二胡錄音的聲學問題

張婧潁，楊 倩，孟子厚

（中國傳媒大學 傳播聲學研究所，北京 100024）

1 引言

樂器錄音時所涉及的聲學問題，包括作為聲源的樂器本身的聲學特性、錄音時的環(huán)境聲學特性、錄音傳聲器的特性等，同時，還要考慮不同音樂作品的情感表達形式。雖然業(yè)界對二胡的聲學特性有一些研究，但是綜合考慮二胡錄音時的聲學問題的研究工作還不多，而在實際錄音工作中非常需要對樂器錄音的聲學問題給出一個綜合性的指南。

本文首先對二胡的聲輻射指向性、諧和指向性以及聲功率等聲學參數(shù)進行了實驗測量，以期對錄音時傳聲器的拾音位置、民樂隊中二胡的擺位及樂隊中的配器和響度平衡問題提供參考。其次，根據(jù)聽感實驗數(shù)據(jù)對二胡樂曲的最佳混響時間進行了討論，對最佳錄音環(huán)境的選擇以及后期效果制作提供依據(jù)。最后，實驗分析了二胡錄音傳聲器的選擇問題，根據(jù)不同風格的二胡音樂選取適當?shù)匿浺魝髀暺?。通過幾項客觀測量實驗和主觀評價實驗工作，對優(yōu)化二胡的錄音制作提供一定的科學依據(jù)和啟示。

2 二胡指向性測量

2.1 輻射指向性

每件樂器的發(fā)聲都有一定的頻率范圍和輻射方向，樂器錄音不是簡單地將傳聲器放在某個位置，而是應該把它設置在樂器聲輻射特性最好的位置，以使拾音達到最高的信噪比。

目前，二胡幾乎一律按五度關系定弦為d1（內(nèi)弦）、a1（外弦），其音域一般為d1～d3，約兩個八度。本實驗中測量了二胡常用音區(qū)d1～b2的各個單音的指向性，采用最常用的左手按弦、右手拉弓的方式。測量在無反射的房間進行，以演奏者拉奏的二胡琴筒為圓心，半徑為1 m，高度為0.6 m的位置等弧度擺放9支測量傳聲器，指向圓心，形成一個半圓形。在水平面內(nèi)每隔11.25°錄制一個信號。錄制的過程中演奏者保持力度一致。

單個泛音變化3 dB就能影響樂器的聲音品質(zhì)，各單音輻射的聲壓級指向性圖在3 dB的范圍（作為主極大范圍）內(nèi)繪出。再讀取每個單音基頻處及個別單音的二、三次諧頻處的聲壓級值，繪出主極大指向性圖，圖1給出了單音d1、b2基頻處及b2二次諧頻的主極大指向性。由所測單音的基頻及二、三次諧頻可以得到300 Hz～2 kHz頻段內(nèi)聲輻射的主極大范圍，如圖2所示?？梢钥闯?00 Hz～2 kHz 頻段在56.25°方向上都處于主極大范圍內(nèi)。

圖1 單音d1、b2基頻及b2二次諧頻（依次由左至右）處的聲輻射主極大范圍

圖2 按頻率劃分的輻射指向性圖及各頻率段的聲輻射主極大范圍

2.2 諧和指向性測算

通過對樂器單音進行主觀諧和感（音色悅耳、舒適）評價實驗，再計算描述單音的26個特征參數(shù)并與主觀諧和感進行多元線性回歸分析，得到單音諧和性評價公式，如下式所示。將輻射指向性測量中錄制的不同方向上的各單音，按照該公式進行諧和性計算，即可得到每個單音在不同輻射方向的諧和性。

Y= -0.17C - 3600F+142

Y表示單音主觀諧和性，C表示頻譜質(zhì)心（Spectral Centroid），F(xiàn)表示頻譜平滑度（Spectral fl atness）。由公式算出各個單音在不同方向上的諧和度。圖3給出了單音d1、a1、a2輻射聲壓級的主極大指向性圖與諧和指向性圖的對照。

圖4是各單音聲輻射主極大范圍與相對較諧和范圍的對比。由此可看出，單音d1～a1與e2～b2的聲輻射主極大范圍和相對較諧和范圍沒有重疊，說明低、高音區(qū)單音響度越大，聽感的諧和性相對較低。而中音區(qū)單音a1～b2在45°～67.5°范圍內(nèi)響度較大且較諧和。這對于二胡錄音傳聲器拾音位置的選取具有參考意義。

圖5是所測單音兩種指向性之間的相關系數(shù)。可看出兩者的正相關系數(shù)均很小，甚至個別單音呈負相關。對于低音區(qū)和高音區(qū)單音，聽感上越諧和，中音區(qū)單音在聲輻射較大的方向上聽感上就越諧和。

目前二胡錄音的傳聲器位置通常選在指向圖中315°方向處。若希望錄制的聲音響度較大，音色也較融合、悅耳，指向圖中45°附近也是一個應該考慮的位置。因此，從民族樂團的擺位看來，將二胡演員安排在指揮的右側面向指揮，對聽眾來說可能是較佳的。

2.3 聽感指向性

按照輻射指向性的測量方法，從不同角度錄制了一首二胡曲《嘎達梅林》的主旋律樂段，并選取了圓潤度、豐滿度、柔和度、韻味感、整體感5個評價指標對各方向錄音的樂曲進行主觀評價，實驗采用系列范疇法，對各指標在“好、較好、一般、較差、差”5個等級范疇上進行評價。按照實驗原理對實驗數(shù)據(jù)進行處理后得到5個指標的評價結果，圖6給出了圓潤度的評價結果。

圖3 所測單音的聲輻射指向圖（左）與諧和性指向圖（右）

圖4 各單音聲輻射主極大范圍圖（左）與相對較諧和范圍 （右）

綜合各指標評價結果，可以發(fā)現(xiàn)圓潤度、豐滿度、柔和度3個指標的分布相對比較分散，而韻味感和整體感基本上集中在“一般”與“較好”之間。對5個指標的評價結果在“較好”及“好”范疇內(nèi)的角度統(tǒng)計，如圖7所示?？梢钥闯觯瑢@5個指標評價均評價“較好”的范圍主要集中在22.5°～ 67.5°和292.5°～ 337.5°。其中67.5°～ 337.5°這兩個點處對5個指標評價均相對較好。

表1是16個不同方向錄制的樂段評價指標的相關分析結果，可以看出整體感與圓潤度、柔和度這2個指標有較大的相關性，說明聽音員對二胡音色的整體評價主要是從圓潤度和柔和度來考慮的，整體感與韻味感的相關性最小，可能的原因有：

（1）聽音員對于韻味感的理解各不相同，而且確實對于二胡韻味感的解釋也沒有統(tǒng)一的說明。

（2）有人將二胡的韻味感解釋為一種近似人聲和擅長旋律歌唱的韻味，是二胡獨特的音色特征，所以，韻味感可以看作是一項比較獨立的評價指標。

錄音中，要體現(xiàn)出原始的二胡音色在各個音區(qū)具有均衡響度的特點，就應保證拾取的低、中、高頻率段的聲壓級比例合適。從指向性測量結果來看，各頻率段在56.25°方向處輻射的聲壓級值均較大，因此，對二胡錄音，在演奏者左后方處設置1支傳聲器可以較好地保證各音區(qū)的響度平衡。

圖5 所測單音的兩個指向性之間的相關系數(shù)

圖6 圓潤度的評價結果

圖7 各指標評價結果在“較好”、“好”兩個范疇內(nèi)的方向

與西洋交響樂隊中的提琴相比，中國民族樂隊中的二胡在低、中音區(qū)不夠豐滿渾厚。為了彌補樂隊中拉弦組樂器低、中音響度不足，在現(xiàn)場擴聲中可設置一支輔助傳聲器于二胡低、中頻能量輻射最大的方向。從本文指向性測量結果來看，可考慮在22.5°～ 67.5°角度范圍內(nèi)增設輔助傳聲器，提升二胡的低、中頻響度。

3 二胡聲功率測試

聲功率是反映樂器聲輻射情況的參量，不僅與樂器本身有關，而且還與演奏者、演奏內(nèi)容、演奏力度與速度相關。二胡聲功率測試采用現(xiàn)場比較法。

表1 16個不同方向評價指標的相關性

表2 二胡演奏單音和音階時的總聲功率級（單位：dB）

首先在測試房間內(nèi)均勻選取8個測點，距離地面高度均為0.6 m（與演奏者手持二胡的琴筒高度一致）。然后將8支傳聲器分別置于8個測點并朝向二胡音窗的方向，由傳聲器同步拾取聲音信號。由于二胡的常用音區(qū)為d1～e3，因此在該范圍內(nèi)選擇有代表性的單音和音階進行了測試。單音選擇的是低音區(qū)d1和中音區(qū) d2，測試時長為4 s，通過無間歇回弓實現(xiàn)持續(xù)發(fā)聲。音階選擇的是低中音區(qū)d1～d2以及高音區(qū)d2～d3，測試時長為8 s。演奏力度均按照pp（很弱）、mp（中弱）、f（強）、ff（很強）變化。對于單音而言，先對基頻和各次諧頻的聲壓級取能量和，再進行測點平均得到平均聲壓級。而對于音階而言，即對各音階基頻聲壓級進行能量相加，再取測點平均得到平均聲壓級。將標準聲源放置在二胡琴筒的位置，對其1/3倍頻程中心頻率的聲壓級進行能量平均。最終根據(jù)平均聲壓級和標準聲源的已知聲功率求得二胡的聲功率。表2是以不同力度演奏時二胡總聲功率級測試結果。

隨著力度由弱到強變化，單音和音階的總聲功率均呈現(xiàn)遞增趨勢。單音d1和d2的變化范圍比較說明低音區(qū)單音輻射能量隨演奏力度的變化比中音區(qū)稍加明顯，這與二胡的音色特征相一致，二胡低音區(qū)音色厚實，高音區(qū)纖細、稍緊張。對于音階的變化范圍比較情況也與單音類似，這與二胡低中音區(qū)發(fā)音強弱幅度較大的特點有關。另外，以相同力度演奏不同單音和音階時的聲功率也有差異。

從演奏音階的角度分析二胡的聲功率。在4種力度下演奏兩組音階時其中各單音的聲功率級如圖8所示?？梢钥闯觯瑑山M音階的聲功率級變化在4種力度下的走勢基本一致，低音區(qū)和高音區(qū)輻射的聲能較小，中音區(qū)較大，這與二胡低中音區(qū)發(fā)音明亮、高音區(qū)音量不大的特點相吻合。

在本文實驗分析基礎上，結合其他有關二胡聲功率的研究工作成果，大致確定了單音d1、d2及音階的聲功率級平均值，如表3所示。

參照聲功率的數(shù)值標準可以選擇恰當?shù)膫髀暺魇耙艟嚯x，傳聲器離二胡過近會拾到弦的摩擦聲以及高音區(qū)的尖噪聲，過遠則拾取不到二胡特有的音色。另外，較大的聲功率能夠提供較高的信噪比，如果不考慮作擴聲處理，在錄音時對于聲功率較小的樂器可以適當加大錄音電平，但也不能過大，以免失去樂器本身的音質(zhì)特點，或?qū)ζ渌麡菲髟斐陕曇舻难诒?。因此，二胡的聲功率測試結果也為樂隊合奏中的響度平衡提供了參考。

二胡是單旋律樂器，缺乏豐富的和聲色彩，因此，在表現(xiàn)音樂力度時，會運用豐富多樣的表現(xiàn)手段來展現(xiàn)作品的力度層次。這樣，在錄制時就必須給強、弱奏一個合適的響度，不能使弱奏時的聲音太小而聽不清楚，也不能使強奏時出現(xiàn)尖噪刺耳聲。因此，可以根據(jù)二胡在強、弱演奏力度下輻射聲功率的大小，選擇適當?shù)膫髀暺魇耙艟嚯x。另外，錄音房間容積的選擇也要考慮到樂器的聲功率特性，聲功率大則需要較大的空間使得聲場擴散均勻，聲功率小則應用相對小的空間。

對于二胡獨奏，其所輻射的聲功率能否向聽眾席提供足夠的響度是很重要的。通常按樂器以f力度演奏音階時，輻射的聲功率級作為其在廳堂中演出時強音標志樂段的聲壓級，從而評定廳堂的響度，并以此選擇合適的樂隊規(guī)模。另外，在樂隊演奏中要達到二胡與其他樂器之間的響度平衡，也需要考慮其聲功率特性來選取恰當?shù)臄[位。

圖8 兩組音階中各單音的聲功率級

表3 二胡聲功率測試平均值（單位：dB）

4 二胡的最佳混響

在本實驗室的相關前期工作《民樂混響感主觀偏愛度的實驗測量和分析》中，對二胡的最佳混響進行了實驗研究。該實驗采用時長為10 s～20 s的二胡樂曲片段進行偏愛度的實驗，信號的混響時間取值為0.6 s、0.8 s、1.0 s、1.1 s、1.2 s、1.4 s、1.6 s、2.0 s。

二胡樂曲信號包含了二胡不同時期的代表作品，是流傳至今的不同風格的經(jīng)典曲目，這樣可使實驗結果在一定程度上反映二胡所適合演奏的環(huán)境的混響時間狀況。對每首曲目的情感進行統(tǒng)計，聽音員要選擇當前的二胡樂段屬于哪一個情感分類。

通過實驗數(shù)據(jù)分析得出各樂段的混響感主觀偏愛度結果。圖9是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結果畫出的《良宵》樂段進行量值化的最佳混響感f值曲線圖，可以看出1.4 s的混響時間能體現(xiàn)出其最佳混響感。

圖9 《良宵》量值化的最佳混響感f值曲線

圖10 按照演奏速度進行的最佳混響時間的分類統(tǒng)計圖

對《良宵》的9個樂段都進行了同樣的數(shù)據(jù)處理，最終每首樂段找到了一個惟一的最佳混響感表現(xiàn)在混響時間上的值?？紤]到樂段的演奏速度對混響感可能存在的影響，統(tǒng)計了每個樂段的演奏速度。表4為所有樂段的統(tǒng)計結果，其中包括了民樂片段的曲目名稱、最佳混響時間值、演奏速度以及情感分類人數(shù)分布的統(tǒng)計情況。

由表4可以得出，二胡最佳混響時間的范圍較大（0.8 s～ 1.8 s），平均最佳最混響時間在1.3 s左右。從演奏速度的角度分析最佳混響時間，見圖10。

圖10結果表明演奏速度對二胡最佳混響感也是有一定影響的，演奏速度較快的曲目的最佳混響時間值偏小，而速度較慢的曲目的最佳混響時間值偏大，即節(jié)奏快的曲目適合在短混響的環(huán)境下演奏，而節(jié)奏慢的曲目適合在混響時間較長的環(huán)境下演奏。

從樂曲情感進行分析，二胡較適合于演奏憂郁、哀傷風格的樂曲，這可能與二胡近似人聲的獨特個性和大量二胡名曲創(chuàng)作的特定時代背景有關。選自同一首曲目的不同片段的實驗結果分析，見表5。

表4 各樂段的實驗結果統(tǒng)計

表5 《賽馬》不同片段的實驗結果

實驗中選取了《賽馬》曲目的2個片段，其旋律和表達情感上是相同的，演奏速度和演奏技巧上有差異。但是這2個片段的實驗結果相差很小，都在混響感的差別閾限范圍內(nèi)，不存在明顯的差異。因此對于《賽馬》來講，可以認為演奏技巧對混響感的影響不是很大。

混響感是一個主觀的心理量，主要由混響時間決定。其中錄音室和聽音室的混響時間影響較大。由實驗得出二胡演奏環(huán)境的最佳混響時間在1.3 s左右，這在錄音后期混響效果處理時可作參考。

聽音房間的容積大小不同，對最佳混響時間的要求也不同。如果房間較大，最佳混響時間應相應長一些，以達到較大的響度使聲音聽起來更豐滿一些 。

5 二胡錄音的傳聲器選擇

通過音質(zhì)主觀評價實驗對7支不同的傳聲器錄制的二胡曲目進行評價和分析。實驗內(nèi)容包括兩部分：一是對不同音質(zhì)指標的評價，二是對總體偏愛度的評價。

表6 二胡錄音音質(zhì)評價實驗的傳聲器

圖11 傳聲器在6項音質(zhì)指標上的總體比較

二胡曲目選取3首風格各異的代表作《病中吟》、《賽馬》和《空山鳥語》中的片段?！恫≈幸鳌繁憩F(xiàn)了郁郁不得志的心情，音色深沉具有韻味；《賽馬》運用了大段落的撥弦技巧，把草原牧民的喜悅表現(xiàn)得淋漓盡致，節(jié)奏歡快，生動活潑；《空山鳥語》描繪了深山幽谷、百鳥嚶啼的優(yōu)美意境，旋律生機勃勃，抒情優(yōu)美。這3首作品代表了不同的音樂風格，涵蓋了二胡的多種演奏技巧，作為二胡錄音音質(zhì)的評價素材具有一定的典型性。

實驗選取的是7支不同類型的專業(yè)錄音傳聲器，類型涉及電容式、動圈式、大振膜、小振膜、電子管、晶體管等。除了一支小振膜電容傳聲器，其他都是國產(chǎn)傳聲器，由于它們的工作原理、制造材料和加工工藝有所不同，因此，對于二胡聲音的錄制能起到不同的效果。表6為7支傳聲器的具體參數(shù)。

實驗一采用系列范疇法，結合評價傳聲器的相關標準和二胡的音質(zhì)特點，選取了清晰、明亮、柔和、圓潤、厚實和韻味6項評價指標，就這些指標在優(yōu)、良、中、差、劣5個等級上進行評價。實驗二采用對偶比較法，分別對7支傳聲器錄制的二胡樂段進行兩兩比較，讓聽音員就整體聽感進行偏愛性選擇。

表7是傳聲器在3首曲目上的等級評價結果，可以看出每支傳聲器在3首曲目上的等級評價結果都不盡相同，并且在每個具體曲目上的錄音音質(zhì)表現(xiàn)力也不相同。對于《病中吟》7支傳聲器的差異最大，U95的表現(xiàn)力最好，清晰、厚實、韻味都達到了優(yōu)的等級，其他指標良好。CR873、SM4001的各項指標都達到良好，MK4除了明亮度稍差以外，其他指標也都優(yōu)良?！恫≈幸鳌愤@首曲目是最具二胡特色的曲目，其細膩、委婉、深沉的韻味用U95來表現(xiàn)是最佳的。

考慮到每個樂曲自身的表現(xiàn)力各不相同，對表7的結果根據(jù)7支傳聲器對每個曲目的區(qū)別力的不同進行加權平均得到總體相對比較結果。從圖11可以看出，7支傳聲器基本可以分為兩類，NT2和兩個動圈傳聲器歸為一類，這一點是比較令人意外的，因為在實用中NT2的反映還是不錯的，但它也許不太適合錄制二胡的聲音?？傮w上比較好的2支傳聲器是CR873和SM4001，都是小振膜傳聲器，一支采用電子管前置放大器，一支采用晶體管前置放大器。

圖12給出了7支傳聲器在3首曲目上錄音音質(zhì)的總體偏愛度的排序結果。這個結果與表7、圖11的結果有一些差異。CR873、MK4、SM4001是總體上反映最好的3支傳聲器，但是U95的偏愛度就要靠后一些了，甚至不如動圈傳聲器CD58。NT2的音質(zhì)總體上還是不佳。從以上的實驗評價結果來看，雖然MK4、CR873、SM4001在二胡的錄音音質(zhì)上都還不錯，但是難以看出錄音音質(zhì)與傳聲器的膜片大小、前置放大器的形式等的關系。動圈傳聲器作為二胡錄音來看總體上是不如電容式傳聲器的。

表7 對3首曲目的評價結果

圖12 傳聲器在3首曲目上的錄音音質(zhì)偏愛度排序

適合于二胡錄音的傳聲器選擇要考慮到多方面的因素，包括二胡曲目風格、演奏技巧、傳聲器形式與參數(shù)等。實驗發(fā)現(xiàn)，大振膜電子管傳聲器U95雖然各個單項音質(zhì)指標的評價都屬于優(yōu)良，但它對3首曲目的總體音質(zhì)偏愛度其實并不高，說明一支各單項參數(shù)指標都不錯的傳聲器，并不一定是最適合錄制某件樂器的傳聲器?？傮w上來看，MK4、CR873、SM4001這3種小振膜電容傳聲器對二胡錄音音質(zhì)的反映還是不錯的。

6 總結

由錄音方式獲得的樂器聲響，與直接聆聽表演者的演奏不同，它是對原始聲音信號利用電聲技術和聲學環(huán)境的再創(chuàng)作，因此，對樂器錄音的聲學問題就值得探討。根據(jù)二胡的聲輻射與諧和指向特性，演奏者左后方45°方向附近的響度與聽感諧和性均較佳，可作為傳聲器拾音位置以及二胡在樂隊中擺位的方位參考。二胡以f力度演奏音階時測得的聲功率級約為87 dB～91 dB，可據(jù)此選擇恰當?shù)膫髀暺魇耙艟嚯x和錄音房間的容積大小。從主觀聽感來看，二胡樂曲的最佳混響時為1.3 s左右，可作為錄音環(huán)境的選擇和后期混響效果處理的參考。適合于二胡錄音的傳聲器選擇需要考慮多方面因素，對于一支各單項參數(shù)指標都不錯的傳聲器，可能并不最適合錄制二胡。在建聲條件不足的情況下，利用這些聲學方面的分析來彌補客觀條件的不足，也能為達到較佳的錄音效果提供一定的幫助。

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