京族独弦琴的音色分析与音源设计—一种基于计算机音乐技术的实验

华 伟 钟 海

内容提要： 京族独弦琴音乐作为重要的非物质文化遗产，既需要保护和传承，又需要创新和发展。将计算机音乐技术用于独弦琴音色采样分析并设计制作采样音源，不仅能保存独弦琴的音色，以利于独弦琴音乐的保护和传承，而且能利用采样音源进行独弦琴音乐创作，最终推动独弦琴音乐的创新发展。作为一项计算机音乐技术，独弦琴的音色分析和音源设计，需要更有效的技术手段，还要加强对独弦琴音乐的认识和理解。

独弦琴音乐作为京族文化的瑰宝，流行于中国广西和越南。广西京族独弦琴音乐多从越南传入，在发展中吸收广西各民族音乐语言，以至被广西乃至其他地区的听众所喜爱。早在20世纪60年代初，独弦琴音乐的传承与保护工作就开始了，但在乐器改良、曲目创作、传承人培养等方面，也存在较多的问题，并面临着较大的挑战。经过几代人的不懈努力，京族独弦琴于2007年被列入广西壮族自治区第一批非物质文化遗产名录，于2011年被列入第三批国家级非物质文化遗产名录。这使得独弦琴音乐得到更为广泛的传承与传播。京族是中国唯一的海洋少数民族，独弦琴音乐作为京族音乐文化遗产，被列入“人类口头和非物质文化遗产”名录，已充分说明独弦琴在“推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展”中具有重要的文化价值。近年来，笔者曾数十次赴京族地区做田野调查，对独弦琴音乐的文化源头、发展历程，尤其是独弦琴音乐在当代的“创造性转化和创新性发展”进行了深入的探索和研究。众所周知，广西的少数民族乐器资源十分丰富且独具特色，如独弦琴、马骨胡、啵咧、铜鼓等少数民族乐器，在中国境内较为少见，甚至为广西独有。因此，如何使这些音色特征显著、地域色彩鲜明、文化底蕴深厚的少数民族乐器与现代科技结合，进而提取既有利于乐器保护传承又有助于创新发展的音源，是音乐科技工作者所面临的课题。本文就是笔者利用现代科技手段对京族独弦琴音色进行采样分析并设计制作其音源的一些体会。

一、 音色库建设、独弦琴改良及音色采样技术

“音色库”亦称“采样音源”。早期人们通过硬件采样器采集不同乐器的音源。由于技术限制，所采集的音源是有限的，尤其硬件采样器的容量受限且无法扩容，故给音源采集工作带来诸多不便。于是，软件采样器产生并逐渐取代了硬件采样器进行音源采集和制作。但早期软件音源并非采样音源，而旨在通过电脑算法模拟真实乐器的声音，如“真正的钢琴”（True Piano）。利用软件的采样音源出现后，音色来自真实乐器的演奏，并拥有演奏法和人性化的力度分层等优点，能很好地完成大部分的音乐制作工作。当下，计算机音乐已全面渗透音乐科技领域，各式各样的“音色库”在音乐制作及各类配乐、各类音效的制作中发挥了重要作用，只需消耗较少的容量和内存就可建构一个高精度的音色库。这就降低了音乐制作门槛，简化了音乐制作流程，也使音乐创作效率大大提高。为此，音色库的快速发展正日益取代实录演奏。当音色库的声音质量和演奏人性化达到了一定要求时，为某个作品进行特定乐器的录制似乎就没有太多必要了。目前，国外软件采样音源领域处于领先地位，并先后开发了多种软件采样器（如GIGA Studio、Kontakt、East West等）。正是利用这些软件采样器，对钢琴及管弦乐队中的乐器都进行了采样，采样音源才得以形成。不仅如此，国外音乐科技工作者还将目光放在对亚洲、非洲、南美洲等地的乐器和人声的采样上。相关的采样音源有“世界民族 音 源 系 列”（Best Service Ethno World）、“亚洲之心”（Heart of Asia）、“库乐队中国传统乐器”（Garage Band）等。中国民族乐器在电声化进程中也取得了令人瞩目的成果。2006年，卞留念及其团队研制出了具有历史意义的电子二胡，成为中国民族乐器电声化的一次成功尝试。在演奏法不变的情况下，琴弦振动产生声音，通过在二胡内部安装的拾音器进行拾取，而后再进行二次扩声。①民族乐器电声化进程中所延伸出来的声学研究，也随着民族乐器电声化的趋势和需求市场的不断增大而展开，并为乐器改良、乐器电声化的稳步前行铺平道路。在“中国专利信息数据库”（CPRSABS）中，电声民族乐器专利申请呈上升趋势，其中的乐器包括电声化改良后的笛子、古筝、中阮、琵琶等。②其中一个重要的改良技术，就是通过在扩声系统中安装拾音器，以提高传统乐器的音量。本文所探讨的京族独弦琴音色分析和音源设计，其中一个重要方面就在于通过电声化解决独弦琴音量偏小的问题，即通过拾音器将琴弦振动的声压通过电磁场转换为电流，进而产生电信号。由此可见，独弦琴音色采样，即独弦琴“音色库”或“采样音源”的建立在于两个方面：一是存留独弦琴音色，并使之永久地保存下来；二是用电声模拟独弦琴音色，实现独弦琴电声化，制作电声的独弦琴音乐。

独弦琴音乐文化最早源于越南。1511年后，越南出现战乱，越南京族人迁入今位于广西防城港市京族三岛（万尾、巫头、山心）居住。于是，独弦琴音乐也随之迁入中国广西。此后在相当长的一段时期内，独弦琴音乐只在京族三岛流行。造成这种现象的原因之一，就在于京族人世世代代使用口头传授的音乐传承方式。故早期独弦琴音乐只保留在老一辈京族独弦琴艺人手中，没有录音和传谱。20世纪60年代以后，独弦琴音乐进入新的发展阶段，并涌现出一批优秀的独弦琴艺术家和学者。他们对独弦琴的形制、音律以及独弦琴音乐创作、教育和传承等方面进行了深入研究，并取得丰硕成果。在独弦琴改良方面，专家学者们积极应对独弦琴音量小的难题，提出改良计划和方案，作出多种尝试。众所周知，独弦琴形制多样，有圆筒状和长方盒状；不同时期运用不同的制作材料，通常为木料或竹料。为了增大其音量，曾使用了类似留声机的唱针、电话机或耳机等改良方法。这些尝试使独弦琴音量得以一定程度增大，并在音乐舞台上展现出了其音色魅力和音乐魅力。这些增大音量的方法及其尝试，给独弦琴改良指明了方向—独弦琴电声化。1993年，独弦琴演奏家何绍先生研究改良出了“京族多功能独弦匏琴”，昭示出独弦琴电声化道路的可行性和必要性。这种“多功能独弦匏琴”就是通过内置拾音器收集演奏的声音，再由外置的功率放大器和扬声器进行放大。这不仅改善了独弦琴的表演效果，还能将演奏实况录制下来，使重放成为可能。2005年，广西艺术学院陈坤鹏教授经过不断的演奏实践和改进实验，推出“琴身与电声放大输出部分一体化的独弦琴”，为此获得了国家知识产权局颁发的实用新型专利证书，使独弦琴改良又迈出了里程碑式的一步。正是通过改良，独弦琴不但走出京族三岛、走向全国，还走向国际。前人的这些探索为数字技术背景下独弦琴音色采样及电声化提供了思路。

然而，今天数字技术背景下的独弦琴电声化及音色采样毕竟是对独弦琴的一次革命性改良。本文所论及的独弦琴电声化音色分析与音源设计，使用了多种硬件设备和软件程序，旨在运用数字技术对独弦琴进行音色特征分析和采样音源设计，并通过频谱分析获取音频采样的特性。独弦琴电声化音色分析与音源设计所涉及的分析工具包括以下几大类： （1） 数字音频工作站。作为软件程序与外部硬件设备连接构成的完整系统，数字音频工作站的功能就在于将音乐创意和构思变为现实。数字音频工作站具有多轨录音、编辑、混音、多轨MIDI功能，适合制作音乐、电影电视节目的声轨，并支持各种音频效果插件和虚拟乐器。数字音频工作站的专业平台有Pro Tools、Apple Logic Pro、Steinberg Cubase、Cakewalk Sonar等。（2） 音频编辑处理软件。其功能是对音频文件进行处理，拥有更多的音频处理技术，集成了诸多音频处理插件，并存储配备了更多预置。除了能够对音频进行波形显示、剪辑拆分、加速减速、升调降调、多声道处理，还能对音频进行实时的频谱分析、相位分析等。最常见的处理软件是声音波形记录工具（Waveform Tools），其横轴代表时间，纵轴代表声功率级，正中心的轴心为无声；声功率向上下两边逐渐递增，表示响度逐渐增加，直观展示出声音的视觉形态。主流音频处理软件还有Adobe Audition、Sony Sound Forge等。（3） 音频分析工具。其功能主要在于对采样样本进行声学分析（电平分析、频谱分析、噪声分析等）。在本研究的实验中，音频分析工具将用于展现采样样本的各项声学特征，以供观察和参考，并在直观展示中得出结果。音频分析工具种类较多，常用的软件有NuGen Audio Visualizer、Sonic Visualiser等，软件内提供电平表（Level Meter）、快速傅里叶变换分析器（FFT Analyzer）、频谱分析器（Spectrum Analyzer）、实时动态频谱分析器（Spectrogram）等。（4） 采样器。采样器分硬件采样器和软件采样器，主要用于将采样样本进行收集、整合，将样本的音频片段转换为计算机可识别的数字编码，实现音频切片、变调、变速等控制操作。硬件采样器由于其庞大的体积和昂贵的造价，已逐渐淡出人们的视野，取而代之的是软件采样器。常见的软件采样器有Kontakt、GIGA Studio、VSampler等。在本研究中，因考虑到搭建平台的开放性、采样样本编辑界面的简洁性，最后选择Kontakt软件采样器作为独弦琴采样音源的平台。正是利用这些数字时代的软硬件，对独弦琴音色进行了采样，设计制作了其采样音源，不仅为独弦琴音色存留了样本，还为独弦琴的电声化奠定了基础。

中国各少数民族共有约500种民族乐器。③即便有空音公司（Kong Audio）为中国传统乐器设计采样音源，但目前只涉及几十种常用民族乐器。对少数民族乐器的采样音源，仍有很大的空间。中国少数民族乐器品类繁多、音色独特。如果能将少数民族乐器制作成采样音源，就不仅能存留这些乐器的音色，进而有助于少数民族器乐的保护和传承，而且还能使更多的人领略少数民族乐器独特的声音魅力，推动少数民族音乐的创新发展。总之，少数民族乐器音色采样、音源制作，有助于推动少数民族音乐的“创造性转化和创新性发展”。本项目对京族独弦琴进行音色采样和音源制作，即整个少数民族乐器音色采样、音源制作的一个部分或一个实验。特别值得一提的是，《中国民族民间器乐曲集成》和《中国少数民族乐器志》的面世，曾促使许多专家学者纷纷投入少数民族乐器资料的收集和整理工作，但其中关于少数民族乐器音色的保存仍存在问题。很显然，较之于以录制演奏片段作为音频资料保存的方式，当今数字技术条件下的乐器音色采样和音源制作要先进得多。收集采样样本、建立音色库，一方面能较科学地保存乐器的音色样本，另一方面则能实现乐器音色的再利用、再开发，最终有利于传统音乐的创新发展。这也正是本研究实验的意义所在。

二、 独弦琴音色采样与分析

在正式开始独弦琴音色采样前，应制定一套可实行的采集方案和相关标准。除了解采录环境和设备标准外，还要考虑不同因素对采集工作的影响，从而合理控制其变量。在设计方案时，应先行考察独弦琴的属性，通过简单测试并参考相关解决方法，就拾音器摆位、采样长度、力度分层、律制、摇杆技法等方面给出最佳方案，以期达到采录的预期效果。

（一） 录音采样条件

录制地点：广西艺术学院录音艺术系实验室

室内温度：18℃～21℃

相对湿度：45%～50%

环境噪声：NR15～20

数字音频工作站：Pro Tools HD10

解码器：Lynx Aurora 16 ADDA

话放：MACKIE ONYX 800R

拾音器：专业电容传声器

采样规格：WAV格式，采样率为44 100 Hz，量化精度为24 Bit

采样乐器：标准“琴身与电声放大输出部分一体化的独弦琴”

演奏人员：广西艺术学院音乐学院民乐系毕业生

拨弦材料：金属甲片

标准音：小字一组a=440 Hz

定弦音：目前普遍以小字组的c为其定弦的标准音高④

音域：小字组g—小字三组e（见图1）

图1 独弦琴以小字组c为定弦标准音高的音域

（二） 录音采样方案

正式采录开始前，应仔细观察独弦琴的构造，找到琴身上的电声放大器音箱孔，演奏者位于琴身底部偏右位置。变换位置，对声音进行简单的主观审听，参考音频测量的采样标准，决定将传声器摆置于独弦琴底部，拾音轴线指向音箱孔，振膜与独弦琴音箱孔距离15厘米～20厘米。笔者曾研究了“世界民族音源系列”的弦乐器音色库和“亚洲之心”的弦乐器音色库，发现这类音色库基本都采录了完整的单个采样样本，即起振后自然衰减至无声为一个完整的样本。在对弹拨类乐器采样样本的详细观测后，发现其单音的振动通常在10秒～20秒之间。由于独弦琴音色库同样以Kontakt软件采样器为平台制作，故单个采样的长度也采取声音起振后自然衰减至无声为一个采样样本的做法。

琴身电声放大器自有的本底噪声对力度分层的设定有至关重要的影响，故先行对本底噪声的电平进行测量。先行采录测试时，拾音器与放大器音孔距离15厘米，琴身电声放大器调至ON档，音量（Volume）调至10个刻度，录制一个正常弹奏的音，力度约为mf。从起振时FFT频谱图（见图2）可看出，有效音电平峰值约为-30 dB，本底噪声电平峰值约为-70 dB。如将频谱图底部的-100 dB划分为无声，-30 dB划为动态的上限，即100%，则-70 dB的底噪信号占42.8%，几乎占据一半。接着经过一段时间的自然衰减，样本的有效音于第10秒完全停止振动，将波形图和FFT频谱图结合（见图3）可观察到，有效音的电平峰值于9.554秒（占整个时长的90%以上）下降到与本底噪声电平峰值持平的状态，达到采样样本时值的最低要求。尔后对独弦琴的动态范围进行测试，对ff、p等力度也进行主观审听和FFT频谱图分析，基于以下原因确定力度分层： （1） 力度小于mf时，起振后声音自然衰减更快。本底噪声始终存在，自然衰减阶段的声音细节由于掩蔽效应⑤被本底噪声吞没，有效声将不可闻，采录也将失去意义；（2） 力度分层对演奏者演奏精度要求很高，宽松的力度分层可以减轻演奏者的压力，使演奏者在宽松的力度分层中将精力放在把握采样样本的精确度和音乐性上；（3） 通过对独弦琴mf力度样本的FFT频谱分析，其自然衰减至被噪声掩盖的时间长度是优良的，应在mf力度之上选择其余的力度分层。鉴于以上几点，将力度分层定为两层较为合理。音色分层的标准以起振峰值电平-30 dB作为参考点，强度应大于等于参考点。

图2 mf力度起振时FFT频谱图

图3 mf力度波形图和第9.554秒FFT频谱图

（三） 律制

关于独弦琴的律制，《独弦琴教程》指出：“由于独弦琴的演奏主要是采用这种‘泛音’的方式进行，因此其律制也主要是纯律。”⑥然而，本研究的一个重点是制作独弦琴采样音源，如果要达到采样音源的要求，需要从律制方面作出调整。目前国内外的采样音源普遍采用十二平均律律制，因为采用十二平均律有如下便利： （1） 避免与其他公司开发的民族乐器音源进行合奏时律制不一致；（2） 简化采样样本的数量和采录难度，减少采样样本在音色库的使用中对计算机处理能力的过度消耗；（3） 相比纯律，十二平均律的音乐更能被大众所接受。故本研究实验中，在十二平均律的前提下以小字组c为定弦标准音高完成独弦琴音色样本的采录。

（四） 特殊技法的采样

独弦琴音色上的独特韵味和引人入胜的音乐意境与左手摇杆技法密切相关，作为纯律乐器的独弦琴需要不断地使用摇杆演奏出相应的音高。在独弦琴以小字组c为定弦音的音域内，又分为自然分音和摇杆分音。自然分音是独弦琴在实际演奏中通过摇杆调整音高而得，故独弦琴的演奏方法是弹奏切弦点的音，然后使用摇杆演奏摇杆分音。在采录中计划将所有单音采样样本逐个录制，在这些单音采样样本中会出现自然分音和摇杆分音。在录制摇杆分音时，演奏者应当用手推拉摇杆改变弦的张力，确定音高后，才开始录制单音样本。事实上，用摇杆确定音高的时间正是采录滑音技法的最佳时间。计划将摇杆调整音高的采样样本单独编组，设计组别切换按键，使音色库在实际使用中可在单音和滑音技法之间切换。再结合MIDI技术，调用对应的单音采样样本，利用滑音变调模拟技术，实现多种摇杆演奏效果，丰富音色库配备的演奏技法。独弦琴还能运用摇杆技法实现多种颤音，如颤摇、弹摇等。颤音演奏法在独弦琴采样音源中有两种实现方式：其一是对摇杆技法进行采录，将采样样本汇入编组后使用特殊键位切换颤音演奏技法；其二是通过MIDI技术调用单音采样实现颤音演奏的效果。第一种方式需要对独弦琴进行单音、摇杆弯音外的颤音采样，因为技法较多，采样样本数量较大。第二种方式则不需要单独对颤音进行采样，但可能会出现颤音的音响效果不理想等问题。本研究实验中最终选定第二种方式，原因在于它能重复使用采样样本，拥有更强的灵活性。样本数量的减少、设备的要求降低等，都是方案二的优势，使用MIDI技术中的音色包络控制，也能在一定程度上增强音色的音响效果。笔者综合考虑，认为颤音技法的种类之多，必然会使采样样本成倍增加，故在MIDI技术的支持下，使用单音采样样本为基础，模拟颤音演奏技法的方式。这虽然不能与真实的技法演奏媲美，但也能基本满足独弦琴音源设计及应用的要求。

（五） 音频采样数据

按照采录方案对采样样本进行录制，以获得小字组g至小字三组e共34个单音的采样样本；每个单音有两个力度分层，每个力度分层至少采录两次，故单音样本总数达到136个。这136个采样样本起振峰值电平应不低于-30 dB，并符合从起振至自然衰减至无声为一个完整的单音采样样本。摇杆演奏技法的实现上，摇杆技法的真实采样和MIDI弯音变调技术，两者结合后可实现任意音的摇杆技法演奏，灵活度高，采样样本的利用率高，大大减轻了设备性能负担，拥有的自主包络控制可以在制作音乐时获得更高的灵活度和更好的演奏效果。笔者对琴身电声放大器在Drive和On两种不同档位进行音色采样和研究。采样样本均由Earthworks M30全指向测试话筒拾取，其在20～20 kHz的频率响应曲线十分平直，特别适用于声学分析样本的拾取。电声放大器在Drive档位的音色在响度上远大于On档位，故当档位处于Drive时，音量调整至5，档位处于On时，音量旋整至10的两个档位。通过调制，在相同演奏力度下，两种档位的电平保持一致，同为-11.6 dB（见图4），具有音色对比分析的意义。在数字音频工作站上建立音频轨道，输入测试话筒拾取的音频信号进行采集。演奏人员使用指甲弹奏法演奏单音和摇杆技法，单音分强力度和中强力度，力度标记为“ff”和“mf”，每个力度至少演奏两遍。录制后进行剪辑和审听，将可用音频样本分别进行导出，音频样本文件按所用拾音器、音高、力度、遍数进行命名，保存完毕后将用于后续的音色特征分析研究和采样音源的制作。

图4 两种档位的波形图

（六） 采样分析与评价

表1 Drive档位和On档位下小字一组a的基音和泛音的电平能量统计表

经过对独弦琴Drive和On两个电声档位的采录样本进行分析，从频谱分析图中获得两种调制方法的一些音色特点。图5显示的是Drive档位的频谱分析图，音高为小字一组a，电平能量为-11.6 dB。图6显示的是On档位的频谱分析图，音高为小字一组a，电平能量为-11.6 dB。在频谱分析图中可看到这两种音色的对比：Drive档位基音为440 Hz，可观测到的基音数量为1个，泛音数量约为5个。首先是第一泛音，从颜色显示的深度可判断其能量最高，其次是第二泛音，最后是基音和第三泛音。从有效声持续时间来看，Drive档位采样样本14秒左右时声音完全消失，停止振动的先后顺序依次是第五、第四、第三、第二泛音、基音、第一泛音。On档位基音为440 Hz，可观测到的基音数量为1个，泛音数量约为4个，第一泛音的能量最高，其次是第二泛音，最后是基音和第三泛音。从有效声持续时间来看，On档位的采样样本自然衰减至无声所用时间则为12秒左右。停止振动的先后顺序依次是第四、第三、第二，基音和第一泛音几乎同时消失。对比Drive档位和On档位两个频谱分析图可发现，两个档位采样样本的基音和第二、第三、第四泛音从起振到自然衰减至无声，所用时间几乎相同。唯独第一泛音上有所区别，Drive档位的第一泛音比On档位的第一泛音持续时间更长，大约2秒，属于有效音的时间，因而影响了整个采样样本的有效时值。还值得注意的是，在70 Hz附近，Drive档位的电平能量小于On档，而70 Hz附近正是底噪信号中电平能量较强的低频。然而，两个档位之中唯一不同的是音量刻度，为了使两个档位的采样样本电平能量相同，On档位在音量刻度上比Drive多5个刻度，造成70 Hz的低频噪声也被增益。为了能更详细地了解Drive和On档位音色中泛音的电平能量的异同，可进一步测量相关频率的电平能量等级。

图5 Drive档位采样样本频谱分析图

图6 On档位采样样本频谱分析

从图7可观测到，Drive档位起振时的第一泛音为-13 dB，第二泛音为-12 dB，第二泛音电平能量强于第一泛音约1 dB（相对值）。从图8可观测到，On档位起振时的第一泛音为-13 dB，第二泛音为-12 dB，第二泛音电平能量强于第一泛音约1 dB（相对值）。从统计的电平能量表中可以看出，其中较为明显的区别是：Drive档位起振时基音的电平能量强于On档位的基音约2 dB（相对值）；Drive档位起振时第五泛音的电平能量强于On档位的第五泛音约5 dB（相对值）。

图7 Drive档位起振时泛音电平能量

图8 On档位起振时泛音电平能量

综合分析后可发现，在Drive和On档位两个采样样本的整体电平能量不变的情况下，两个档位的第一、第二泛音电平能量相同，第三泛音On比Drive的电平能量强1 dB（相对值），第四泛音Drive比On的电平能量强1 dB（相对值），第五泛音Drive比On的电平能量强5 dB（相对值），基音Drive比On的电平能量强2 dB（相对值）。故可以确定，档位的改变不会影响起振瞬时第一、第二泛音的电平能量，而会影响基音、第三、第四、第五泛音的电平能量，这是琴身电声放大器的音色特征之一。主观听感方面，Drive档位音色的泛音偏硬且声音清脆，自然衰减时间较长，On档位音色的泛音则显柔软。但由于听觉往往会因人的生理、心理、文化背景、音乐素养等条件的差别，对相同的声音产生不一样的反应。因此，客观的测量数据是有必要的，其具有恒定性和唯一性，作为听者主观评价的比较标准，可在一定程度上限制主观感受的多变性和多重性。并且，在测量数据的基础之上，进行音色主观感受的评价，使测量数据转换为更容易理解的内容，既凸显了客观测量数据的价值，也提升了主观感受的可靠性。结合独弦琴泛音能量统计表来看，Drive档位音色和On档位音色的主要区别在于基音和第五泛音的电平能量，充分说明了基音和泛音列对音色的影响，使得Drive档位音色更结实饱满。从采样音频中泛音的电平能量、泛音的持续时间、本底噪声的电平能量等数据可以看出，这些属性与独弦琴的琴身电声放大器有密切关系。应当指出，这些特征既凸显出电声化改良独弦琴在音响上的长处，又显露出它在音响上的不足。

这个音色分析实验可以得出以下结论：（1） Drive档位的采样样本在基音、泛音的表现上比On档位更优，主要体现在相同的起振电平能量，不同的有效音时间，Drive档位的音色泛音持续时间更长。（2） 独弦琴本底噪声的低频能量会因音量旋钮的调整而发生改变，音量越大，底噪的低频能量越多且越密集；音量越小，底噪的低频则减少且稀疏。（3） 独弦琴作为泛音乐器，电声化改良保留了其音色特征和独特魅力，通过琴身电声放大器扩声后，泛音表现能力更为优秀，特别是在起振时，第一泛音和第二泛音的电平能量与整体电平能量（-11.6 dB）仅仅相差0.4 dB（相对值）和1.4 dB（相对值）。（4） Drive和On档位采样样本均存在峰值电平为-70 dB的全频段本底噪声，通过音色分析还发现了其电平能量更大的低频段噪声，但是根据人耳的等响度曲线⑦的听觉特性，并不会对主观听感产生太大影响。

三、 独弦琴的音源设计

独弦琴在其音域内演奏的每一个音都可通过数字音频工作站进行采样记录。在进行声学测试和音色特征分析后，需将这些采样样本依次整理和集结，制作成具有应用价值的独弦琴采样音源。关于采样样本的选取，应遵循四个原则： （1） 采样除无底噪外的干扰声源；（2） 采样音高偏差±24音分；（3） 采样自然衰减至无声；（4） 采样符合两种力度要求。在以上原则下，从强力度和中力度两个力度分层中挑选两个最优样本，作为采样音源制作的选定样本。值得注意的是，在选取和剪辑过程中需将采样中的空白信号剪除，使每个采样样本的起振（Attack）尽可能迅速，起振后的释放（Release）自然衰减。这样一来，就能避免在采样中常遇到的两个问题：一是按下琴键触发采样样本后，由于采样样本起振前的空白信号保留过多，导致延迟反馈。二是触发采样样本后，由于样本信号被剪除，释放时间没有保留或淡出时间过短，导致声音突然消失。笔者通过参照数字音频工作站中波形记录工具对采样样本音频信号的显示，同时以电平仪所显示的电平作为辅助，将采样样本的“起”与“止”在剪辑中完整存留，给予适当的起振与释放时间，使其在软件采样器中的表现更自然。在完成选取和剪辑后，将单声道格式的采样样本依次导出，导出规格与采样规格保持一致。为了使采样样本音频文件便于区分，必须对样本命名。但命名应注重几个重要的数据：音高、力度、遍数。为了避免听觉上的重复，笔者在ff和mf的力度上各选取两遍，即每个音共使用4个采样样本。

在独弦琴的音源设计中，音高修正和音源制作是两个重要的技术环节。

（一） 音高修正

独弦琴主要依靠琴体左手边的摇杆控制音高，音高的准确度依赖于演奏者的听音能力和对摇杆的控制能力。在独弦琴的现场采录中，受设备所限，每个音的音准使用手机校音软件进行校音。在采样样本选取导出完毕后，使用Melodyne专业音高修正插件，对采样的音准进行逐个检查和修正。

在修正采样样本中的音高偏差之前，需要确定音高偏差（或音差）值的范围，即偏差在多少音分内无需修正，达到多少音分就必须修正。依据缪天瑞《律学》有关特性音差的部分：“24音分为‘最大音差’，也接近‘普通音差’。”另外，电子工业部相关研究报告也建议：普及型电子乐器的音高误差应控制在±8音分之内。⑧为了能和同样使用十二平均律的采样音源在搭配使用时避免出现“拍频”⑨现象，建议将±24音分的音高偏差统一修正为±8音分的音高偏差。在检查和修正过程中，发现出现音高偏差的采样样本占所有采样样本的23%，其音高均比原音低，而出现音高偏差的样本都属于变化音。由此可见，独弦琴在变化音的演奏上具有一定难度，演奏者即使在提供音高校准的环境下演奏，也偶会出现音高偏差。

（二） 音源制作

为了实现采样音源的使用和演奏，将原本的单个音频样本变为可连续演奏的“音色库”，把全部采样样本汇入Kontakt软件采样器，并对采样样本逐一进行调整和编辑，以适应软件采样器的技术环境，最终完成采样音源制作。在Kontakt中创建新的采样编组，即空白乐器模块，从左上角的Edit Mode按钮进入音色库编辑模式。在编辑模式中，可进行采样编组、键盘映射、波形修改等操作。从Mapping Editor按钮可以进入键盘映射编辑器。窗口底部显示出一个虚拟键盘。这里用钢琴的音高进行界定，按键编码显示为C0的实际音高为大字一组C，大字一组则记为0组。如此类推，所采录的独弦琴音域为g-e3，最低音高和最高音高分别对应2组和5组，故需要将采样样本添加到G2—E5范围之内（见图9）。

图9 键盘映射编辑器

在键盘映射编辑器里，横轴表示音高，纵轴表示力度。每个按键对应一个音高，只有这样才能用键盘的音高演奏出独弦琴相应的音高。例如，需要演奏小字一组a这个音，加载音色库后，只要按下按键编码为A3的按键即可生效。在采样器里，力度分层可以自定义，默认分为127层，每一层可以添加一个采样样本，也可选取多层作为一段并使用一个采样。不同的按键力度会触发不同力度层，通常第1层响度最小，所用按键力度最轻，第127层响度最大，所用按键力度也最大。所用汇入方法为，将一个音高的4个采样样本按照力度层从强到弱汇入：127—97层为强力度1号样本；96—65层为强力度2号样本；64—33层为中强力度1号样本；32—1层为中强力度2号样本。这就将4个采样样本划分在4个力度段中，其他的音高以同样方式汇入。为了满足音乐制作的动态要求，我们进一步设置放大器模块（Amplifier），添加Kontakt提供的力度MOD（Velocity）（见图10）。在力度值设定上，添加力度MOD后需要调整触发数值比率，一般调至最大值。调整完毕后，原来的4个力度段被均匀划分为127个力度层。在放大器模块中，还需要添加包络MOD（Envelope）（见图11）。虽然在采样样本选取步骤中对起振时间和释放时间作出了调整和保留，但在音乐制作过程中却有时值上的需求。如果希望时值较短，按键在自然衰减过程中放开，通常声音会立即消失。Kontakt提供的包络MOD可实现及时地释放包络，将释放时间作相应调整后，可模仿真实的演奏效果。在独弦琴的表演中，摇杆的使用能带来一系列细腻而特别的演奏技法，增强了旋律的艺术表现力。笔者在独弦琴音色库设计中就使用了MIDI技术实现颤音奏法。具体做法是在采样源（Source）模块中添加低频振荡器MOD（LFO）（见图12），添加后即可对单音采样样本进行颤音模拟。为了避免所有采样样本持续演奏颤音技法，还应设定触发方式，使用MIDI键盘或合成器上的调制轮是较好的办法，并在应用时能快速进行颤音的演奏。调制轮在MIDI控制器中被定义为CC1，故在低频振荡器模块中应设定由CC1触发。滑音奏法可直接通过MIDI键盘或合成器上的弯音轮进行触发，即可对单音采样样本进行变调滑音处理。使用者还可自定义滑音范围，使音程跨度大的滑音得以奏出。最后，将采录的滑音技法采样样本加载至采样器。为了将滑音技法和单音区分开来，还需创建采样编组（Group），将滑音技法统一编组，并为编组重命名，创建键位切换（Key Switch）。这样便可在单音和滑音技法之间进行快速切换，方便实际演奏。键位切换功能一般选择乐器音域以外的按键触发。笔者选择了C0按键来执行编组切换为滑音技法。当所有调整和编辑完成后，点击保存乐器（Save Edited Instrument），则会生成一个装有采样样本的文件夹和后缀名为NKI的音色库加载文件。一套基于Kontakt软件采样器平台所建立的独弦琴采样音源就得以完成。

图10 力度模块

图11 包络模块

图12 低频振荡器模块

四、 总结与反思

通过对独弦琴音色的采录与分析，将数据进行比对和整理，笔者对独弦琴的音色特征有了新发现。首先，改良独弦琴在第一和第二泛音的表现上良好，几乎占据主导位置，但是其余泛音的电平能量还有改进的空间，第四和第五泛音之间的电平能量相差较大，特别是第五泛音之后的泛音，其电平能量在频谱图中几乎不可观测。在不同电声档位的音色对比实验中发现，档位的选择主要影响基音、第三、第四、第五泛音的电平能量值，其中基音和第五泛音在不同档位中的区别尤为明显。一般来说，基频的电平能量不足通常会导致音色单薄、尖锐。这一方面说明Drive档位的音色在基频上的能量增补获得了比较饱满的音响效果，另一方面则说明On档位的音色更注重于凸显独弦琴的泛音魅力。这两种档位的音色若根据演奏作品的需求进行切换，则可达到不一样的音响效果。同时，独弦琴上的电声放大器在开启情况下产生的本底噪声也是其重要的音色特征，但它却限制了独弦琴的动态表现能力，压缩了其信噪比，故应当将其看作音色中的不良因素。在独弦琴的实际演奏中，为了更好地展现独弦琴的音色魅力，除提高演奏水平外，还应关注独弦琴电声放大器的调制方法。从声学分析的结果可知，首先，Drive档位和On档位起振时泛音的电平能量表现一致。但在有效音持续的时长上，Drive档位则具有优势。其次，独弦琴的调制应注意控制底噪的电平。频谱图表明，底噪电平能量的大小在一定程度上受音量旋钮的影响，底噪会随着旋钮的旋转增大或减小，在低频段尤为明显。当演奏和调制两个方面相结合，将音色分析技术配合演奏技法，最终可以提高独弦琴的艺术表现力。这也与录音艺术秉持的“技术是基础，艺术是追求”理念相吻合。

虽然通过测量客观数据可以分析出独弦琴的音色特征，但主观评价仍是有必要的。笔者将采样音源应用于电脑音乐制作，制作了一系列可供评价的音响小样，评价分为听辨练习曲目和听辨音乐模仿两部分进行。为了在主观评价与调查中得出合理的结果，笔者参照《广播节目声音质量主观评价方法和技术指标要求（GB/T 16463—1996）》，选出“清晰度”“柔和度”“真实度”三个评价指标进行问卷调查，5分为满分。笔者依据《独弦琴教程》中的“基础练习与左手练习”章节的谱例，使用采样音源演奏其中的单音练习曲和技法练习曲，制作出了基础练习、颤摇练习、弹摇练习、拉杆练习、压杆练习等音响小样，邀请了10位拥有音乐基础的学生对练习曲目的音响小样进行主观听觉评价，获得以下评价结果（见表2、表3）。

表2 基础练习评价结果

表3 颤音和滑音练习评价结果

数据反映出多数测试者认同基础练习曲音响小样的主观听感效果，基础练习曲音响小样“清晰度”和“真实度”可以接受，但“柔和度”则相对较差。总体而言，音源制作小样与实际演奏效果在听觉上相差无几。颤音和滑音练习曲目的评价略有分化。一部分学生认为，MIDI技术模拟的颤音与滑音更为规整，“清晰度”较高；另一部分学生则认为，MIDI技术模拟的颤音与滑音不符合人的听觉感受，过于规整而缺少人性化特征，故“柔和度”和“真实度”不及基础练习曲测试中的指标。我们还使用采样音源制作了《碧海银沙》一曲中的旋律，然后进行主观评价测试。测试结果显示，多数同学意识到原曲和模仿小样之间存在的不同，在音乐动态和情感表达上，反映出不同的评价。他们认为，模仿小样缺乏动态，表现较为平稳，原曲则比小样听起来更自然一些。

综上所述，运用计算机音乐技术对独弦琴音色进行采样分析并据此设计制作采样音源，还需要进一步采用更有效的技术手段，并进一步加强对独弦琴音乐的认识和理解。如何使计算机音乐技术助力少数民族器乐的传承保护和创新发展，进而推动少数民族器乐的“创造性转化和创新性发展”？这需要不断的探索，我们的实验正是这项探索的一部分。

注释：

① 李子晋： 《传统与现代交汇 人文与科技融合—2012全国乐器学研讨会综述》，载《人民音乐》，2013年第3期，第50—51页。

② 陈宬、丁匡正、陈红红等： 《有关民族乐器改良的专利现状分析》，载《电声技术》，2014年第2期，第31—32页。

③ 中央民族学院少数民族文学艺术研究所： 《中国少数民族乐器志》，新世界出版社，1986。

④ 陈坤鹏： 《独弦琴教程》，中国文联出版社，2004，第10页。

⑤ 掩蔽效应：一个音会影响对另一个音的听觉能力，人的耳朵只对最明显的声音反应敏感，而对不明显的声音，反应则较为不敏感。

⑥ 同④，第3页。

⑦ “等响曲线”：描述等响条件下声压级与声波频率的关系曲线，不同频率下对不同声压所听到的响度相同。

⑧ 韩宝强： 《音乐家的音准感—与律学有关的听觉心理研究》，载《中国音乐学》，1992年第3期，第5—19页转第145页。

⑨ 拍频：两个频率相接近的声波合成，结果人们在听觉上会感到音量有周期性的强弱。