400～3,150,Hz的频率范围内，声功率级均高于60,dB．d2音的频率为587,Hz，故在630,Hz的频带内有较高的峰值声功率级(图6(b))，以f力度为例，该峰值声功率级达到70,dB．在1,250～3,150,Hz的频率范围内，其高次泛音的声功率级高于70,dB．对于g3音(图6(c))，其频率为1,568,Hz，最大声功率级出现在1,600,Hz的频带内，在其2次泛音所在的3,150,Hz的频带内也有一明显的峰值声功率级，但该峰值低于基音的峰值．从图6中还可看出，随着演奏力度的不同，各个音的最大声功率级出现的频率也有些不同．以d2音为例(图6(b))，以pp力度演奏时，最大声功率级出现在630,Hz的频带内；以mp力度演奏d2音时，在630,Hz和1,600,Hz(d2音的3次泛音所在的频率)的频带内，有相同的峰值声功率级，为67,dB．在f力度下，d2音在其3次和4次泛音所在的1,600,Hz和2,500,Hz频带内，有相同的峰值声功率级，其数值高于630,Hz时的峰值声功率级．以ff力度演奏d2音时，2,500,Hz的最大声功率级(80,dB)比1,600,Hz的峰值声功率级高1,dB，两者均高于630,Hz时的峰值声功率级．

2.3结果讨论

柳琴在演奏不同单音时声功率级的差别较大，而且乐器在演奏不同乐曲时表现出的声功率级和动态范围也将有所不同．鉴于乐器以f力度演奏时，厅堂内的声压级与主观响度、空间感等音质感受的相关性较好[7]，且测试过程中发现，乐师在以f力度演奏时重复性也较好，故建议柳琴的声功率级用其以f力度演奏音阶时的声功率级来标识．本测试中的两把柳琴，以f力度演奏音阶时的平均声功率级为82.5,dB．图7给出了两把柳琴在f力度下演奏音阶时的1/3倍频带平均声功率级．在500～3,150,Hz的频率范围内，柳琴辐射的声功率级高于68,dB．声功率级的最大值出现在1,600,Hz，为76.5,dB．

图7 柳琴演奏音阶时在f力度下的1/3倍频带平均声功率级Fig.7 Mean SWLs of 1/3 octave band of Liuqin under f dynamic level when music scale is performed

为做进一步验证，按照同样的测试方法，两位乐师分别以正常力度演奏《陕北随想曲》和广东音乐《孔雀开屏》的华彩乐段，测得其所辐射的声功率级分别为85.2,dB和82.2,dB．该值与以f力度演奏音阶时的平均声功率级82.5,dB的差别仅为2.7,dB和0.3,dB．因此，可以认为用柳琴以f力度演奏音阶时所辐射的平均声功率级来标识柳琴的声功率级是合适的．

3 结 语

柳琴是重要的民族弹弦乐器之一．本文探讨了柳琴声功率级的测试方法，并给出柳琴分别以4种力度pp、mp、f和ff演奏代表性单音(g，d2，g3)、音阶和乐曲时的声功率级测试结果．柳琴在演奏单音时的平均声功率级差别较大，最小值为59.1,dB，最大值为90.2,dB．笔者建议柳琴的声功率级用其以f力度演奏音阶时的平均声功率级来标识，为82.5,dB．柳琴以f力度演奏音阶时声功率级的最大值出现在1,600,Hz的1/3倍频带内，为76.5,dB．柳琴演奏音阶时的声功率级平均动态范围为12.4,dB．

［1］ Meyer J. Zur dynamik und schalleistung von orchesterinstrumenten[J]. Acustica，1990，71：277-286.

［2］ Wu Shuoxian，Zhao Yuezhe，Qiu Jianzhen，et al. Sound power level measurement of the Erhu(Chinese violin) [J]. Acta Acustica United with Acustica，2008，94(1)：164-167.

［3］ Wu Shuoxian. Investigation into acoustics of Chinese national music halls[J]. Journal of South China University of Technology：Natural Science Edition，2007，35(Suppl)：17-20.

［4］ Zhao Yuezhe，Wu Shuoxian，Qiu Jianzhen，et al. Sound power level measurement of Sheng，a Chinese wind instrument[C]// Proceedings of Acoustics 08 Paris. Paris，2008：2103-2108.

［5］ 何丽丽. 不容忽视的乐器——论柳琴在民族乐队中的结合与作用[J]. 黄钟(中国·武汉音乐学院学报)，2006(2)：134-137.

He Lili. On Liuqin’s function in Chinese traditional band [J]. Huangzhong(Journal of Wuhan Conservatory of Music，China)，2006(2)：134-137(in Chinese).

［6］ Meyer J，Angster J. Zur schalleistungsmessung bei violinen[J]. Acustica，1981，49：192-204.

［7］ Wu Shuoxian，Li Qingmei，Kittinger E. A new criterion for concert hall loudness evaluation[J]. Acustica，2001，87(2)：286-289.

Sound Power Level Measurement for Chinese Plucked Stringed Instrument Liuqin

ZHAO Yue-zhe1，WU Shuo-xian1，QIU Jian-zhen1，HUANG Hong2，WU Li-ling2
(1. State Key Laboratory of Subtropical Building Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；2. Department of Music，Xinghai Conservatory College，Guangzhou 510500，China)

Liuqin is one of the plucked stringed instruments used in Chinese national orchestra. In this study，sound power level(SWL)measurements of Liuqin with 4 strings and 29 frets have been performed in a reverberation chamber，where two qualified musicians performed on their Liuqins respectively. The sound pressure levels of 1/3 octave band were measuredby 4-channel acoustical measurement setup and typical values of the radiated sound power levels of Liuqins were calculated through averaging when 3 representative single notes g，d2and g3，a music scale and a folk song were performed at pp，mp，f and ff dynamic levels respectively. Considering the fact that subjective acoustical sensation correlates well with the forte level in a music hall，the forte sound power level when a musical scale is performed is suggested as the representativevalue of sound power level of the Liuqin.

sound power level；Liuqin；acoustic measurement；plucked stringed instrument

TU112

A

0493-2137(2010)01-0071-06

2008-09-01；

2009-07-17.

国家自然科学基金资助项目(50178030；50578065)；广东省自然科学基金资助项目(07006566)．

喆赵越（1972— ），女，博士，教授．

喆赵越，arzhyzh@scut.edu.cn.