乐器

这篇文章摘自Ethan Winer的《音频专家》。您可以在Ethan的网站上了解更多关于这本书的信息：http://ethanwiner.com/book.htm

对于小提琴和大提琴等弓乐器，其音色或音质受弓在弦上位置、施加在弦上的压力大小以及拉弓的速度影响。这三个参数改变了音色的整个可能范围。在这里，音色描述了基音及其多个谐音分量之间的相对响度。

对于管乐器，嘴唇和口腔的形状，以及吹气的力度，决定了音色。用力吹气会产生比用较小力度更响亮的谐波。拨弦乐器如吉他或班卓琴也是如此——用力敲击弦，或靠近一端敲击，会产生更强的谐波成分。这一原理同样适用于声学乐器。你越用力吹奏小号或双簧管，或击打鼓，声音就越明亮。击打鼓的泛音也会根据击打的位置和力度的不同而变化。靠近边缘敲击鼓会使泛音相对基音更响，而靠近中央敲击则不会。这适用于自然界中几乎每种声学声源。

许多人没有意识到，学习如何控制弓是演奏小提琴或大提琴最困难的部分。弓是乐器的声音，其余的一切都为此服务。毫无疑问，发展出精细的手指控制以确保手指恰好放在指板的正确位置需要数年时间——偏差几毫米就可能导致音调严重失真。但控制弓的难度甚至更大。对于吹奏乐器，如萨克斯风和双簧管，也是如此。经过一至两年的努力，勤奋的学生可以在不思考的情况下自动将印刷上的音符与相应的指法对应起来。但发展出必要的呼吸和口腔控制则困难得多，需要数千小时的实践才能真正掌握。

乐器类型

音乐乐器有两种基本类型：打击乐器，声音响起后会自然消失，如钢琴或钹；和持续乐器，演奏者可以持续控制持续时间、响度、音色和颤音，如小提琴或长号。例如，小提琴演奏者可以用较慢的弓速开始一个音符，然后通过更快的拉弓增加音量，接着通过将弓移近琴桥来增加音符的明亮度，最后加入逐渐加快的颤音。这些随时间变化的音色使音乐更加富有表现力，从而更有趣可听。

打击乐器也可以以表现力强的持久方式演奏，例如在小军鼓或定音鼓上进行滚奏，鼓反复击打。鼓的滚奏也可以随着击打力度和位置的变化而改变音质，同时也影响滚奏的速度。同样，曼斗林乐器演奏者通过快速拨奏同一音符来创造持续的颤音，以无限延续该音符。但在我看来，乐器主要分为这两种基本类别——打击和持续。

除了通过演奏技巧控制音色，还有一个影响观众或麦克风听到的乐器音色的因素是其指向性。与扬声器一样，小提琴的振动木板在高频范围内更具方向性。在大约400赫兹以下，小提琴几乎是全向辐射的，但在4或5千赫兹时，几乎所有声音都以狭窄的束向上辐射，很少能传递向前。单簧管和萨克斯风等簧片乐器在不同频率下也以不同方向辐射，具体取决于按下的是哪一个音键。在音乐厅中，完整的声音频谱主要通过与表演者身后的舞台墙面，以及斜顶和侧墙的反射到达观众。

早期章节解释了FFT分析仪可以显示录音中不同频率的能量，而这一工具也可以分析乐器的输出。理解乐器的频谱有助于成为更好的合成器程序员、混音工程师、管弦乐编曲者，或仅仅是更有知识和更具欣赏能力的听众。例如，电贝斯在基频处的能量往往低于前几个谐波，具体取决于拨弦的位置。贝斯乐器的丰满感很大程度上由第二谐波的水平决定，因此通过均衡器提升此部分可以使混音更为扎实，而不依赖许多扬声器难以高音量再现的超低频。

图1展示了我使用手指直接在拾音器上拨动的Fender Precision电贝斯演奏低A音的频谱。你可以看到第二和第三谐波的成分比基频响亮。然而，从靠近琴桥的位置拨弦，会产生更柔和的音调，基频和谐波更为柔和。用较小的力度拨弦也会减少谐波成分。

图1：根据拨弦的位置和力度，基频可能比某些谐波更加柔和。此FFT显示了在未应用均衡器的情况下，使用手指拨动的Fender Precision贝斯的低A音频谱。你可以看到第二谐波在110赫兹的响度比55赫兹的基频高出约7分贝，而第三谐波在165赫兹的响度比第二谐波高出约3分贝。

图2显示了从雅马哈大钢琴录制的相同低A音的FFT。同样，基频的响度低于第二谐波，后者的响度又低于第三谐波。然而，与用手指演奏的电贝斯相比，钢琴的声音更为明亮，此现象反映在高谐波的下降速度远低于电贝斯。

图2：钢琴的低音符在基频处的能量通常低于前几个谐波，但高谐波的能量下降速度远低于电贝斯。

谐波系列的失调

小提琴或吉他上的振动弦，以及木管和铜管乐器中的振动空气，产生谐波，也称为泛音，这些谐波遵循特定的数学系列。最低频率是基频，每个谐波都是该频率的整数倍。静态波的谐波，如锯齿波和脉冲，也遵循相同的系列。表1显示了基频为55赫兹的低A音的谐波系列，每个谐波比前一个高55赫兹。

表1：大多数乐器的谐波系列遵循相同的基本顺序，在较高频率下会变得失调。此表显示了低A音产生的前15个频率，可以看到第五谐波的音高偏差接近1%。在第11谐波，尽管在演奏低音符的明亮乐器上可以听到，其频率偏差为3%。相邻音符之间的音乐距离大约为6%，因此3%的偏差是非常失调的！

谐波通常在频率升高时变得更轻，因此单一音符不一定会听起来与自己失调。尽管第11谐波偏差3%，在特定的钢琴和麦克风位置上，它的响度比基频低11分贝。它还部分被其他和谐音掩盖，这些和谐音是和谐的。

铜管乐器上的基础音符也遵循表1所示的谐波系列。以号角为例，它与小号相似，但没有阀门来改变管长。号角只能演奏谐波系列中的音符，演奏者通过调整嘴巴和嘴唇形状来选择音符，这被统称为口形。号角文献中有许多著名的“标准曲目”，如《安息曲》和《起床号》。所有号角曲调仅包含相同有限范围的音符——基本上是大调音阶的和弦音。在演奏更高音符时，号角的基音固有地失调，要求演奏者调整嘴形，并用更多或更少的气力来迫使音调正确。当演奏者以这种方式调整音符的音高时，他们称之为“唇音”。

顺便提一下，如果吉他的弦老化，则弹奏的单音会显得失调。弦通常会不均匀拉伸，产生一个或多个较薄的部分。根据薄点在弦长上的位置，一些显著的低谐波可能与基音失调。使用旧弦调音吉他是非常困难的！

在这里使用的“谐波”一词指振动弦或木管乐器中振动的空气柱的自然泛音系列。另一种谐波是通过拨弦或拉弓时轻轻放置手指在特定位置上来人工创建的。将手指轻轻触碰弦的一半长度的位置会产生一个比开放弦高一个八度的音符。将弦紧压在指板上会产生通常具有泛音的音符，但这种类型的谐波更接近纯正弦波。脖子上的其他位置也有相同的效果——常见的位置为三分之一和四分之一的长度，但其他整数分段同样适用。实际上，在脖子长度的七分之一处进行此操作，会产生与单个音符内自然发生的泛音相同的失调的音乐七度（加两个八度）。

十二平均律

十二平均律是一种调音方法，它使用相邻音符之间的固定音程，而不是遵循自然发生的谐波系列。十二平均律将一个八度分为十二个均匀间隔，称为音乐半音。任何音符与下一个高音符之间的确切比例为1.0595比1，其中1.0595是2的第12个根数。吉他颈上的品位按照这一比例排列，所有现代乐器调音仪都使用这种方法来显示音调是否过高或过低。

几百年前，铜管乐器没有阀门。像号角一样，早期的号角和小号只能产生有限数量的特定音符。即使一个没有阀门的F号角可以演奏高C音，但该音会失调，使得号角不适合在C调中演奏音乐。因此，演奏者要么必须拥有几种乐器，每种乐器设计用于演奏不同的调，要么他们会插入可更换的曲管——短管段，以改变管道的整体长度。在演出期间更换曲管需要时间，因此在1815年左右，小号和法号中添加了阀门。这也允许音乐家在十二平均律音阶中演奏音符，而不仅仅局限于谐波系列中的音符。

十二平均律的概念已经有几千年的历史，但巴赫将其推广并使其成为现代现实。他的1722年作品《平均律钢琴曲集》是为他那个时代的键盘乐器创作的24首作品——每种大调和小调各一首。这对音乐及其技术产生了巨大的影响，因为它允许音乐作品调到遥远的调而不让某些乐器听起来失调。

另一种调音方法称为纯律，将五度调整到准确的谐波频率。在这种情况下，表1中的最低E音将调至165赫兹，而不是164.8赫兹。弦乐演奏者通常通过同时演奏相邻的开放弦并听取波动音调来调整他们的乐器——这是两个音符接近日音所产生的缓慢响度波动。你同时演奏这两个音符，并调整其中一个的音调，直到脉动减慢至停顿。演奏两个音符音高稍有不同，或一个音符的振幅被缓慢的颤音效果调制没有区别。最终的声音、波形和频谱是相同的。

另一种调音技巧利用谐波实现完美的齐唱。在吉他的A弦在第七品轻触时产生的E音比开放弦高一个八度半。轻触A的下方第五品的E弦会产生相同的E音。因此，可以依次演奏两个谐波，让两者继续共鸣，并调节任一弦，直到节拍减慢至停止。通过谐波调音对贝斯特别有用，因为我们在低频处的音高感知较差。

许多音乐家故意将音符演奏得稍稍高或低以表现情感或效果。如果不是在音符的整个持续时间内，他们可能会从较低音高滑向一个音符。轻轻演奏一个低音音符可以传达一种平静感，而轻微演奏一个高音则会增加紧张感。同样，我所说的是非常小的幅度，约为五到十分之一——音乐半音的1/100。故意拉偏音在没有品位的乐器如小提琴或大提琴上很简单，而管乐演奏者通过改变嘴形来做到这一点。吉他演奏者通过弯曲弦的方式在较大或较小的程度上改变音高，这也是弦变形不均匀的原因之一，如前所述。音乐家们还可以稍稍拖后节拍或提早演奏—例如，10到30毫秒—以添加平静或紧张感。

“木盒”乐器

与听音室一样，由某种类型的空心木“盒子”制成的乐器也具有与箱体尺寸相关的谐振模式的频率。为了避免模态共鸣使某些音符大于其他音符，小提琴、吉他和其他木盒乐器被设计为不规则的曲线形状。这些乐器仍然有模态，但连续的曲线沿着两侧最小化了单个频率及其倍数的强烈积累。

同样地，当谐振模式靠近但不完全与正在演奏的频率匹配时，结果会产生由于频率差而引起的失调拍频。这会产生一种称为“狼音”的效果，在大提琴和声学低音的表现上更为显著，而在较小的木盒乐器上则不明显。在许多大提琴中，强烈的共鸣发生在164.8赫兹的E音和185赫兹的F#音之间。不论共鸣是否准确与标准音频率相符，该音符听起来会比其他音符响亮，并且演奏者控制弓的难度也会增加。即使是非常好的大提琴也可能会有狼音，各种附加在大提琴本体上或低音弦上的设备也能减少这种效果。

木盒乐器通常在前面有一个或多个孔，以允许低频音逃逸。声学吉他通常有一个直径约四英寸的单圆孔，而小提琴家族的乐器则有两个形状像小写斜体“f”的孔，适当地称为F孔。所有木盒乐器都使用与图3所示的大提琴相同的基本原理产生声音。四根或更多的弦牢牢地拉紧在指板上，两个端点被调音钮和尾部组件牢固地固定。弦的有效振动长度在调音钮端的识别头与放置在琴体上的桥之间。这些组件还从侧面固定弦的位置。与声学吉他和班卓琴相关的部件使用相同的名称，尽管在这些乐器上，桥和尾部组件是被称为鞍的单元。这里展示的大提琴消音器是一个小橡胶块，放置在桥上以部分减弱其振动。