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乐器声音品质的检测

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乐器声音品质的检测

一、乐器声音品质的内涵

“音质”或“音品”（tone quality），是人们常来形容各种乐器（也包括人声）发声效果的一个专有名词。人们常常将其与“音色”（tone color或timbre）混用，其实从英文的字义上我们就可以把音质和音色清楚地区别开来：音质是指声音的品质，因而有优劣、高低之分；而音色是指声音的色彩，它只是体现一种声音区别于其它声音的独有的特性，并没有优劣、高低之分。由此而言，我们可以用“好”与“差”这样的词汇来评价一件乐器的音质，却不能用它来评价乐器的音色，因为全世界乐器都有其独特之处，不同地区、民族、乃至个人对音色都有所偏爱，无法统一。
既然音质有优劣之分，那么我们就可以对乐器的声音品质进行检测。但相对于“音质”而言，“乐器声音品质”的内涵更为丰富，因为它不仅仅包含单个乐音的品质，而是涵盖一件乐器的整体发声效果。
先来看看乐器的声音品质一般包括哪些要素。
1、音域（compass）
音域是指“乐器所能发出的最高音与最低音之间的音频范围”，一般用音程值来标示。音域是衡量一件乐器声音品质的重要因素之一。在其它条件相同的情况下，音域越宽，乐器的表现力越强。以我国古老民族乐器——埙为例，早期的埙因为音孔少，音域一般不超过八度。至近代，我国不少埙演奏家通过各种改良手段扩展了埙的音域。较为成功者有四川音乐学院王其书研制的双腔葫芦埙，音域扩展到两个八度以上，既可重奏也可独奏，音乐表现力增强许多。有些乐器、尤其是擦弦乐器，虽然型制相同，但由于材料和制作工艺的差异，其音域也会有所不同，主要体现在高音区，好的乐器可以发出更多的乐音。音域不是所有乐器的参数。无明确音高的打击乐器不存在音域问题。有些弦乐器和管乐器，只明确规定音域下限，上限则需视演奏者演奏水平而定。
需要注意，音域宽窄与发音数量并不总是成正比。发音数量与乐器音律结构有关，有的乐器可以在其有效音域内随意发音，不仅可以演奏半音阶，还能演奏微分音，乃至滑音，如小提琴、二胡等。有的可以只能演奏半音音阶，如钢琴、手风琴等。有些乐器则只能弹奏自然七声音阶或者五声音阶，例如传统的筝、箜篌等。
2、音准（intonation）
音准是指“乐器的发音在高度上的准确程度”，一般用被测音的高度同相关规定值之间的差值（多用音分值）来标示，差值越小越好。一件乐器总体音准水平对乐器声音质量影响极大，尤其象定音弦乐器（如吉他、琵琶）、定音管乐器（如笛子、笙），如果没有良好音准，几乎等于断送了乐器的生命。
特别要解释一下上面提到的“相关规定值”的含义，目前我国乐器行业所使用的音高标准，基本以12平均律和a1=440Hz这两个要素为规定值，绝大多数乐器、无论中乐、西乐都以此为标准调音。但是在钢琴调律中，由于钢琴本身存在的一些特殊性，其高低两端音区的音准必须偏离12平均律规定值听起来才“准”。这对于这种奇特现象，科学家至今还没有找到完美的解释。
在乐器音准上还有一个非常值得关注的因素，就是音准的稳定性。有的乐器由于材料、结构设计和制作工艺等方面寸存在这样或那样的问题，致使在使用过程中音高发生偏移，从而破坏了音准的稳定性。这种乐器自然不能用于高水平的音乐表演。
3、音量（loudness）
音量是指“乐器发出的声音的大小”，一般用分贝值（dB）来标示。一般在保证声音质量不变的前提下，人们希望乐器音量越大越好。需要注意的是，乐器在不同音区的音量往往差异很大，所以高质量的乐器，往往能够在不同音区保持较好的音量平衡性。有时，人们为了在这方面取得一点点提高，都要付出很大努力。譬如，二胡高音区的音量非常小，与中低音区的音量不成比例。我国二胡演奏家陈泽、赵砚臣等人就曾为此专门成立课题小组加以研究改进，目前已经取得了一定进展。
因为乐器音量与演奏方法有极为密切的联系。故在音量测量上还有一个较为重要指标，就是“动态范围”（dynamic range）。这个指标体现的是乐器弱奏与强奏音量的变化幅度，也是用分贝值来标示。如同对所有的音响产品要求一样，对于乐器，这个指标当然也是越大越好。
4、音长（duration）
音长是指“乐器从激励发声衰减至无声所持续的时间”，一般用时间单位秒来标示。绝大部分乐器的音长都受到演奏者的控制，包括钢琴这样的敲击乐器，也可以通过制音器来干预发声的长短。只有编钟、编磬一类的敲击乐器，由于没有止音装置，一旦敲响便一发不可收拾。因此，需要在制造的时候检测音长。其实乐器声音自然延续的时间长短，并不能代表乐器声音品质的高低，但可以说明乐器振动系统内部的阻尼系数的大小。如果阻尼系数小，自然有利于声能的延续。换言之，声音自然延续时间长的乐器，往往也是发音比较灵敏、音质比较和谐的乐器。
“发音灵敏度”是与音长有联系的一个因素，它是指乐器在受到激发后直至能够被人耳感知的时间过程。这个时程越短，表明乐器发音越灵敏，作为乐器演奏者，恐怕没有一个人愿意使用发音迟钝的乐器。从乐器声学角度讲，只有当乐器本身振动系统的阻尼系数相对较低时，乐器才会有较高的发音灵敏度。如何乐器降低振动系统的阻尼系数涉及乐器的材料、结构、装配、油漆、调试等诸多因素，因篇幅所限不便在此展开讨论。
5、音色（timebre或tone color）
音色一词因借用了视觉范畴中的色彩概念，却又与颜色没有任何联系，故在词义的界定上存在一定难度。《新格罗夫音乐与音乐家词典》将其定义为“能够将音高、音强都相同的两个音区别开来的一种声音属性”①。因为音色问题比较复杂，故很难用一种参量来标示。目前常借用声音频谱来标示其泛音列的结构，但也仅能说明静态音色的一些状况，而动态音色，如不同演奏方法产生的音色变化，静态频谱尚无法解释。

二、乐器声音品质检测方法

总体上讲，乐器声品质检测方法分两种，一种是客观检测，另一种是主观听觉检测。目前乐器界常用的是后者，主要是因为客观检测的成本比较高，同时检测手段、检测技术和检测理论也都不够成熟、完善。而主观检测相对来说比较容易实现。
笔者下面介绍的一些乐器的检测方法，主要来自本人从事乐器检测工作的经验，同时也参考了其他专家、工程师的理论。在此冒昧提出，希望得到同仁指教。
1、音域检测方法
音域的测量，应当以客观检测方法为主，主观检测为辅。具体做法，就是让乐器演奏者用常规演奏方法演奏乐器的音阶，然后用音高检测仪器测量最高音和最低音的音高值，在仪器测量的同时，需要用主观检测来确定乐器的发声质量。特别在极高音区，如果声音质量已经无法接受，就不能认可该音域的有效性。　　　　　　　
测量结果应当给出频率和音名两种值。同时应当注明演奏者和演奏方法，尤其对管乐器来说，这一点特别重要，因为演奏者演奏水平和演奏方法对音域的宽窄影响很大。
2、音准检测方法
音准的测量，与音域测量方法基本相同，也是以客观检测为主，主观检测为辅。所不同的是，音准测量需要测量乐器的所有发音状况。譬如测量长笛，就不能仅仅测量一种自然音阶，而是要把音域内半音阶全部检测。
检测结果应当给出频率和音名加音分差值两种数据。例如检测C调长笛的a音结果，频率值为441Hz，音名加音分值则为a1+4。同时也要注明参与检测的演奏者和演奏方法，理由同上。
田泽林先生在《略论乐器的声学参数》一文中提出了乐器的“平均音准”概念，表达的是“乐器各单音音准误差的算术和对总音数的商”。其数学表达式为：
C=　　　　　。式中，C为平均音准，n为乐器的总音数，x为各音位的序号，Cx为各音的音准。
前面已经提到，有些乐器，像无品、柱的擦弦、拨弦乐器不需要做音准检测，但仍需要做音准稳定性的检测。关于音准的稳定性，田泽林先生也给出了一个数学表达式：
C1=dC/dt。式中：C1为音准稳定性，量纲为音分／时间，dC为在时间t内音高的增量，t为考查的时间。
另外，对于钢琴这类在音准上具有一定特殊性的乐器，目前普遍采用以主观（调律师）检测为主，客观检测为辅的方法。客观检测标准一般遵循目前世界公认的经验曲线（见图1）。
3、音量检测方法
乐器音量的检测应当以客观检测为主，主观检测为辅，因为听觉对声音大小的辨别能力远低于对音高的辨别，所以对于音量的细微变

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