谈音色的物理构成

关春玲

摘要：本文从音色的物理构成入手，指出泛音数目的多少和振幅的大小决定了音色的变化；诸多外部因素是导致泛音列，即音色发生变化的主要因素。在音乐表现中，声乐与器乐都有着各自丰富的音色表现特点。

关键词：音乐；音色；物理；构成

不论是听觉还是与其相通的视觉或是味觉，都是由个人的心理感受而发，想象而生，难免带有一定的主观性，不宜作理性、定量的分析。而完整的音色感是由客观量（音的频谱）与主观量（人的通感）结合而成的。众所周知，我们平时所听到的音色绝大对数是复合音，当物体复合振动时：发音体不仅全段在振动，而且它的各部分（如二分之一处、三分之一处、四分之一处……）也分别在同时振动。发音体全段振动产生的音叫基音；而由分段振动所产生的音则叫做泛音。也就是说，一个复合音是由基音和若干个泛音迭加而成，这些声波的振幅依频率次序排列的图形叫做频谱。对乐音而言，频谱决定它的音色。如果对两个不同音色的乐音进行剖析、对比，就会发现它们最主要的差别就在于基音上方泛音数目的多少以及各泛音振幅大小的不同，也就是物理振动分量的不同。可见，乐音的音色取决于各泛音的分布与强度。

首先是振动方式的影响，例如小号是空气柱振动、笙是空气带动簧片振动、钢琴是弦振动、定音鼓是膜振动、木琴是板振动……不同的振动方式，造成在本质上不同的音色类型，对音色起着决定性作用。

其次是共鸣体的结构、形状以及材料的影响，比如同是胡琴类乐器的二胡、板胡、京胡、高胡、坠胡，虽同出一源，但却个性鲜明、银色迥异。主要就是由他们的共鸣体所用的材料的形质上的差异造成的；二胡的琴筒是木质的蒙以蟒皮，板胡是椰壳蒙以木板，京胡则是竹质的……再如提琴家族的四大员：小提琴、中提琴、大提琴、低音提琴。其制作的材料是相同一致的，其音色的差别则主要在于它们“块头”的大小，也就是其共鸣箱体积大小造成了其或纤细、明亮，或浑厚、低沉的差异。钢琴型号的差别，如118cm、120cm、130cm乃至“大三角”也多是反映在共鸣箱体积的大小变化上。

再次是发音方法对音色产生的影响，比如钢琴、琵琶和提琴都是弦振动的乐器，但在音色上也是有着极大的区别。因为钢琴是以音锤击弦发音，琵琶是用手指或指套拨弦发音，而提琴则是用马尾弓擦弦发音。在同一乐器中，也可通过发音方法乃至演奏技法的改变如擦弦乐器的拨弦奏法，运弓中的连弓、分弓、顿弓、跳弓、飞弓以及运指中的多种揉弦方法使乐器的音色千变万化。约翰·施特劳斯的《拨弦波尔卡》就是一部通篇以弦乐拨弦技法来演奏的乐曲，音色跳跃、俏皮，饶有情趣。

同一件乐器还可以通过改变任何一项与发音相关的因素来使其音色发生变化。如二胡，在20世纪50年代前都是用丝弦，此后普遍改用了金属弦，而后者明亮的音色则更为适应时代艺术的发展。此外，人为改变物体振动状态的方法也可以使乐器的常规音色发生变化，如弱音器的使用原理，即是在乐器的主要振动部位设置障碍物，来阻碍其正常振动，抑制基音的振幅而使音量减弱。但更明显的是对音色的影响，由此使得音色变得朦朦胧胧而略带鼻音的色彩。比如在小提琴曲《吉普赛之歌》的中段，即是通过加上弱者器而使小提琴的音色变得暗淡柔和，表现了吉普赛人对民族命运以及自己人生的不幸的哀诉，体现了他们内心深处忧伤、抒情的一面。

而在人声的领域，人的嗓音也会因各种主、客观因素而发生变化，人体生理素质发生变化，如变声期或感冒、鼻塞等病变也会引起人嗓音音色的改变。而在以人声为职业的一些特殊行业，如配音演员、口技演员、戏曲曲艺演员和播音员中，通常还会通过各种各样人为的方法去改变其原先嗓音的常规音色，而服从于艺术表现力与亲切感。如著名配音演员李扬用其独特的音色塑造了唐老鸭和孙悟空这两个分属于童话和神话世界中的虚拟人物，让我们可以从其富有个性的声音中感受到这两个人物丰满的性格，栩栩如生、鲜活灵动。

另外，令音色起变化的因素还有空气的温度、湿度、声场结构等。几乎多有含木质材料的乐器都会对空气的温度、湿度尤为敏感，在每年“梅雨季节”，木材都会因受潮而使乐器发音变得郁闷、黯淡，而在冬季以及干燥地区，乐器的音色则又易干涩、发炸。这就对每一位乐器的演奏者提出了要学会适时调整自己乐器音色的要求，以适应外界条件的变化。通常，一座一流的音乐演奏厅对于室内空气的温度、湿度以及回声、混响等相关条件的要求是非常高的，唯此才能保证乐器演奏时尽可能发出最佳的音色。

对于音色的物理构成，近年的研究还发现在乐音中除了协和的分音以外，尚存有一些不可小看的不谐和分音，如果将它们去掉，我们听到的将不再是原来的音色。一般来说，一个乐音的振动发声，通常都要经过始振、稳态和衰减三个过程，各种不同的乐器，由于振动方式和发音方法的差异，发声过程的这三个阶段的时间与分量亦会不同。

一般的低音乐器由于振动体积较大，全体振动、发音较慢，所以始振、衰减过程都较长。而类似于风琴这样的簧振动乐器一起振立即就能达到较大的振幅，已停止就没有余音，所以始振与衰减过程都很短，稳态过程则较长。而类似琵琶、柳琴这样的乐器中则几乎没有稳态过程，衰减过程较长。而这些不谐和成分则源于发音最初的起振过程中，如弓子或指甲刚接触到琴弦时、吹管乐器的呼气声发出的嗓音，“它与乐音的谐和分音共同作用形成了一个完整的乐音音色，并成为其不可分割的重要组成部分。”这种不谐和的音因其瞬间即逝而又被称作“瞬间嗓音”。它使音色产生一种粗糙感，使音色变得真切而有活力。“它是音乐演奏能够吸引人的一个重要因素，是真实乐器演奏所特有的音色品质，具有极高的美学价值。”

现代先进的电子技术虽可发出各种类型的乐器声，但它无法产生乐音中的这种嗓音成分，无法模仿乐器演奏时“起振过程”中充满人性化并且千变万化的发力状况（譬如弓与弦的初始摩擦声、管乐尺八吹走时若有若无的气声等）。电子乐器发出的音色，由于是以点振荡的方式发声，致使发声仅有稳态过程而没有始振和和衰减过程，所以听起来音色过于干净、透明而缺乏真实感，时间稍长，就会令人产生听觉麻木和疲劳感。而真正乐器的演奏由于包含了少许的噪音成分，使得声音不纯而充满真实的“人情味”，这也是真实乐器演奏的魅力所在，体现了“艺术始终以人为本”的宗旨，也是音乐演奏与音乐模拟技术的主要区别之一。所以，从这个角度来说，再先进的的电子乐器也永远无法替代真正的乐器演奏。这也是电子音乐最早发端的美国，虽技术足够先进，但在其电影大片中的配乐却还是更多的采用真人演奏的原声制作的原因所在。