Journal of Wuhan Conservatory of Music
中国扬琴音色为何清亮
——有关中国扬琴槌的实验研究/ 余兆欣
摘 要：文章基于相同的声学实验环境，用各国琴槌激发相同的琴的固定位置、相同的琴槌激发不同国家扬琴的相同音高，通过对不同国家扬琴槌与琴体音色关系量化统计研究得出：对于大多数国家扬琴来说，琴槌比琴体对音色影响大。欧美琴槌更容易激发出低频能量，欧美扬琴也更容易被激发出低频能量。亚洲琴槌更容易激发出高频能量，亚洲扬琴也更容易被激发出高频能量。竹制琴槌可以制造出比木材更加明亮的声音效果。因此，造成中国扬琴音色个性的重要因素是“竹制的琴槌”。关键词：扬琴；声学特质；声学测量；频谱分析；琴槌中图分类号： J632.51 文献标识码： A DOI： 10.3969/j.issn1003-7721.2017.03.013
⓪扬琴属于有马击奏梯形齐特类乐器，此类乐器在全世界拥有有上百种发音及拼写组成的名称。根据名称发音和词根它们可分为五个类型：扬琴、钦巴伦、德西玛、海克布里特、桑图尔① ，它们通常被合称为“世界扬琴家族”。
中国扬琴既作为中国民族乐器的一员、又是世界扬琴家族的一份子，有着别于其他国家扬琴的更加悦耳清亮的音色。
无论是各声学系统的构成、演奏方式或演奏环境都是影响乐器声学品质的重要因素。就扬琴来说，由于影响其声音特质的变量过多，对其进行完全的解释十分复杂，相对而言，由于脱离于琴体的琴槌所受的条件限制较少，因此本文将琴槌与扬琴的关系研究作为探寻中国扬琴音色特征的切入点。具体思路为：以世界五个类型的扬琴为依 据，以形制典型、流传广泛为原则进行筛选，选择了五台不同国家国扬琴与琴槌作为实验对象；基于在全消声室进行的声学测量对不同国家琴槌与琴交叉实验的声音数据进行分析，得出琴槌与琴的声音量化关系并揭示中国扬琴特性音色的原因。
一、整体实验设计
1.实验样品选择与演奏设计就目前来说，世界各国扬琴虽大多以槌状物作为击奏工具，但形态各异，所使用的材料也有差别。为了能了解不同国家扬琴琴槌与扬琴音色的相关性，研究首先选用各国典型形制的扬琴与琴槌作为实验材料，并对它们进行相关物理量的测量，以为后期的实验分析提供更多的参考。
收稿日期： 2017-01-14
作者简介：余兆欣，女，艺术学博士，中国音乐学院副教授（北京 100101）。① 余兆欣：《基于全消声室的中外扬琴声学特性比较》，《中国音乐》2017年第2期，第89页。
本文实验用琴在“花梨402专业普及型扬琴”的合格品中随机选取。该琴为国内最广泛被使用的形制，由中国最大的扬琴生产企业生产。琴槌为竹质，槌头附有薄橡胶，实测总重为8.57克。 样本规格测绘图
实验用伊朗桑图尔与琴槌（ Mezràb）是由伊朗著名演奏家麦迪（ Mehdi Siadat）推荐，由麦德（ Madal）制作的常用双9马专业中档型桑图尔。琴槌为核桃木制的专业演奏槌，槌头附有薄棉，实测总重为3.57克。
实验用美国德西马与琴槌（ Dulcimer hammers）为连续 23 年在全美获奖的 Master Works。美国击奏德西马的常用演奏形制为15/ 14和 16/15两种② ，此次实验选用的为常用的比赛专业琴 Ultralight 系列中音域更宽的 16/15型。琴槌采用枫木制成，槌头一侧粘有羊皮，实测总重为23.52克。
实验用瑞士海克布里特与琴槌（ Rute）为瑞士著名琴师、世界扬琴协会副会长约翰·福克斯（ Johannes Fuchs）制作的一款全音域专业演奏琴（ Walter Alder– Stimmung）。琴槌用枫木制成，槌头粘有鹿皮，实测总重为12.55克。 Cimbalom sticks）样本规格测绘图
实验用钦巴伦与琴槌（ Cimbalom mallets or Cimbalom sticks）为捷克著名品牌Všianský琴中畅销的Light系列，其为专业演奏琴。琴槌采用枫木制成，槌头缠附绵毡，实测总重为23.28克。2.实验音响样本采录
本次实验的演奏员③采用各国琴槌规范的持 槌方式右手中等力度单独击奏各单音。各国扬琴常规的击奏方式为采用裹附以棉、橡胶、皮革的槌头部位(正槌)对琴弦进行激励，而传统的演奏方式则以竹面或木面（反槌）直接击奏琴弦。通过对琴槌不同部位击奏的声音进行比较，既可以解释中国琴竹所产生的独特声音现象，也可以了解人们对音色追求的变化。因此，在实验设计中分别用中国扬琴琴槌（正反槌）、钦巴伦琴槌、德西马琴槌（正反槌）、海克布里特琴槌（正反槌）、桑图尔琴槌击奏来自五个国家扬琴的共同音。
所有实验均在中国计量科学研究院力学与声学研究所全消声室内进行。该消声室室内温度恒定为23oC± 3oC，相对湿度为45%—75%，本底噪音为-2.4dB（A计权），是目前国内背景噪声最低的全消声室。样本选取2号传声器所拾取的声音信号（图6）。
二、琴槌与扬琴的声音关系研究
本研究通过对不同国家琴槌与琴交叉实验的声音数据分析，可得出琴槌与琴的声音量化关系。实验选用中等力度击奏时的稳态声音样本，避开边缘区不良音位区域④ ，选取了G3、G4、G5
作为各音区声音样本。
为区别不同国家的扬琴与琴槌，在代表不同国家扬琴的大写字母⑤后加H（hammer的开头字母）表示该国的琴槌，并以声学命名各样本的音高，如YH- YG5，表示中国扬琴槌击奏中国扬琴G5音。
表1为采用中国琴槌击奏各国扬琴的声音 样本能量数据。分析表明，中国琴槌激发扬琴低音区不能造成浑厚的声音效果，反槌击弦“，尖涩”的声音特征明显。中国扬琴的中音区最能体现中国扬琴“清亮”的声音品质，且音色特征稳定，不易受琴槌的影响。中国琴槌在高音区所产生的声音效果更为集中，反槌击奏其他国家扬琴音色明显更为“清亮”，但对中国扬琴的音色影响不大。
表2为采用桑图尔槌击奏各国扬琴的声音样本能量数据。分析表明，桑图尔琴槌与中国扬琴槌一样不能产生“浑厚”的低音效果。从各音区单音 样本的频谱可以看出，它更容易产生频底噪音。与中国扬琴“清亮”的声音的特征相比，它的音色显得更为“粗涩”“、尖亮”，这对欧洲扬琴影响较小。
表3为采用德西马槌击奏各国扬琴的声音样本能量数据。分析表明，德西马槌击奏中国扬琴能产生更多的高次谐音。相对亚洲扬琴槌，德 西马槌更易于在低音区产生“浑厚”的声音效果。其反槌的木面直接激发琴弦，对各国扬琴音色的影响远不如中国琴槌大。
表4为采用海克布里特槌击奏各国扬琴的声音样本能量数据。分析表明，海克布里特槌能将亚洲扬琴声音表现得更集中，低音也更为浑厚。采用海克布里特槌击奏中国扬琴中高音区 能产生比中国琴竹更多的高次谐音，声音更加饱满。海克布里特反槌击奏各国扬琴可产生更丰富的高次谐音，音色明亮。
表5为采用钦巴伦槌击奏各国扬琴的声音样本能量数据。分析表明，钦巴伦槌比亚洲琴槌所产生的效果更集中、纯净；在中音区，钦巴伦槌能激发出明显较强的基频能量，音色饱满、有力。钦巴伦槌在高音区能激发出的明亮、高亢的声音效果。钦巴伦槌击奏中国扬琴中音区时能产生更多的高次谐音，因此声音更丰富、饱满。 三、实验数据统计分析 用不同琴槌击奏不同国家的琴，可以看出激 励系统对于音色的影响，用相同的琴槌击奏不同国家的琴则可以看出共鸣系统对音色的影响。将这两者进行交叉比较，可以得出不同国家的激励系统与共鸣系统的影响效应。对应表1- 5的源数据，通过比较离散与集中区趋势参数，可以揭示不同琴槌对于不同国家扬琴音色影响的大小。离散趋势参数反映不同琴槌击奏不同国家扬琴产生的分音变化程度，离散值越小变化越小，反之亦然。集中趋势参数表示不同琴槌击奏不同国家扬琴声音能量集中的水平，数值越大， 谐音能量越靠后。
1.琴槌与琴音色的量化关系
从表6离散趋势参数来看，中国琴槌会对各国扬琴中、低音区的音色会造成一定的波动，而各国琴槌对中国扬琴的中低音区的音色影响较小，显然中国琴槌对于各国扬琴影响大于各国扬琴槌对中国琴的影响。从集中趋势参数来看⑥ ，中国琴被不同的槌击奏集中趋势参数要低于中国琴槌击中国琴的谐音集中的平均水平，表明中国琴槌更易激发出明亮的音色；同样，中国琴槌击不同国家琴的集中趋势参数要低于中国琴槌击中国琴的谐音集中的平均水平，表明中国扬琴也更易产生明亮的音色。
从表7的离散趋势参数来看，桑图尔在中音区几乎不受琴槌的影响，低音区与高音区有一定影响，在低音区，桑图尔槌对中国扬琴影响较大。可以看到，桑图尔琴槌对于各国扬琴影响明显大于各国扬琴槌对桑图尔的影响。从集中趋势参数来看，桑图尔被不同的槌击奏集中趋势参数要低于或等于桑图尔槌击桑图尔的谐音集中的平均水平，表明桑图尔琴槌更易激发出较明亮的音色。
从表8离散趋势参数明显看出，钦巴伦音色稳定，受琴槌的影响不大。不同琴槌对钦巴伦的影响以低音区最为明显，钦巴伦槌对其他国家的琴音色造成的影响也体现在低音区。从集中趋势参数来看，钦巴伦被不同的槌击奏集中趋势参数要高于钦巴伦槌击钦巴伦的谐音集中的平均水平，表明钦巴伦槌更易激发出浑厚的声音效果，尤其是在低音区。
从表9离散趋势参数看出，海克布里特槌会对各国扬琴中、低音区的音色会造成大的波动，对高音区音色的也有一定影响，各国琴槌对海克布里特的中低音区的音色影响较小，但对其高音区音色影响较大。海克布里槌对于各国扬琴影响明显大于各国扬琴槌对海克布里的影响。从集中趋势参数来看，在低音区，海克布里特槌与琴更易激发出略靠前的共振峰，海克布里特更易被激发出靠前的共振峰，声音较为浑厚。
从表10离散趋势参数来看，德西马槌对于各国扬琴影响明显大于各国扬琴槌对德西马的影响。从集中趋势参数来看，德西马被不同的槌击奏集中趋势参数要低于德西马槌击海克布里特的谐音集中的平均水平，表明德西马槌更易激发出略靠前的共振峰，声音更浑厚；在中、低音区，德西马槌击不同国家琴的集中趋势参数要低于德西马槌击德西马的谐音集中的平均水平，表明在该音区德西马更易被激发出浑厚的声音。
综合以上的离散趋势值的情况，当琴槌与琴进行不同组合的敲击时，对应不同的国家，不同的音区都会出现不同程度的波动，而这种波动的大小，反映在统计变量离散趋势参数值上（图7）。
“箱线图”又称“盒式图”或“盒须图”、“箱形图”，其绘制须使用常用的统计量，能提供有关数据位置和分散情况的关键信息，尤其在比较不同的母体数据时更可表现其差异：（ 1）箱子的上下横线为样本的25%和75%分位数；（ 2）箱子中间的横线为样本的中位数；（ 3）上下延伸的直线称为尾线，尾线的尽头为最高值和最低值异常值； （ 4）圆点处代表异常值。
根据整体的波动水平，我们将离散趋势参数划分为三个档次： 0—0.5稳定； 0.5—0.7一般波动； 0.7以上不稳定（图8）。
按此划分，结合各国琴与琴槌的影响，将符各档阈值的琴与琴槌的离散参数进行数量统计，最终得到琴与琴槌的相互关系（见表12）。
表13为中国琴槌正反头击奏各国扬琴的数据。从集中趋势参数可以看出，正反槌击奏不同国家扬琴时，反槌的集中区域更趋向于高次谐音，声音更明亮。就不同音区而言，中低音区的差异较大，高音区的差异较小。
从离散趋势来看，反槌击奏各国扬琴对其音色的影响要大于正槌。
结语
通过对不同国家扬琴槌与琴体音色关系量化统计研究可以看到，对于绝大多数国家扬琴来说，激励体是影响扬琴音色最重要的因素。
根据各国扬琴单音频谱谐音的能量分布显示，欧美琴槌更容易激发出低频能量、欧美扬琴也更容易被激发出低频能量，亚洲琴槌更容易激发出高频能量、亚洲扬琴也更容易被激发出高频能量。由此可以表明扬琴音色追求的地域性特质，即欧洲浑厚、亚洲明亮，这也为我们对不同国家扬琴的音色聚类提出了重要的依据。
从各国扬琴槌的发展来看（棒—槌、硬木质槌头—附以毛毡的槌头、单面槌头—兼具软硬的双面槌头），扬琴制造者（演奏者）已经注意到了琴槌形状、重量、材料对扬琴音色的影响，尤其是材料。实验证明，槌面直接激发琴弦能产生丰富的高次谐音，而将槌口附以橡胶、毛毡、棉织物、鹿皮等介质后激发琴弦，高次谐音能量及谐音数
60 2.中国琴槌正反头击奏各国扬琴的数据对比分析