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音高标识与音律计算


  至于弦上的音分计算当然并不仅仅是为着三种律制的比较。本世纪四十年代,我国音乐大家杨荫浏先生在进行音律研究时,就是借助了弦准,即在弦上确定一标准音,然后确定所测之音在弦上的按弦点,通过按弦点同弦上的基准点的比例,算出所测之音的音高或音程。例如一根长58公分的弦,音高(空弦音)为d1(293.66Hz),现测得某音与弦上47.65公分处所发之音等高,算出所测之音的高度(频率)。

  解:由于频率同弦长成反比,所以所测之音同空弦音的音程,即为这两段弦长的对数差与音分计算比例常数之积。列式如下:

  (lg58——lg47.65)´ 3986.314 = 0.08537 ´ 3986.314 = 340.31(音分)。

  由于d1比c1高大二度,故而d1为5000音分,今再加340.31音分,故而为5340.31音分,其音高为F4+40。运用前面述及的音分同频率换算的方法,可列出以下算式:

  5340.31¸ 3986.314 + 1.2136 = 2.5533

  查2.5533的反对数为357.52,由此可知,该音的音高为357.52(Hz)。

  关于弦上的频率及音位计算,只能计算其相对音高,不能计算其绝对音高。弦的绝对音高的确定必须凭藉其他能确定绝对音高的乐器。正因为这个缘故,汉代的京房既明确指出“竹声不可以度调”,而在涉及弦准的绝对音高时又不得不牵涉到律管,晋代的杨泉也认定“以管定音,以弦定律”。


音高标识与音律计算
 

  何不能确定绝对音高呢?这从弦的频率公式的分析中就可以获得证明。弦的频率公式是:

  从弦的频率公式可知:虽然弦的频率(F)与弦长(L)成反比,同弦的张力(T)的平方根成正比,同弦的质量(m)的平方根成正比。作为弦乐器上的弦,尽管弦成可以测量,但是其张力与质量都是无法准确测定的,因此频率(F)也就无法确定。

  (三)从频率计算音分

  从频率计算音分是比较简单的。它与弦上的音位计算正好为逆运算。若两个频率分别为1362.76Hz与1485.95Hz,求这两个频率之间的音程。可列出以下算式:

  (lg1485.95lg——1362.76)´ 3986.314 = (3.172 ——3.134)´ 3986.314

  = 0.038´3986.314=151.48(音分)。

  (四)关于板乐器及管乐器的频率

  音律既然是乐器的重要属性,那么除了弦乐器而外,还有打击乐器和管乐器。打击乐器如钟磬,属于板振动。板振动的固有频率的计算,乃是凭藉的经验公式,因此除了可以对它测出的频率进行计算而外,目前还无法对它本身的固有频率进行计算。

  作为板振动的钟磬,尤其是特殊的板振动的乐器——钟,据说西周就有所谓“立均出度”的“均钟木”。尽管东周出土的钟磬有校音的痕迹,但是所校音高的范围不大。由此可见,自西周始,用这“均钟木”来铸造具有绝对音高的钟磬是完全可信的。但是这“均钟木”究竟是如何“立均出度”的,如今已成了难解之谜。

  至于管乐器,常常见到人们述及它们的频率公式或音程公式,看起来管乐器的固有频率似乎是完全可以计算的。实际上管乐器除了可以对它们所奏出的音高进行计算而外,作为乐器的固有频率(频率公式)或音程公式,目前还无法进行计算。以下略述其原因。

  首先就管乐器的基频公式来说,其频率应该同声波速度成正比,同气柱的长度成反比。这看上去似乎很简单,但是其真实情况却不是这么简单。原来管乐器不仅有开管乐器和闭管乐器,笔者还发现另有开管与闭管的结合型的管乐器。就开管与闭管来说,以边棱音为激振源的笛类乐器,与簧哨乐器的情形又明显不同。例如笛类乐器中的箫笛,其两端与外界大气相接,因此两端都有管口校正量,作为闭管的我国古代律管和排箫,只有一端与外界大气相接,因此只有一个管口校正量。而就簧哨乐器来说,尽管其吹奏端已含于口中或与唇紧密相接,却仍然有开管与闭管之分。例如中国的筚篥、管子与巴乌,外国的单簧管等都是闭管,中国的唢吶,外国的双簧管、大管、萨克斯管,以及各种号,都是开管。那么簧哨乐器中的开管乐器应该有一个还是两个管口校正量?这恐怕是我们的物理学家们还没有认真考虑过的问题吧?

  再就最简单的笛类乐器来说,律管和排箫的情形应该是一样的,二者之间的管端校正量(因为是闭管,应该只有一个管端校正量)是否应该相同?再就箫笛来说,其声学情形更是完全相同的。可是所有制作箫笛的人都知道,确定笛子音孔位置的公式绝对不适宜于确定洞箫的音孔位置。这是什么道理?原来箫和笛的音调不同而导致管长不同,即使管口校正量相同,其音孔位置的比例也必然不同;实际上箫和笛的管口校正量也确实不同,所以确定音孔位置的方法也就必然不同。

  欲求管乐器的计算频率(不是实测),必须求得频率计算公式;欲求管乐器的频率计算公式,必须求得管乐器的管口校正量和管乐器中振动着的气柱的声波速度。可是别说各种管乐器的管口校正量各不相同,就是管乐器中的声波速度如今也多是借用了大气中的速度,这显然是未必切合实际的。

  基于以上分析,可知有关音律计算方面的问题,无论是弦律还是管律,都有许多有待深入研究的内问题。我们在这方面所知的确实还太少。

  注释:

  注1.请参阅拙文《黄钟正律析——兼议律管频率公式的物理量》,载南京艺术学院学报《艺苑》(音乐版)1989年第1期。

  注2.见杨荫浏先生为1950年上海万叶书店出版缪天瑞先生所着《律学》一书的序言。

 
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