頻譜分析在專業鋼琴教學中的應用

司徒曉曦

摘要：本文通過運用matlab軟件，分析同一樂句的時域圖和功率譜圖，對四種不同的演奏發力方式進行了深入的研究。建議在音樂教學當中將此思路用于課堂，豐富教學形式，通過對其頻譜圖與優秀演奏家頻譜圖的對比，讓學生能更加直觀地糾正練習中的誤差和偏差，改善其發聲狀況，獲得良好的音色。

關鍵詞：頻譜分析;鋼琴教學;發力部位

傳統鋼琴教學以口耳相傳、教師示范為主，音樂知識與彈奏技巧的傳授都較為抽象，學生對好聲音的理解僅僅局限于自身的認知，初學者更是不能準確鑒別自己的演奏發聲。實驗心理學家Treicher有個著名的試驗結論稱：人們在學習時通過視覺感官獲得的知識占83%，聽覺占11%，所以，視覺認知在學習中不容忽視。例如學習者往往很難理解觸鍵部位及力度大小對鋼琴音色的影響程度，如果在教學過程中引入頻譜分析技術，畫出聲音信號的頻譜圖，這樣就能更直觀、更科學地幫助學生再現情景，豐富課堂教學形式，將專業鋼琴教師在教學中的引導作用更好地發揮出來。這樣不僅能使學生提高學習鋼琴的效率，還能激發學生學習鋼琴的興趣，提高主動性和積極性。同時也能將音樂現代化教育的優勢發揮出來。

一、頻譜分析技術適用于鋼琴音色特點

首先，每一種聲音都是由振動產生，不同的物體在振動的時候都有不同的特點（如同每個人的手各有不同一樣）。由于材料結構的不同、發聲體的音色自然也會不一樣。聲音除了有一個“基音”外，還會加上許多不同的頻率（每秒鐘的振幅次數），與泛音（泛音是音色特點的主要因素）重合便形成了不同的音色。我們根據音色的不同，可以區分不同樂器的聲音。

其次，音色的變化在于頻譜的變化。不同的振幅速度、振動頻率、混音比例都會對音色的改變起到不同的作用。在一架鋼琴上演奏同一首樂曲時，不同的演奏者由于采用的演奏技巧甚至心理狀態的不同，都會導致聲音具有不同的音色。

最后，鋼琴的音色特點可以從頻譜分析的角度進行完美的詮釋。在音樂藝術中，所使用的音一般只限于約每秒振動27-4100次的范圍內[1]。鋼琴的發音頻率大部分集中于2000赫茲以下，早在1954年，Helmholtz[2]等人對聲音進行了頻譜研究，研究中指出音色感知與頻譜形狀有關。本文將對不同演奏方式下的鋼琴聲音進行頻譜分析，觀察其中的區別和聯系。

二、鋼琴音色的主要影響因素

樂音的音色是由混入基音的泛音所決定的。每個基音都有其固有頻率和不同音強的泛音，因此使得每個聲音都具有特殊的音色效果，而觸鍵部位及力度對鋼琴的音色起到至關重要的作用，所以我們將研究的重點放在發力部位對音色的影響上。

鋼琴演奏者在演奏時力度的來源大致可分為手指發力、手腕發力、小臂發力及大臂發力。

1.手指發力：觸鍵面積較小、下鍵較快、所發出的音量也相對明亮而干凈，適合于快速跑動中的運用。

2.手腕發力：手掌重心下移、下鍵較深、彈性較強、所產生的音量略微增大，更適合彈奏較為跳躍性的曲目。

3.小臂發力：觸鍵面積較大、下鍵用力都較為緩慢，可彈出如歌似的連奏及光滑圓潤的效果，適合與演奏浪漫的抒情歌曲。

4.大臂發力：觸鍵面積很大、重心靠后、動作遲緩、下鍵深，所發出的音量巨大，音色厚重，適合于演奏較為嚴肅或莊嚴的進行曲。

本文將以演奏同一樂句為例，分析在這四種典型的發力部位及方式下的聲音頻譜的異同。

三、同一樂句在四種發力方式下的表現

實驗測試1——手指發力

在一臺普通的珠江凱撒堡鋼琴上，用SONY數碼錄音棒ICD-PX470錄制《我和我的祖國》旋律56543215。運用matlab軟件的Signal Analyzer工具包進行聲音信號處理，畫出了錄音的時域圖和功率譜，見下圖1。可見，彈奏的每一個音都類似三角形狀，走向都是開始飽滿，逐漸衰弱。由于手指發力這種演奏方式屬于非連奏演奏快速收鍵。所發出的聲音音頭明顯，但尾音收的較為干凈，音的持續性較弱。這種彈法在實際演奏中注重手指的顆粒型及聲音的穿透力，整個手型呈拱型，手指主動擊鍵，將3關節作為支撐，手腕及整個前臂保持不動。這樣發出穿透力的聲音也就變得簡單，琴槌擊打琴弦也變得更快。手指擊鍵時采用75度回拉的方式能更快的形成加速度，擊鍵的面積也變得更小，更有利于將發力點集中于手指尖上完成敲擊動作。

實驗測試2——手腕發力

用同一臺鋼琴，用同樣的錄音棒，錄制同樣一首歌的同樣一段旋律，見下圖2。易見，采用手腕觸鍵發出聲音聲波圖形，三角形的長度變短了，走向雖然開始飽滿但衰減急速。由于手腕發力這種演奏方式屬于鋼琴演奏中斷奏快速收鍵的演奏方式。所發出的聲音音頭更為明亮，尤其是尾音收的極為干凈，音的持續力很短。這種彈法在實際演奏過程中更注重手腕的上下擺動及聲音的彈性，手腕重心下移，觸鍵雖在琴鍵底部但具有較好的彈性，所產生的音量就手指發力相比略微加強，尤其適用于彈奏一些較為跳躍和較好彈性的樂曲。整個手型同樣呈拱型，手腕主動向下且手指被動觸鍵，手腕作為支撐的中心，手指和小臂保持不動，這樣發出的音不僅集中還具有非常好的彈性，達到借力使力的反彈效果。這個動作的關鍵點在于瞬間發力，在下落過程中放松，將力量集中于觸鍵瞬間的一個點上面。雖然聲音明亮但隨著手腕的反彈上行聲音消失急快。

實驗測試3——小臂發力

同一個演奏者，用同樣的鋼琴，仍然錄制同一條旋律，見圖3。可見，采用小臂觸鍵發出聲音聲波圖形，三角形和前面兩個圖形比變的細長，整體呈逐步遞減狀，中段在進行中穩定性較好。這種小臂發力的演奏方式是連奏慢速收鍵。所發出的聲音音頭不明亮、不突出、尾音緩慢衰減，持續時間較長。

在實際演奏過程中更注重肘部的主動下行，手型在整個過程中呈趴窩式，手指和手腕被動向下，將手肘作為整體的支撐，手指及整個手腕保持穩定。可以彈奏出如歌似的連奏，音色飽滿且柔和，可以表現出朦朧、縹緲、空靈等音樂風格。由于琴槌緩慢的擊打琴弦這樣發出的聲音顆粒性被大大減弱，連音的持續性增強，圓潤度增加。加之采用水平觸鍵的方式，擊鍵的面積也變大，更有利于形成發力點音色分散的效果。

實驗測試4——大臂發力

同一個演奏者，用同樣的鋼琴，仍然錄制同一條旋律，見圖4。可見，采用大臂發出聲音聲波圖形，三角形和前面兩個圖形比變的細長而扁平，整體呈逐步遞減狀，中段在進行中穩定性很好。這種大臂發力的演奏方式是屬于連奏慢速收鍵。在實際演奏過程中更注重大臂的左右擺動，重心靠后，慢速移動。可彈出較厚重的、寬曠的、有持續音色特點。

四、結論

本文對鋼琴演奏中不同部位發力下的聲音進行分析，運用matlab軟件的Signal Analyzer工具包進行聲音信號處理，畫出了同一樂句錄音的時域圖和功率譜圖，從圖中可見，手指發力適合于快速跑動中的運用;手腕發力更適合彈奏較為跳躍性的歡快曲目;小臂發力適合演奏浪漫的抒情歌曲;大臂發力則適合演奏較為嚴肅的進行曲。

在未來的教學中，可將該方法運用于鋼琴、聲樂等課堂教學中，豐富課堂教學形式，讓學生更加直觀地進行發聲或演奏練習，及時糾正練習中的誤差和偏差。可通過研究優秀發音頻譜圖的基礎上，對于部分常見的發聲或發音弊端，通過對其頻譜圖與優秀演奏家頻譜圖的對比分析，結合聽覺感受，指出其在發聲、發音和發力上所存在的不足。參照優秀演奏家的頻譜圖進行練習，以視覺協助其聽覺，不斷調整其發聲狀態，最終改善其發聲狀況，獲得良好的音色。

參考文獻：

[1] Hermann，Helmholtz，On the sensations of tone as a physiological basis for the theory of music[M].New York：Dover.1954.

[2]安亮山，劉誠.基本樂理[M].四川美術出版社，2006.