摘 要：低音拉弦乐器种类繁多，为从声学品质角度评价乐器改良是否成功，需研究适合该类乐器特点的主客观评价实验方法体系。本文以文化部科技提升课题“民族低音拉弦乐器改良”的主客观评价实验方法选择为依据，探讨适合低音拉弦乐器改良的主客观声音品质评价方法体系。
一、引 言
自20世纪30年代上海大同乐会开始研制中国民族低音拉弦乐器以来，中国民族低音拉弦乐器改良研究走过了80多年的艰辛历程。基于不同地区、不同乐队组合、不同演出场合以及不同时代的需要，在中国大地上曾经出现了多种不同形制、不同音质、不同演奏方式的民族低音拉弦乐器。①然而尽管有如此多民族低音乐器问世，却罕有实际应用于我国民族管弦乐队中。究其原因，主要归为音质、演奏方式和外观这三大类问题。其中，音质问题尤其引人关注，因为它直接影响到民族管弦乐队的音响效果。由于我国民族管弦乐队各声部乐器音色与西洋乐队迥然不同，所以乐队中低音乐器的使用不应该以欧洲大提琴和低音提琴的音色为范本，而应更加注重民族乐队的特殊音响及其与其他声部乐器的融合性。因此，民族低音拉弦乐器改良的根本问题就是用音乐声学技术手段解决民族低音拉弦乐器与其他民族乐器声部的音色匹配问题。声音的评价问题是多维度的，乐器的音响就
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脚注：①参见文化部科技提升课题“民族低音拉弦乐器”(主持人：韩宝强)之附录1《民族低音拉弦乐器调研报告》。
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更加复杂，仅仅靠客观评价是远远不够的，因此对于民族低音拉弦乐器改良中的音质评价问题需要靠主客观评价共同完成。本文着重介绍在民族低音拉弦乐器改良中的音质评价工作所采用的相关方法、技术和突破。
二、客观分析研究
(一)实验准备
在对乐器进行客观分析研究的过程中强调了以下四个关键要素，以确保分析方法的客观准确。
1.乐器的代表性
乐器的结构决定声音品质。从乐器结构上看，民族低音拉弦乐器具有共鸣板和琴颈，在靠近面板底部起，沿琴颈全长张挂若干条琴弦，演奏时需按指板调节音高。②从共鸣板材质上看，琉特类乐器又可被分为共鸣体覆盖皮膜及木质音板两种类型。民族低音拉弦乐器属于改良乐器，其形制各不相同，选择何种乐器为研究对象是保证实验信度和效度的基础。实验选择板振动为主体的改良乐器拉忽雷、板膜结合的桥琴、膜振动的革胡、以竹代木材料改良的贝拉琴以及弓在弦内且附带共鸣弦的文琴等乐器作为研究对象。
2.演奏方法的规范性
乐器的演奏方法的规范性直接影响其声学品质，为保证各个乐器的音响样本采录结果相对客观，选取相同录音棚、录音设备、演奏员等参量，保持相同的话筒摆放位置、房间设施摆放等细节处理，并制定相同的标准体系。③其中对于采录时的演奏方法以及内容的要求进行规范。在整个录音过程中，根据不同乐器的演奏性能，提供参考速度作适当调整：(1)慢速，每分钟46拍；(2)中速，每分钟66拍；(3)快速，每分钟132拍。力度要求为：(1)弱(p):尽可能弱，采用能够激发出乐器正常声音的最小力度演奏，演奏时须保证音准。(2)强(f):尽可能强，用能够激发该乐器发出正常声音的最大力度演奏，演奏时必须保证音准。(3)中强(mf):中等力度，用演奏该乐器的中等力度演奏，演奏时必须保证音准。以最通俗的语汇让演奏员了解实验的目的和意义，便于在演奏过程中把握力度、速度等环节。
3.采录内容的典型性
采录的内容为空弦音、音阶、演奏技法和乐曲片断。空弦音便于调音前后的频率对比测量，通过差值判断音准的稳定性。同时空弦音要求用“基本演奏方法”以“三种力度”演奏。这样既保证音的持续性，在分析取样的时候保留平稳信号，也充分考虑到三种力度对音质的影响，便于取平均值进行最后的结果统计。音阶采样，采录过程中包含该乐器在整个音域范围内的音，以慢速拉奏的方式演奏整个音域内的七声音阶，主要为后期测量音域提供样本。采录过程中还对每种乐器的拨奏、跳弓、长弓、短弓、顿弓等技法进行保留，便于分析各种技法对融合度等声学特性的影响。乐曲的采录要求中国乐曲快、慢各一首，包括几种典型弓法(长弓、短弓、顿弓、跳弓)和拨奏等。采录的曲目有：(1)独奏曲《幻想曲》(桑桐);(2)《萨丽哈最听毛主席的话》;(3)四重奏大提琴分谱《翻身道情》《瑶族舞曲》;(4)乐队片段《梁祝》。
4.采录环境和设备的标准性
规定每次低音拉弦乐器录音的房间长宽高比例为1.9:1.4:1.0,面积不小于25m²,体积为100(±30)m³,混响时间控制在0.3-0.65s(250Hz-4kHz),偏离度不大于25%,本底噪声控制在30dB(A)以下，温度20-25℃,湿度50%-75%。使用计算机+数字音频接口+外置专业传声器设备方案，采用16bit、44.1KHz音频记录格式。采用频响范围≥20kHz,≤20Hz(±1dB)全指向(无指向)的专业测量传声器，开路灵敏度≥12.5mV/Pa,传声器本底噪声≤22dBSPL(A),最大声压级不小于136dB(<1%)。④
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脚注②〔美〕鲁思·米德格雷：《世界乐器》,关肇元译，北京：中国青年出版社，2004年，第178页。
③相关情况请参见文化部科技提升课题“民族低音拉弦乐器改良"(主持人：韩宝强)之附录2《民族低音拉弦乐器音响采录标准》。
④相关情况请参见文化部科技提升课题“民族低音拉弦乐器改良"之附录《实验报告需求》。
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(二)音高分析
包括音域和音准稳定性的乐器音高特性测量。
1.音域分析
由于民族低音拉弦乐器的多样性，每种乐器音域各不相同，考虑到民族低音拉弦乐器在乐队中与其他声部乐器进行配合使用，为方便作曲家创作，对乐器的音域进行了测试。客观测试并参考演奏员的意见，选择乐器可获得良好的按弦音色作为最后的音域范围，超出这个范围的音，演奏员感觉演奏起来比较困难，发音不稳定。如谱例1,拉忽雷音域为C2-A5。
2.音准稳定性分析
由于拉弦乐器除了定弦有着相对固定的参考音高外，其演奏音高的控制主要由演奏者改变弦长或张力而实现，因此本实验对音高的测试分析还体现在对音准稳定性的测量。音准稳定性是乐器性能属性最重要的环节之一。音准稳定性测量采用对比法，将乐器在演奏同乐曲30分钟前后的空弦音频率进行对比分析，从而得出该琴的音准稳定性。
拉忽雷为C2-G2-D3-A3定弦。演奏前后对比其空弦音的音高偏离度如下表所示，拉忽雷演奏乐曲前与演奏后空弦频率变化在10音分之内，音高改变不大，具有较好的音准稳定性。某乐器在测试过程中音高变化超出40音分，说明音准稳定性较差，不能满足演奏用途，需要改善弦轴或其他制作工艺。
(三)音响声压级及动态范围分析
对于音强的分析涉及乐器声压级及动态范围的分析，实验中要求测量绝对声压级，并对动态范围进行计算。声压级表还应给出测量时传声器距离乐器中心的距离。由于乐器向不同方向辐射的声能量是不同的，因此，在声压级表中还应指明传声器与乐器的具体位置关系。
对于动态范围的测量，一般会根据该乐器的音域范围，将乐器划分为若干音区(音区的数量及分界点视具体乐器而定)。在某个音区内，用测量乐器声压级的方法，测出乐器在该音区弱奏时各单音的声压级P弱1、P弱……P弱n(n为该音区中单音样本的个数),再测出乐器在该音区强奏时各单音的声压级P强1、P强2……P强n(n为该音区中单音样本的个数），分别计算该音区
实验中使用三只全指向性传声器，均为DPA4006型号，三支传声器距离乐器的声学中心点为1m,其中2号传声器在乐器的正前方，1号与3号传声器与2号传声器的垂直夹角为60度。三支传声器距地面高度均为0.9m。最终对比三支传声器的音响，认为2号传声器拾取信号最接近人耳听觉感受。因此，数据分析结果来自于2号传声器拾取的声音信号。
表2为全音域内每八度选取二音的弱奏和强奏产生的振幅最大值，数值是按照每个差值为每个音的动态范围。所有数值按预录的102.2dB的校准信号转换成正值。各单音弱奏时的声压级数值处于62.9-79.5dB之间，平均弱奏声压级为74.47dB;各单音强奏时的声压级数值处于86.5-92.3dB之间，平均强奏声压级为89.37dB。单音演奏的动态范围处于10.5-23.6之间，其平均值为14.96dB。
(四)频谱分析
对频域的分析主要依靠频谱分析法。频谱是指构成某一声音的谐音随频率分布的情形，习惯上也将表示频谱的图形称为频谱。⑤频谱图是一个直角坐标系，其横坐标代表各谐波的频率，纵坐标代表各谐波的幅值。具有明确音高乐器
的声音是由一些频率互成整数比的谐波所组成，因此它们的频谱基本上是连续谱，包络线的主峰频率可以表示这类乐器的主要特征。频谱是决定音色的重要因素，它可以通过表现泛音数量、泛音之间的音程关系以及泛音之间的强度关系来体现乐器声音特征。⑥虽然不能单纯根据频谱对音色得出全面的且同主观感受完全一致的结论，但频谱分析至少可以对声音的属性作出大体的判断。频谱分析能提供量值性的信息，作为验证某种推断以及实施这种推断所采取的技术性措施是否正确的依据。⑦
实验中用专业音频软件将原始样本中的音阶样本截取出来，并保存成16bit、44.1KHz的Wave格式。从每个八度选出2个代表性单音，用通用音乐分析软件(DMAS)分析其频谱，并在图中标记出基频和能量最强的一个泛音。由于乐音的频谱会随着时间的延续而变化，尤其在乐音刚开始的音头，各谐音能量会有较大变化，因此在分析频谱时最好不要选取音头位置，而选取音色较为稳定的保持阶段，即ADSR⑧中的S部分。
以文琴D3音频谱为例，频谱中的中段包络谐波能量大多超出音色参考线，最大振幅位于第四谐音位置而非第一谐音，常规认为主观听觉感受为声音虚而不实，但因第四谐波与基音的音程关系为纯八度，不会影响音色的谐和性，且第七、八谐音的振幅与其他振幅能量相当，与高次谐波能量形成对抗，具有一定的平衡能力，加之中次谐波的整体振幅能量较高，可推断听觉感知上可能会显得明亮。高音频段整体谐音振幅较小，谐音包络线大致与基准线一致。当然，利用频谱对音色进行评价，并不是评价音色的唯一手段，需
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脚注：⑤ Malcolm J. Crocker.Handbook of Acoustics. Wiley-Interscience,1998,p111.
⑥韩宝强：《现代音乐声学导论——音的历程》,北京：中国文联出版社，2003年，第108页。
⑦李子晋：《钢琴音板声学品质评测方法研究》,中央音乐学院博士论文，2013年，第78页。
⑧ADSR是指声音信号在时域上的四个阶段，分别是激发(attack)、衰减(decay)、保持(sustain)、释放(release)。
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要与时域分析方法、主观评价方法等互相补充， 才能全面地评价音响特征。⑨
三、主观评价方法
所谓"主观评价",即采用人的主观听觉对声音对象进行评价。因为乐器音响是给人耳来欣赏的，故主观评价成为乐器声学研究中一个不可或缺的技术环节。然而，人与人之间或多或少存在着个体生理差异、专业差异、审美取向差异、对声音对象熟悉程度的差异等，这些因素的存在必然影响每个主观评价者的分数选择。如何让主观评价结果最大程度反映音乐听众的听觉感受，确保实验研究结果的可信度，实验从以下方面进行了专门研究和技术处理，从而保证了主观评价工作得以顺利、科学地进行。
(一)单件乐器音响样本
对单件乐器音响样本的选择，需体现出该乐器的音高、音色、音强等音响要素，并可对其进行音响分析得出量化数据。这些数据通过统计学的方式再整合起来，对乐器音域、动态范围、音色、音强的关系进行归类与定性化描述。本次采集的低音拉弦乐器音响样本除选择所有常规演奏技法，如音阶、空弦音等生成的典型性音响外，还选择了低音拉弦乐器的音乐作品中的较为短小的代表性片断。
(二)合奏用音乐作品
本项目研究最为重要的一个环节，是用主观评价方法对不同种类民族低音拉弦乐器与乐队音响匹配度进行测评。在测评所用乐曲的选择上，实验使用两部专门为民族低音拉弦乐器创作的新作品(1部管弦乐作品和1部民族弦乐重奏作品)进行主观评价。意义在于可以让作曲者为突出体现低音拉弦乐器的音响性而量身定制音乐作品，从而有利于主观评价者对评价对象进行评测的同时，能避免不同主观评价者出于对既有音乐作品的审美情趣、熟悉程度等差异导致出现不应有的评价误差。两部作品分别为作曲家杨青创作的民族管弦乐《春风辞》、沈叶创作的胡琴四重奏《流动·凝滞》。管弦乐与室内乐作品形式与风格为单乐章、有调性、具中华韵味，体现了民族低音拉弦乐器本身的各种演奏技巧和音响性能，并突出体现低音拉弦乐器与其他乐器声部的交织特性。
(三)演奏人员
由于乐器由人操控，演奏员对乐器进行的演奏行为直接影响着乐器音响的结果，即使是同一种技术，其运用与把握的程度也会导致音响结果产生较大的差异。此外，本课题重点要考量乐器在乐队中的作用，因此要求演奏人员必须具备乐团演出经验，因此选用中国音乐学院华夏民族交响乐团的演奏员。在客观评价的演奏中，为控制变量的产生，几种演奏方式相同的低音拉弦乐器均由同一人演奏，并对演奏员在样本录制现场时的身体与情绪状态做详细的记录。
(四)主观评价人员
对于主观评价人员的选择主要体现在主观评价环节对于音响素材的理解程度，由于音响材料为民族管弦乐队，因此需要主观评价人员具有
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脚注：⑨相关情况请参见文化部科技提升课题“民族低音拉弦乐器改良"之《民族低音拉弦乐器音响分析报告》。
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深厚的音乐素养，熟悉民族管弦乐队各声部的音响特征，并能够较为客观准确地进行评价。因此，评价员的选择对象以指挥家、作曲家、演奏家、音乐学家、录音师等行业领域内的专家为主。主观评价过程中，项目组工作人员会对评价员在听审时的身体与情绪状态进行考量，并专门制定了一套前测程序来判定评价员的身心资质是否符合要求。
(五)评价术语
听觉的主观评价是基于客观存在的音响素材特征为依据，将听觉主观感受予以语言文字表达的过程。本项目结合民族低音拉弦乐器的客观音响特征，通过主观评价实验确定音乐音响术语并选择适合的统计学方法加以统计，采用问卷调查方法与专家论证的方式，最终确定了本次乐器音响评价术语评价体系。本术语体系由5个项目组成，以李克特量表(Likert scale)的5级刻度对7个项目进行评级。⑩
1.音色融合性：乐器与民族管弦乐队其他声部在音色方面的融合性，融合者为优。
2.音响平衡性：乐器在不同音区在音量和音色方面的平衡性，平衡者为优。
3.动态范围：乐器从最小音量到最大音量的范围，范围大者为优。
4.灵敏性：乐器发音的灵敏性，灵敏者为优。
5.高音：高音不失真且音量较大者为优。
6.中音：中音声音松透、动态范围较大者为优。
7.低音：低音清晰、厚实有力者为优。
(六)主观评价的数据统计方法
全体评定员对每个曲目的评价结果都按评定项目各自统计出单项总分，然后再分别计算单项平均分，总项平均分。以下各式中Pi为每个评定员所评得的个人分数，n为评定员总数，m为音质评语项的项目数。
以贝拉琴为例，室内乐与管弦乐队的主观评价结果表示如下：
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脚注：⑩付晓东：《“中国民族乐器音响标准库”项目的研制标准》，《演艺科技》，2012年，第3期，第35页。
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其结果表示其在音色融合度及动态范围上表现良好，高音由于马桥抑制音板振动在高音声部表现稍差，中音较高音和低音表现较好。
结语
综上所述，对于民族低音拉弦乐器的声学研究应强调运用“音色匹配度”的技术概念对其进行评价，无论客观分析还是主观评价，其方法体系首先考虑信度效度的保证，从各个环节进行限定。本实验首次采用定制测试音响的方式(委约新作品)对某一乐器在乐队中的音色匹配度做主观评价研究，希望对其他乐器声音评价体系起到借鉴作用。