牛礬瓊（上海音樂學(xué)院，上海 200031）

引 言

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，AI人工智能技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域以更準(zhǔn)確高效處理問題的方式取代了人力，而情感與審美則是人工智能望塵莫及的兩個(gè)無法超越人腦的方面。音樂創(chuàng)作和演奏正是這樣一項(xiàng)除了扎實(shí)的基本功和基礎(chǔ)知識以外，非常依賴情感與審美的工作。除了不斷努力提高自身的專業(yè)技能以外，拓展學(xué)科研究的交叉點(diǎn)，觸類旁通地促進(jìn)自己專業(yè)發(fā)展的進(jìn)程是當(dāng)代音樂工作者應(yīng)有的態(tài)度。而虛擬樂器的發(fā)展和計(jì)算機(jī)采樣技術(shù)的進(jìn)步也許正為音樂工作者開啟科學(xué)的大門。將理性的聲音波形分析和感性的藝術(shù)表達(dá)相結(jié)合，能幫助職業(yè)演奏者進(jìn)入更高的境界。不過虛擬樂器技術(shù)的發(fā)展也不是什么最新的前沿課題，當(dāng)代編曲工作者已經(jīng)在大量使用軟件音樂進(jìn)行編曲，其中大名鼎鼎的Kong Audio廠商就制作了全套中國民族樂器的音色作品，當(dāng)然也包括虛擬揚(yáng)琴音色作品。但是這些音色在職業(yè)編曲者的流行古風(fēng)作品中，都還是以渲染氣氛和音色點(diǎn)綴為主要功能，有時(shí)甚至成為鋼琴音色或其他鍵盤類樂器音色的拓展，而實(shí)際的演奏法和樂器音色最本源的特點(diǎn)，往往被使用者所忽視。此外，從揚(yáng)琴獨(dú)奏者的角度出發(fā)研究，或者用虛擬樂器來回放具有一定難度和藝術(shù)價(jià)值的揚(yáng)琴作品的嘗試幾乎是空白。但是這樣的研究又有著潛在的可能的巨大價(jià)值，它可以幫助一位獨(dú)奏者用更加具體化、參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)來審視自己的演奏，評價(jià)自己演奏的嚴(yán)謹(jǐn)性。這也是筆者想致力研究的主要方向，筆者愿借本文分享對這一領(lǐng)域初步研究的階段性思考。

一、計(jì)算機(jī)采樣技術(shù)淺析

（一）計(jì)算機(jī)采樣技術(shù)

計(jì)算機(jī)采樣技術(shù)是真實(shí)樂器虛擬化的一個(gè)重要進(jìn)程。在計(jì)算機(jī)音樂發(fā)展的早期，通過電腦來制作音樂所適用的音源都是通過合成算法模擬出來的，這樣的音色人性化程度較低，也不夠逼真，但是它不需要電腦有大容量的硬盤來儲(chǔ)存大量的音色樣本，也不需要很大的內(nèi)存來準(zhǔn)備隨時(shí)調(diào)用音色文件。不過隨著硬件拓展和軟件技術(shù)的發(fā)展，硬盤的存儲(chǔ)量和CPU的運(yùn)算速度都有了大幅提升，當(dāng)今的計(jì)算機(jī)音樂制作領(lǐng)域所使用的音源大部分為真實(shí)錄制的聲音文件，而不是通過合成器對波形進(jìn)行塑造所創(chuàng)造出來的虛擬聲音。所以，雖然我們把這種技術(shù)稱之為虛擬樂器技術(shù)，但其實(shí)我們使用的已經(jīng)是真實(shí)樂器本身實(shí)錄的音色了。

這種依次錄制樂器的不同音符以及同一個(gè)音符的不同力度或演奏法，把這些錄制好的音頻文件制作成音色文件，再到音序器軟件中進(jìn)行回放，就是我們所說的采樣技術(shù)。

（二）計(jì)算機(jī)采樣技術(shù)的原理

當(dāng)然我們可以用更通俗易懂的語言來描述采樣技術(shù)。試想一位音樂制作人在電腦前的MIDI鍵盤上演奏一份樂譜時(shí)，我們可以聽到另一件樂器演奏這段旋律所發(fā)出的聲音，制作人每按下一個(gè)琴鍵就相當(dāng)于按下了一個(gè)播放鍵，軟件則會(huì)根據(jù)制作人按了哪一個(gè)琴鍵，用什么樣的力度按的，有沒有技法的相關(guān)信息等內(nèi)容去播放一位演奏家在另一個(gè)時(shí)空內(nèi)錄制的單個(gè)音符的文件。當(dāng)這些不同力度、不同技法、不同高低的單個(gè)音符文件被依次播放的時(shí)候，我們便聽到了一條由這件樂器演奏的完整旋律了。所以與其說音樂制作人是在演奏MIDI鍵盤，倒不如說是在播放一個(gè)個(gè)采樣文件。

（三）計(jì)算機(jī)采樣的技術(shù)難點(diǎn)

初步了解了采樣技術(shù)的原理以后，我們可以進(jìn)一步來體會(huì)采樣的技術(shù)難度到底有哪些。

正如上文提到的，我們的每一個(gè)音符隨時(shí)都準(zhǔn)備被播放，這種播放是必須在電腦接收到MIDI信息的瞬間就實(shí)現(xiàn)的，而不是我們在電腦上打開一首歌那么簡單。當(dāng)我們在電腦上打開一首音樂作品時(shí)，從我們按下播放鍵，到音頻開始被播放是會(huì)有讀取時(shí)間的，而這樣的時(shí)間差在音樂制作過程中是無法被接受的，因此當(dāng)我要使用一個(gè)虛擬樂器，并希望通過自己的實(shí)時(shí)演奏來控制它的時(shí)候，就要求這個(gè)音色中所有的采樣，也就是那些音頻文件，或者我們也可以稱之為樣本文件都處于可以隨時(shí)被調(diào)用的狀態(tài)。換言之，就是這些文件都占用這電腦的內(nèi)存。而越細(xì)膩真實(shí)的音色的樣本量就越大，對電腦的內(nèi)存的要求也就越高。因此，采樣技術(shù)的第一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)就是大量高品質(zhì)的虛擬樂器同時(shí)調(diào)用時(shí)，對電腦的內(nèi)存仍有較高的要求。

其次，有些樂器的演奏法比較單一，有些樂器則非常復(fù)雜。鋼琴雖貴為樂器之王，但是它的采樣復(fù)雜程度并不高，因?yàn)榫鸵粋€(gè)音符而言，只有觸發(fā)和結(jié)束，因此錄制單個(gè)鋼琴音符的時(shí)候，我們只要考慮力度的大小就可以了。但弦樂則復(fù)雜得多，弓弦之間的接觸壓力，左手顫動(dòng)的頻率幅度，從一個(gè)音符的開始到結(jié)束幾乎形成每一個(gè)瞬間的無窮無盡的變化，要把這些變化細(xì)膩地依次刻畫出來，再對應(yīng)到相應(yīng)的演奏法的控制信息中，其復(fù)雜程度可想而知。因此，雖然鋼琴的音域更寬，但其實(shí)弦樂類樂器如小提琴的采樣樣本可能要大得多，也復(fù)雜得多。

因此，在下文中，我們將結(jié)合揚(yáng)琴的演奏技法和MIDI控制信息的關(guān)系來闡述一下，制作虛擬揚(yáng)琴的過程中我們?nèi)绾伟褬菲魈攸c(diǎn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來。

二、揚(yáng)琴基礎(chǔ)音色與采樣策略

揚(yáng)琴作為中國民族彈撥樂器組的成員，卻起源于波斯。這種中西合璧的特殊身份和它獨(dú)有的高貴血統(tǒng)，使它的音色既傳承了東方彈撥樂器“輕攏慢捻抹復(fù)挑”的豐富層次，又秉持了西方樂器音準(zhǔn)穩(wěn)定泛音豐富的特點(diǎn)。與鋼琴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似的擊弦原理在注入了更多的演奏技法后形成了揚(yáng)琴在彈撥樂中獨(dú)樹一幟的音色特點(diǎn)。

揚(yáng)琴的琴體屬于框架結(jié)構(gòu)，通過雙手持琴竹，敲擊琴弦，使之振動(dòng)后，通過琴碼的傳導(dǎo)，引起面板和共鳴箱內(nèi)的空氣共振而發(fā)出聲音，屬擊奏弦鳴類樂器[1]21。揚(yáng)琴基礎(chǔ)音色的特點(diǎn)基于它的結(jié)構(gòu)本身。

（一）揚(yáng)琴基礎(chǔ)音色特點(diǎn)

1.顆粒狀

顆粒狀特點(diǎn)是所有的彈撥類樂器的共同特點(diǎn)。白居易在《琵琶行》中所描述的“大珠小珠落玉盤”，便是對這種顆粒狀的音色最唯美的描述。與其他彈撥類樂器不同的是，揚(yáng)琴的顆粒狀音色是由噪音和樂音兩個(gè)部分組成。

噪音并非我們?nèi)粘Ｉ钪欣斫獾牟缓寐牭穆曇?，在音樂理論研究領(lǐng)域，噪音是指沒有穩(wěn)定振動(dòng)頻率的音。在對揚(yáng)琴音色的解析過程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，噪音是其重要的組成部分。這部分聲音來自琴竹與琴弦撞擊發(fā)出的聲音，這種聲音無關(guān)琴弦的振動(dòng)，只發(fā)生在演奏開始的一瞬間。這種聲音樣本本身沒有音高，沒有固定的振動(dòng)頻率，但它賦予了單個(gè)音符飽滿的音頭以及揚(yáng)琴作為彈撥樂器和打擊樂器的混合特性中區(qū)別于其他彈撥樂器的特有的音響效果。

樂音是指最為人所熟悉的音色中的外顯部分，我們通過聽辨所判斷出來的揚(yáng)琴的音高就來自于琴弦的振動(dòng)。這部分音色擁有一個(gè)相對穩(wěn)定的振動(dòng)頻率。這個(gè)頻率通過敲擊觸發(fā)，然后振幅逐漸變小，直至停止振動(dòng)，這個(gè)過程和鋼琴的原理非常相似。只是由復(fù)雜杠桿構(gòu)成的擊弦器換成了執(zhí)琴竹的雙手，使得敲擊更富有細(xì)膩的變化。

從物理意義上來說，我們可以看到，這類音色的波形的共同點(diǎn)，就是音頭的振幅較大，然后會(huì)以較短的時(shí)間，迅速衰減到較弱的水平，最后以較慢的速率結(jié)束振動(dòng)，如圖1所示。

圖1.揚(yáng)琴單個(gè)音符數(shù)字波形圖

與其他彈撥樂器相比，揚(yáng)琴在延伸過程中的變化相對較少，如用手按壓琴碼的另一側(cè)來改變音高這樣的技巧，在揚(yáng)琴中并不常見。因此其音色的復(fù)雜程度并沒有琵琶和古箏那么高。所以對于單個(gè)音符的采樣只要考慮從輕到響的力度變化就可以了。

2.頻響范圍

我們之所以還可以接受揚(yáng)琴?zèng)]有踏板的狀態(tài)，這和揚(yáng)琴音色自身的頻率特點(diǎn)有關(guān)。不同樂器演奏同一個(gè)音高時(shí)所產(chǎn)生的各個(gè)不同頻段的反應(yīng)是不一樣的。例如我們可以讓大提琴在非常高的把位下演奏小提琴音區(qū)內(nèi)的音符，但同樣的音符由小提琴來演奏聽起來會(huì)更加明亮。同樣我們可以讓女聲壓低聲線來演唱男生的音色，但那樣的音色會(huì)比男聲演唱時(shí)昏暗很多。所以每一個(gè)相同音高的振動(dòng)頻率雖然都是相同的，但它們是各種不同頻率復(fù)雜疊加后的結(jié)果，同一個(gè)音高可能擁有完全不同的高、中、低頻的分配情況。揚(yáng)琴雖然可以演奏音區(qū)較低的音符，但它的低頻并不是非常的豐沛。因此，即使在無法制音的情況下，中低頻的渾濁感仍然是可以被接受的。我們同樣可以比較一下同為民族彈撥樂器的古箏和琵琶在演奏標(biāo)準(zhǔn)音時(shí)的頻譜和揚(yáng)琴的差別。如圖2、3、4所示。

圖2.揚(yáng)琴演奏標(biāo)準(zhǔn)音的頻響范圍

圖3.琵琶演奏標(biāo)準(zhǔn)音的頻響范圍

圖4.古箏演奏標(biāo)準(zhǔn)音的頻響范圍

從以上的頻響范圍對比我們可以看出，在同樣演奏標(biāo)準(zhǔn)音的情況下，古箏擁有最豐富的低頻，琵琶的低頻最弱，揚(yáng)琴的低頻介于兩者之間。揚(yáng)琴的中高頻在5k之前是三個(gè)彈撥樂器中最豐富的，直到5k之后才略少于琵琶的高頻。

所以揚(yáng)琴擁有較寬的頻段，在最低頻和最高頻的衰減表現(xiàn)得比較平滑。

（二）基礎(chǔ)音色的采樣策略

1.顆粒狀音色的采樣策略

如上所述，顆粒狀音色的主要特點(diǎn)是擁有振幅較大的音頭，伴隨快速衰減和較長的音尾，所以對于樣本錄制要保留音頭的沖擊力，營造出音頭的沖擊力的頻率主要集中在中高頻。不同的電容話筒的頻響范圍不同，同一支話筒在錄制時(shí)，離聲源的遠(yuǎn)近也會(huì)影響得到的樣本的高頻與低頻的比例。所以在記錄音頭的細(xì)節(jié)時(shí)，我們應(yīng)該盡量選擇，高頻反應(yīng)靈敏的話筒，放置在離擊弦點(diǎn)盡可能近的地方。但過大的沖擊力，也可能造成擺放較近的話筒的過載。這樣的問題我們可以通過掛壓縮器來解決，但在使用壓縮器之前，在過載和清晰記錄細(xì)節(jié)之間選擇平衡點(diǎn)，找到適中的距離和位置是至關(guān)重要的。其次是樣本的長度問題，樣本長度一定要延伸到余音在空間內(nèi)完全消失后的一到兩秒。即使琴弦完全停止震動(dòng)，錄制的空間內(nèi)依然會(huì)有聲音反射衰減后留下的混響聲。因此，我們要為聲音樣本文件錄制留有足夠的長度，以保證使用時(shí)音色的逼真和自然。

2.頻響范圍的采樣策略

在與古箏、琵琶比較后，我們已經(jīng)知道揚(yáng)琴的音色覆蓋的頻率更寬，因此在采樣的過程中我們應(yīng)該選擇頻響曲線較為平順，尤其在中、高頻反應(yīng)更加靈敏的話筒。在話筒不變的情況下，縮短話筒與擊弦點(diǎn)之間的距離也可得到更多的高頻，來增加音色的亮度和穿透力。此外，對于錄制空間的選擇也非常重要。應(yīng)盡可能避免空間內(nèi)光滑平面之間的反射波形的疊加而產(chǎn)生的多余的低頻，這樣會(huì)導(dǎo)致音色的混濁。

三、演奏技法激發(fā)的多元音色呈現(xiàn)與采樣策略

揚(yáng)琴的演奏技法非常豐富，不同的演奏技法會(huì)帶來獨(dú)特的音響特征，使音色產(chǎn)生更豐富細(xì)膩的變化。比如很多細(xì)膩的手指、手腕、手臂結(jié)合的技巧都可以轉(zhuǎn)化成若干個(gè)音符，以一定速率和力度方式的組合，衍生出有細(xì)微差別的音色。只是這類技巧過于瑣碎細(xì)膩，篇幅所限，不便單獨(dú)分析。本文僅以對音色變化產(chǎn)生明顯影響的較為常用的演奏技法為例加以闡述，說明一切演奏技法都是為了音色和旋律的完美呈現(xiàn)服務(wù)的，因此，由演奏技法帶來的音色變化也是采樣里不可忽視的部分。

（一）演奏技法與音色

1.擊弦、撥弦、音效類[1]21；32；39演奏技法

擊弦類中的正竹擊弦和反竹擊弦是高度近似的兩種演奏方式，只是由于使用了琴竹不同的部位擊弦而產(chǎn)生了不一樣的音色。輪竹，也就是我們通常所說的輪音，是采樣時(shí)所面臨的最復(fù)雜的一項(xiàng)揚(yáng)琴技巧。我們?nèi)舭凑杖忠舴蛄姆忠舴踔習(xí)r值更小的大量單個(gè)音符的緊密觸發(fā)來還原輪音的話，那樣的輪音將及其缺乏人性化表達(dá)，甚至覺得那樣的聲音更像是電子警報(bào)器或是機(jī)槍的掃射，而非揚(yáng)琴的演奏。這是因?yàn)閾P(yáng)琴輪音過程中的左右手力度輕微的差別，和每一個(gè)音符間距的細(xì)微差別以及每一個(gè)顆粒在一定程度內(nèi)的一致性之間的統(tǒng)一，構(gòu)成了真正的輪音。加之輪音過程中的各種力度變化，就使得輪音成了采樣中最難面面俱到詳細(xì)刻畫的演奏技巧。

撥弦類中的琴竹尾部撥弦，對于揚(yáng)琴來說，是一種借鑒其他民族彈撥樂的演奏手法，是豐富揚(yáng)琴自身技法的一種重要音色組成。

音效類中的泛音是一種表達(dá)特定意境的演奏技法。作為構(gòu)成揚(yáng)琴音色的一部分，在豐富揚(yáng)琴表達(dá)內(nèi)容的完整性上有重要的意義。

2.延音與制音類[1]43演奏技法

制音類演奏技法是指對揚(yáng)琴的延音進(jìn)行有效的控制與運(yùn)用。揚(yáng)琴制作工藝的改革早就將制音系統(tǒng)視為可提升的重要工藝。隨著現(xiàn)代揚(yáng)琴作品的不斷涌現(xiàn)，制音類技巧成了現(xiàn)代揚(yáng)琴演奏中新的重要技法。關(guān)于制音問題，雖然同為彈撥樂，古箏、琵琶與揚(yáng)琴的振動(dòng)延伸的特性卻并不完全相同。

較之揚(yáng)琴數(shù)以百計(jì)的琴弦，琵琶卻只有四根，它是靠左手的運(yùn)動(dòng)，按壓琴弦的不同位置來得到不同的音高的。這一點(diǎn)與吉他非常相似。因此琵琶在彈奏的過程中只會(huì)留下最近演奏過的若干音符的余音，一旦左手的手指離開琴弦，那個(gè)音符便不會(huì)繼續(xù)振動(dòng)延伸了。另外，即使在左手不離開琴弦，讓某一個(gè)音符充分振動(dòng)自由延伸到振動(dòng)完全通過自然衰減而徹底消失，琵琶的衰減也比揚(yáng)琴快得多。因?yàn)閾P(yáng)琴單個(gè)音的琴弦數(shù)量更多，更加穩(wěn)定，而且有一個(gè)體積更大的共鳴腔體。

相比較而言，古箏的延伸狀態(tài)與揚(yáng)琴更加相近，由于每根琴弦只負(fù)責(zé)一個(gè)音高（特殊技法對音高的改變除外），因此在演奏其他音符的時(shí)候，之前的音符都會(huì)得到充分的振動(dòng)和衰減的時(shí)間。但是古箏的演奏依靠的是十根手指（實(shí)際演奏過程中經(jīng)常只使用八根），而揚(yáng)琴的演奏只依靠兩根琴竹；古箏的琴面面積又比揚(yáng)琴小得多，所以古箏的制音非常方便；而且在演奏古箏過程中，演奏者很可能將手指提前擺放到即將演奏的琴弦上，這樣一來，已經(jīng)下意識地停止了這根弦的振動(dòng)從而起到了制音的作用。

因此，與同為民族彈撥樂器的琵琶和古箏比較，揚(yáng)琴的制音能力是最弱的，但制音能力弱并非是樂器的缺陷，那種氣勢如虹，排山倒海般洶涌澎湃而出的音響，反而成為揚(yáng)琴自身的重要特點(diǎn)。而且我們似乎也習(xí)慣了接收這一點(diǎn)點(diǎn)聲音上的渾濁，從另一個(gè)整體的聽覺角度去欣賞揚(yáng)琴。

（二）針對演奏技法的采樣策略

1.話筒擺放與樣本采集

如上所述，揚(yáng)琴的音色由擊弦、振動(dòng)、共鳴三個(gè)部分組成，因此我們要對三個(gè)部分分別進(jìn)行話筒的擺放。第一組話筒應(yīng)放在貼近琴碼的位置來刻畫擊弦部分，或者甚至可以用夾式話筒，直接夾在琴碼上，這類話筒需要有很好的高頻相應(yīng)能力，對低頻的要求并不高。第二組話筒應(yīng)該放在兩排琴碼之間的琴弦上方來記錄琴弦的震動(dòng)。第三組話筒，應(yīng)該放在揚(yáng)琴的底面指向琴身的出音孔。這部分話筒必須有較寬的頻響范圍，尤其在中低頻上要足夠細(xì)膩和溫暖。三組話筒之間的音量比例經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)試使得揚(yáng)琴音色的各個(gè)組成部分更加協(xié)調(diào)。通過刻畫顆粒感的擊弦和表達(dá)音高的琴弦以及拓展共鳴的腔體的共同表達(dá)，就可以塑造出完整的揚(yáng)琴音色。

完成了話筒的擺放和音色中的不同構(gòu)成的各種內(nèi)容的比例調(diào)試后，就可以按照這些特點(diǎn)來逐一采集我們需要的采樣了。首先是單個(gè)音符在一種演奏狀態(tài)下從輕到響的逐步記錄；然后依次更換演奏技法，將每一組演奏法中的每個(gè)音符都按從輕到響順序逐個(gè)記錄，就完成了音色庫樣本的采集。但是像輪竹這類個(gè)性化程度極高的音色，我們可以從輪竹密度、持續(xù)力度、漸強(qiáng)或漸弱以及強(qiáng)弱變化延伸的時(shí)間等維度考慮樣本的分配方案。

2.延音與制音的采樣策略

這里所說的延音，其實(shí)就是上文中提到的顆粒狀特點(diǎn)的振幅衰減部分，也就是我們通常所說的余音。這部分隨著揚(yáng)琴制琴工藝的改良，已經(jīng)發(fā)展成可以通過踏板人為控制的聲音效果了。因此，在采樣時(shí)，除了要客觀記錄那些從觸發(fā)一直衰減到震動(dòng)完全停止的聲音樣本外，我們還要記錄下因制音而發(fā)生的聲音停止，這種停止并非聲音的消失，它還包括空氣聲以及錄制空間內(nèi)的反射聲，同時(shí)還伴有踏板杠桿裝置中軸承的聲音以及制音器與琴弦撞擊或擠壓時(shí)發(fā)出的聲音，這些聲音本身雖然與音樂無關(guān)，但這些聲音記錄下了演奏者的動(dòng)作細(xì)節(jié)，更完整地還原出演奏者演奏的狀態(tài)。

結(jié) 語

在對采樣技術(shù)的分析研究過程中，我們對揚(yáng)琴音色進(jìn)行了深入細(xì)致的分析，并以此為依據(jù)對計(jì)算機(jī)采樣提出了更高要求，從更加理性的數(shù)字化聲音樣本的角度對樂器音色特點(diǎn)構(gòu)建了更加全面的認(rèn)知。這樣的認(rèn)知可以幫助一名演奏家更好地順應(yīng)人工智能在樂器虛擬化進(jìn)程中的發(fā)展趨勢，并幫助揚(yáng)琴的演奏更好地被電子音樂表現(xiàn)出來。人工智能在虛擬樂器領(lǐng)域的發(fā)展是以理性的樣本分析為基礎(chǔ)的，但它最終還是要回歸感性，并尋求讓計(jì)算機(jī)像演奏家一樣演奏出富有情感和表現(xiàn)力的音樂的可能性。而作為一名演奏家在表達(dá)作品時(shí)一定是充滿情感的，研究和學(xué)習(xí)采樣技術(shù)和人工智能應(yīng)用的發(fā)展是回歸理性的過程，但同時(shí)還要不斷追求自身的演奏所表達(dá)的藝術(shù)價(jià)值，追求演奏的不可取代性。正是這種以取代為目標(biāo)的采樣技術(shù)的發(fā)展和以不可取代為目標(biāo)的演奏家的藝術(shù)追求，以及理性和感性的互為回歸，造就了科技與藝術(shù)的共同繁榮發(fā)展。