李昊辰，付曉東

（1.北京市大峪第二小學(xué)，北京 102300；2.中國音樂學(xué)院，北京 100101）

皮膜作為二胡聲能的共振體與輻射體，其材料性能對二胡音色起著非常重要的影響。采用傳統(tǒng)蟒皮的二胡，其不同個體間的音色存在一定差異，且易受環(huán)境溫度、濕度影響。此外，使用蟒皮制作的二胡，還存在有違反環(huán)保公約與限制出境的問題，這對二胡藝術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了一定的制約。

國家林業(yè)局于2004年出臺《中國野生動物經(jīng)營利用管理專用標(biāo)識》的規(guī)定，由此興起了替代蟒皮新型材料研究的熱潮。市場上涌現(xiàn)出大量二胡人工皮膜材料，包括合成纖維織物為基底的復(fù)合膜、聚酯膜底與纖維骨架復(fù)合膜、單層或多層聚酯膜底等各種類型的人工皮膜。然而，由于材料結(jié)構(gòu)與性能的多樣性，二胡人工皮膜并無統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與評測體系，演奏者也對其音響質(zhì)量、演奏性能的評價褒貶不一。

因此，運用科學(xué)手段對二胡人工皮膜進行檢測與評價，以此規(guī)范市場，確立質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可以對二胡樂器產(chǎn)業(yè)與二胡藝術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要的推動作用。本文將從音樂聲學(xué)的角度入手，對市面上常見的四種人工皮二胡進行聲學(xué)檢測分析，并從客觀層面進行對比評測。

1 實驗準(zhǔn)備

1.1 琴體與皮膜的選擇

為了最大程度地保證實驗的客觀性，本次實驗用到八把六角型二胡，琴體均由某樂器廠采用同批次科特迪瓦紫檀木料，于2018年3月統(tǒng)一制作而成。除琴體外，這八把二胡的琴弦、千斤等，也均采用同品牌、同批次部件。八把二胡琴體蒙制以不同類型的皮膜，但保證其琴碼、墊布及琴弓等部件的同一性，有效保證實驗過程中皮膜為唯一變量。

八把二胡中的四把為蟒皮二胡，四把為人工皮二胡。蟒皮二胡1與蟒皮二胡2的琴皮來自同一條蟒蛇的不同部位，蟒皮二胡3與蟒皮二胡4的琴皮來自另一條蟒蛇的不同部位。四把人工皮二胡分別選擇市面在售的價格最低、價格最高，以及添加棉線、添加玻璃纖維的四種人工皮，分別命名為人工皮二胡1、人工皮二胡4、人工皮二胡2和人工皮二胡3。

1.2 音頻錄制與音頻分析

本次錄音共使用2支傳聲器，型號均為DPA4006全指向傳聲器，傳聲器擺放在二胡演奏者后方45°位置，距離琴筒1 m，距離地面高度78 cm，與琴筒保持水平。拾音方式如圖1所示。

本次采樣過程中，擔(dān)任二胡演奏的人員均為中國音樂學(xué)院二胡專業(yè)本科四年級學(xué)生，錄音系統(tǒng)為ProTools HD數(shù)字音頻工作站，采樣頻率為48 kHz，采樣精度為24 bit。音頻分析軟件采用GMAS 2.0通用音樂分析系統(tǒng)與Sonic Visualiser 3.2音頻分析軟件，數(shù)據(jù)分析則采用Matlab 8.5。此外，采用B&K2250聲級計測量不同皮膜二胡的音強。

圖1 拾音方式示意圖

圖2 蟒皮二胡1平均音強統(tǒng)計圖

圖3 蟒皮二胡2平均音強統(tǒng)計圖

圖4 蟒皮二胡3平均音強統(tǒng)計圖

圖5 蟒皮二胡4平均音強統(tǒng)計圖

2 不同材質(zhì)皮膜對二胡音強的影響

音強又稱“響度”或“音量”，單位為分貝（dB）。音強與音高、音色、音長并稱為“樂音四要素”，是評價樂器聲音的一個重要指標(biāo)。

本次實驗聲級計擺放的位置與錄音的傳聲器位置相同，計權(quán)方式為A計權(quán)。以下平均音強統(tǒng)計圖中的數(shù)據(jù)為三名演奏員三次演奏的平均值。

2.1 蟒皮二胡音強

圖2為蟒皮二胡1平均音強統(tǒng)計圖。蟒皮二胡1全音域內(nèi)音強最大的音是G4，其響度為92.85 dB；音強最小的音是#F7，其響度為51 dB；動態(tài)范圍最大的單音是E6，其數(shù)值為28.75 dB；動態(tài)范圍最小的單音是D7，其數(shù)值為10.9 dB。蟒皮二胡1在G5—#F6之間存在明顯的響度低谷①，在G6—#F7之間音強呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。

圖3為蟒皮二胡2平均音強統(tǒng)計圖。蟒皮二胡2全音域內(nèi)音強最大的音是G6，其響度為94.1 dB；音強最小的音是D6，其響度為56.55 dB；動態(tài)范圍最大的單音是E4，其數(shù)值為25.95 dB；動態(tài)范圍最小的單音是D7，其數(shù)值為10.7 dB。蟒皮二胡2在G5—G6之間存在明顯的響度低谷，在G6—#F7之間音強衰減較為平緩。高低音區(qū)的響度表現(xiàn)整體較為均衡。

圖4為蟒皮二胡3平均音強統(tǒng)計圖。蟒皮二胡3全音域內(nèi)音強最大的音是G4，其響度為94.6 dB；音強最小的音是#F7，其響度為56.05 dB；動態(tài)范圍最大的單音是#F6，其數(shù)值為26.4 dB；動態(tài)范圍最小的單音是#C7，其數(shù)值為9 dB。蟒皮二胡3在G5—G6之間存在明顯的響度低谷，A6—#F7之間音強呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢。

圖5為蟒皮二胡4平均音強統(tǒng)計圖。蟒皮二胡4全音域內(nèi)響度最大的音是G5，其響度為96.85 dB；音強最小的音是D6，其響度為56.15 dB；動態(tài)范圍最大的單音是#C7，其數(shù)值為25.1 dB；動態(tài)范圍最小的單音是A6，其數(shù)值為12.85 dB。蟒皮二胡4在A5—G6之間存在明顯的響度低谷，A6—#F7之間音強呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢。不同音區(qū)的響度表現(xiàn)整體較好。

總體來看，4把蟒皮二胡在音強方面的表現(xiàn)具有一定的統(tǒng)一性，如在G5—G6之間存在響度低谷，皮膜出自同一塊蟒皮不同部位的蟒皮二胡3及蟒皮二胡4，在A6-#F7之間音強均出現(xiàn)明顯的衰減趨勢。表現(xiàn)較為突出的是蟒皮二胡2和蟒皮二胡4，尤其在高音區(qū)域（G6—#F7），音強走勢相對較穩(wěn)定。同時，這兩把二胡的皮膜選材，也是四把二胡中部位相對較好的兩塊皮膜。

2.2 人工皮二胡音強

圖6為人工皮二胡1平均音強統(tǒng)計圖。人工皮二胡1全音域內(nèi)音強最大的音是#F4，其響度為95.1 dB；音強最小的音是D7，其響度為53.05 dB；動態(tài)范圍最大的音是B5，其數(shù)值為30.1 dB；動態(tài)范圍最小的音是D7，其數(shù)值為18.1 dB。人工皮二胡1有兩個音強能量的響度低谷，在A6—D7之間音強呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢。

圖6 人工皮二胡1平均音強統(tǒng)計圖

圖7 人工皮二胡2平均音強統(tǒng)計圖

圖8 人工皮二胡3平均音強統(tǒng)計圖

圖9 人工皮二胡4平均音強統(tǒng)計圖

圖7為人工皮二胡2平均音強統(tǒng)計圖。人工皮二胡2全音域內(nèi)音強最大的音是E4，其響度為97.85 dB；音強最小的音是E6，其響度為53.15 dB；動態(tài)范圍最大的音是A4，其數(shù)值為28.25 dB；動態(tài)范圍最小的音是B6，其數(shù)值為11.75 dB。人工皮二胡2在D4—E6之間音強總體呈下降趨勢，A5-G6及A6—E7之間存在兩個較為明顯的響度低谷。

圖8為人工皮二胡3平均音強統(tǒng)計圖。人工皮二胡3全音域內(nèi)音強值最大的音是#F4，其響度為95.05 dB；音強最小的音是#F7，其響度為51.1 dB；動態(tài)范圍最大的音是B5，其數(shù)值為25.5 dB；動態(tài)范圍最小的音是G6，其數(shù)值為15.05 dB。人工皮二胡3在強力度演奏時，音區(qū)從低到高的響度值總體呈下降趨勢；弱力度演奏時，在G5—G6之間存在明顯的響度低谷，G6—#F7之間音強呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢。

圖9為人工皮二胡4平均音強統(tǒng)計圖。人工皮二胡4全音域內(nèi)音強最大的音是#F4，其響度為95.55 dB；音強最小的音是#F7，其響度為51.25 dB；動態(tài)范圍最大的音是#F4，其數(shù)值為28.2 dB；動態(tài)范圍最小的音是B6，其數(shù)值為16.55 dB。人工皮二胡4在G5—G6之間存在明顯的響度低谷，G6—#F7之間音強呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢。

總體來看，四把人工皮二胡在音強方面的表現(xiàn)各不相同，但同時也存在一些共性。人工皮二胡1在G5—G6之間的音強表現(xiàn)強于其他二胡，人工皮二胡1與人工皮二胡2在A6—E7之間出現(xiàn)第二個音強響度低谷。人工皮二胡3和人工皮二胡4均為G5—#F6之間出現(xiàn)響度低谷，G6—#F7之間音強呈現(xiàn)出下降趨勢。人工皮二胡4全音域內(nèi)音強走勢與蟒皮二胡的走勢較為接近。高音區(qū)域（A6—#F7）音強能量衰減幅度較大，是人工皮二胡面臨的共同問題。

2.3 人工皮二胡與蟒皮二胡的音強對比研究

2.3.1 動態(tài)范圍

動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)為每一把二胡在不同演奏員多次演奏時，其全音域所有數(shù)據(jù)中最大值與最小值的差值。表1為動態(tài)范圍統(tǒng)計表。

從表1可以看出，八把二胡中，動態(tài)范圍最大與最小的兩把二胡分別是人工皮二胡2與蟒皮二胡4。蟒皮二胡中，蟒皮二胡1動態(tài)范圍最大，為43.6 dB；蟒皮二胡3動態(tài)范圍最小，為36.8 dB。人工皮二胡中，人工皮二胡2動態(tài)范圍最大，為46.6 dB；人工皮二胡1的動態(tài)范圍最小，為41.55 dB。八把二胡的動態(tài)范圍從小到大排序依次為：蟒皮4＜蟒皮3＜蟒皮2＜人工1＜蟒皮1＜人工3＜人工4＜人工2?？傮w來看，人工皮二胡較蟒皮二胡的動態(tài)范圍大。

表1 動態(tài)范圍統(tǒng)計表（單位：dB）

表2 標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計表

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)差

標(biāo)準(zhǔn)差又稱均方差，在概率統(tǒng)計中最常使用作為統(tǒng)計分布程度上的測量。標(biāo)準(zhǔn)差的定義是總體各單位標(biāo)準(zhǔn)值與其平均數(shù)離差平方的算術(shù)平均數(shù)的平方根。它反映組內(nèi)個體間的離散程度。可以說，標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值越小，表示這一組數(shù)據(jù)越穩(wěn)定。表2為標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計表。

從表2可以看出，弱力度時，標(biāo)準(zhǔn)差由小到大排序依次為：蟒皮2＜人工1＜蟒皮1＜蟒皮4＜人工3＜蟒皮3＜人工4＜人工2；中強力度時，標(biāo)準(zhǔn)差由小到大排序依次為：蟒皮2＜蟒皮4＜蟒皮1＜人工1＜蟒皮3＜人工3＜人工4＜人工2；強力度時，標(biāo)準(zhǔn)差由小到大排序依次為：蟒皮4＜蟒皮2＜蟒皮1＜蟒皮3＜人工1＜人工4＜人工3＜人工2?？傮w來看，人工皮二胡較蟒皮二胡的標(biāo)準(zhǔn)差大。

2.4 小結(jié)

蟒皮二胡中，蟒皮二胡2標(biāo)準(zhǔn)差較小，體現(xiàn)出音強變化相對平穩(wěn)、整體音強相對統(tǒng)一的特點，同時其自身的動態(tài)范圍較大，在四把蟒皮二胡的音強測試中顯示出一定的優(yōu)勢。

四把人工皮二胡在音強方面的表現(xiàn)各不相同。人工皮二胡1標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值較小，音強整體較穩(wěn)定，但其動態(tài)范圍較?。蝗斯てざ?音強能量較大，但標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值較大，音強波動較大；人工皮二胡3及人工皮二胡4音強變化走勢與蟒皮二胡具有一定的相似性，動態(tài)范圍數(shù)值較蟒皮二胡大，但標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值較大，音強能量波動較大，同時高音區(qū)音強衰減明顯。

整體看來，八把二胡在D4—#F5之間的音強變化趨勢較為平穩(wěn)。在G5—G6之間存在一個音強響度低谷，結(jié)合上述測量數(shù)據(jù)，基本可以認(rèn)為D6音是二胡的響度低谷最低點。同時，二胡G6以上的音，音強再次出現(xiàn)明顯的下滑趨勢，單音能量及動態(tài)范圍整體均較小。這反映出二胡琴體本身的聲學(xué)特性。好的二胡往往能夠彌補琴體自身的缺陷，在以上音區(qū)有更好、更穩(wěn)定的表現(xiàn)。

圖10 蟒皮二胡D4音時域頻譜圖

3 不同材質(zhì)皮膜對二胡音色的影響

3.1 前五諧音時域頻譜圖

分別選擇二胡內(nèi)、外弦的兩個空弦音D4、A4進行分析與對比。

3.1.1 二胡D4音前五諧音時域頻譜

圖10～圖11為蟒皮二胡、人工皮二胡D4音時域頻譜圖，圖中按左上、右上、左下、右下依次為二胡1、二胡2、二胡3、二胡4。

從圖10中可以看出，四把蟒皮二胡內(nèi)弦空弦音D4均為基音能量最弱、第二諧音能量最強。蟒皮二胡1與蟒皮二胡2的前五個諧音中，均有一個諧音出現(xiàn)的時間較晚。蟒皮二胡3與蟒皮二胡4諧音的能量排序基本一致，第二諧音＞第三諧音、第五諧音＞第四諧音＞第一諧音。

從圖11中可以看出，四把人工皮二胡內(nèi)弦空弦音D4的前五個諧音中，能量最強的諧音均為第二諧音、最弱的均為第一諧音。第五諧音能量整體波動較大，人工皮二胡1與人工皮二胡2的第五諧音能量整體較弱。人工皮二胡3前五個諧音的能量排布方式與蟒皮二胡大體相似，人工皮二胡2和人工皮二胡4中第一諧音、第二諧音、第三諧音和第四諧音與蟒皮二胡3及蟒皮二胡4的排列方式相似，但人工皮二胡第五諧音的能量顯著低于蟒皮二胡。

3.1.2 A4音時域頻譜圖

圖12～圖13為蟒皮二胡、人工皮二胡A4音時域頻譜圖，圖中按左上、右上、左下、右下依次為二胡1、二胡2、二胡3、二胡4。

從圖12中可以看出，四把蟒皮二胡外弦空弦音A4的前五個諧音中，除第五諧音以外，其他諧音能量從大到小依次為第四諧音、第一諧音、第三諧音、第二諧音。不同二胡第五諧音的能量具有較為明顯的區(qū)別，蟒皮二胡3第五諧音能量最強，蟒皮二胡4能量最弱。四把蟒皮二胡基音的出現(xiàn)時間均較其他諧音早。

從圖13中可以看出，四把人工皮二胡外弦空弦音A4的前五個諧音中，能量最強的為第一諧音，第三諧音能量較強，第五諧音能量整體較弱。人工皮二胡1諧音間能量差距較大，人工皮二胡3諧音間能量差距較小。

八把二胡外弦空弦音A4的前五個諧音中，蟒皮二胡能量最強的均為第四諧音，人工皮二胡能量最強的諧音均為基音，八把二胡的第三諧音均為各自頻譜圖中能量第二強的諧音。不同蟒皮二胡第五諧音的能量具有較為明顯的區(qū)別，而不同人工皮二胡的第五諧音能量整體較弱。

圖11 人工皮二胡D4音時域頻譜圖

圖12 蟒皮二胡A4音時域頻譜圖

3.2 非諧波成分

本部分?jǐn)?shù)據(jù)是將spear頻譜中的所有諧波去掉，剩下的非諧波成分。橫軸代表時間，縱軸代表頻率。分別選擇二胡內(nèi)、外弦的兩個空弦音D4、A4進行分析與對比。

3.2.1 D4音非諧波成分

圖14、圖15分別為蟒皮二胡、人工皮二胡D4音非諧波成分圖，從左到右依次為二胡1、二胡2、二胡3、二胡4。

總體來看，人工皮二胡內(nèi)弦空弦音D4在起振階段存在大量的非諧波成分，非諧波成分的頻率范圍從小到大排序依次為人工皮二胡1、人工皮二胡3、人工皮二胡4、人工皮二胡2。在穩(wěn)定階段，四把二胡都有三條較為明顯的噪聲頻帶，300 Hz～1 000 Hz為第一條噪聲頻帶，人工皮二胡1、人工皮二胡2的第二條噪聲頻帶窄于人工皮二胡3和人工皮二胡4，3 500 Hz以上為第三條噪聲頻帶。人工皮二胡1與人工皮二胡2的非諧波成分顯著少于人工皮二胡3與人工皮二胡4。人工皮二胡內(nèi)弦空弦音D4的非諧波成分整體少于蟒皮二胡。

圖13 人工皮二胡A4音時域頻譜圖

3.2.2 A4音非諧波成分

圖16、圖17分別為蟒皮二胡、人工皮二胡A4音非諧波成分圖，從左到右依次為二胡1、二胡2、二胡3、二胡4。

外弦空弦音A4的非諧波成分整體少于內(nèi)弦空弦音D4。八把二胡的起振階段均在較寬的頻率范圍內(nèi)存在大量的非諧波成分。在穩(wěn)定階段，四把蟒皮二胡都出現(xiàn)了三個較為明顯的非諧波頻帶，且同一把二胡在內(nèi)、外弦空弦音中，三個非諧波頻帶范圍基本重合。總體來看，300 Hz～1 000 Hz為第一非諧波頻帶、1 500 Hz～2 800 Hz為第二非諧波頻帶、3 400 Hz以上為第三非諧波頻帶，第二非諧波頻帶的帶寬范圍較大，非諧波成分較多。人工皮二胡3與人工皮二胡4的非諧波頻帶與蟒皮二胡的非諧波頻帶的特征整體較為相似，但兩把二胡內(nèi)弦空弦音的第三非諧波頻帶頻率均較高。人工皮二胡1與人工皮二胡2較為明顯的噪聲頻帶均為兩個，非諧波成分整體較少，各非諧波頻帶的帶寬較窄。

圖14 蟒皮二胡D4音非諧波成分圖

圖15 人工皮二胡D4音非諧波成分圖

3.3 頻響曲線

圖18、圖19分別為蟒皮二胡、人工皮二胡頻響曲線圖，圖中按左上、右上、左下、右下依次為二胡1、二胡2、二胡3、二胡4。

整體來看，八把二胡均為兩個共振峰帶。第一共振峰能量峰值在500 Hz左右，第二共振峰能量峰值在1 600 Hz左右?？梢钥闯觯斯てざc蟒皮二胡的頻響曲線圖中，能量分布具有一定的相似性，但人工皮二胡的峰值能量整體大于蟒皮二胡。四把蟒皮二胡的兩個共振峰之間的能量落差整體較小，四把人工皮二胡兩個共振峰之間的能量落差整體偏大。

圖16 蟒皮二胡A4音非諧波成分圖

圖17 人工皮二胡A4音非諧波成分圖

圖18 蟒皮二胡頻響曲線圖

圖19 人工皮二胡頻響曲線圖

4 總結(jié)

從客觀數(shù)據(jù)來看，人工皮二胡在音強、音色兩方面，與蟒皮二胡均具有一定的相似性。同時，不同品牌的人工皮二胡也有各自的特點，如動態(tài)范圍大、非諧波成分少。四把人工皮二胡中，人工皮二胡3和人工皮二胡4的各項音樂聲學(xué)指標(biāo)綜合表現(xiàn)具有一定優(yōu)勢，并與傳統(tǒng)蟒皮二胡的聲音特征較為接近，可以作為人工皮二胡進一步發(fā)展完善的樣品。

當(dāng)然，二胡人工皮的表現(xiàn)并不能僅由客觀測量數(shù)據(jù)來決定，因為音樂是聽覺藝術(shù)，樂器演奏本身也是行為藝術(shù)，聲學(xué)指標(biāo)并不是評價人工皮與蟒皮二胡孰優(yōu)孰劣的唯一依據(jù)。從聽覺層面來看，二胡音響的藝術(shù)品質(zhì)的高低，還必須通過人的主觀聽覺來評測。從行為層面來看，二胡樂器的演奏性能的優(yōu)劣，也需要演奏員的主觀體驗來判定。由此可見，主觀評價環(huán)節(jié)是得出最終評測結(jié)果的必要環(huán)節(jié)，但本文的研究內(nèi)容目前僅限于客觀的測量與比較，希望以此為基礎(chǔ)，為未來的主觀評價環(huán)節(jié)提供參考。

僅就本文目前限定的研究范疇來看，人工皮二胡與蟒皮二胡在音強、諧音列結(jié)構(gòu)、非諧波分布、頻響曲線與共振峰等各項指標(biāo)的對比中，前者體現(xiàn)出動態(tài)范圍較大、非諧波成分較少、相同品牌人工皮二胡音色的統(tǒng)一度較高的整體優(yōu)勢。這種優(yōu)勢在主觀評價環(huán)節(jié)是否還能夠獲得相應(yīng)的體現(xiàn)，并無絕對的保證。也就是說，獨奏用二胡應(yīng)該采用人工皮或蟒皮，并無定論，但是從民族管弦樂隊合奏的音響要求來看，以上優(yōu)勢絕對值得考慮。

注釋：

① 響度低谷，指該區(qū)域范圍內(nèi)第一個音與最后一音的響度值較高，其余音的響度值均低于首尾兩音。