声响设计
陈锦标 (一九九五年十月)
这篇文章尝试探讨音乐创作中的一些声响设计问题，希望能为中、小学音乐创艺活动提供多一份参考资料。
「声响」是一个奇妙的名词、它既用来描述微弱短小如手表表炼跳动的声音，也用来称呼如山洪暴发般有极大震撼力的声音。为了能普遍地描述这个世界各种不同声响的特质，我们应用了一些既普通也专门的词汇，如「音量」、「相对音高」、「时值」、「有固定音高性」及「无固定音高性」等等。这些词汇基本上能满足一般人仕对音乐或音响的理解，但对于富有探索精神的音乐家来说，这些并不代表音响世界的全部。
我们首先看看一个非常难于理解但又被大部份音乐家所认同的名词：「音色」。〈什么﹖声音是有颜色的吗﹖那么什么音是红色，什么音是绿色呢﹖〉其实人们常用「音色」一词来描述某一种乐器所拥有的独特「音质」，或是说「声音的气质、性质、特质」。那么，又何谓「声音的特质」呢﹖要充份解释这些抽象的名词，我们要从声响学 (Acoustics) 的角度用纯理性的数据加以阐明。
其实我们日常生活中听到的每一个声音都不是一个清纯的单音，而是一个由多个不同单音（称作泛音﹣Harmonics) 组成的「混合声音」 (Composite Sound)。当中每个泛音的音量都不同，而且每个泛音之间的音高频率关系可以是有比例性的，也可以是无比例性的。以钢琴为例子，当我们按下中央 C 以下的 A 音琴键后，琴键带动木槌敲击琴弦因而引起琴弦全身以每秒钟二百二十次的速度作出急剧震动。但同时间琴弦各部份也作出局部性的震动﹕琴弦全身的各一半以每秒四百四十次的速度震动﹔琴弦的每三分之一节作每秒六百六十次的震动﹔四分之一节每秒也作八百八十次的震动﹔五分之一节每秒震一千一百次等等。而且钢琴的琴身木板及各部分也会因琴弦的震动而作出相应的震率﹕例如琴弦每秒二百二十次的主震可能会诱发某节木板作每秒一百七十四次的震动，主弦的震动也会诱发其它琴弦产生附和性的震动。这些震动产生出一系列音量不同的泛音，在比较各泛音的音量时，我们可以肯定琴弦主体所产生的震动是这个「混合声音」的灵魂，其音量也自然是最大的：通常盖过了其它泛音以至我们不易分辨出「混合声音」内的各个泛音。虽然这些泛音因音量较主泛音为小而难以辨认，但奇怪的是假若这个「混合声音」中少了某几个泛音或一、二个较响亮的泛音时，我们的耳朵便立刻告诉我们这个声音的「音质」有所改变。
我们的听觉是非常敏锐的，但我们并不能准确地指出任何一个声音中各个泛音的频率比例和相对音量关系，因而我们只能用比较概括性的形容词来描述不同的「音色」，例如「光亮」、「混浊」、「沙哑」、「柔和」、「厚」、「薄」等等。利用这些有限的词汇，我们很难描述例如长笛和单簧管音色的差别，但应用刚才谈及「混合声音」的声响学概念我们可以清楚地指出长笛音色的泛音混合模式是由主泛音 (Fundamental) 和比它音量较小而震速高两倍的第二泛音所组成，而单簧管的泛音混合模式即以主泛音、三倍泛音、五倍泛音、七倍泛音等奇倍数泛音所组成，各泛音的音q顺次由大至小以梯型模式出现。用「泛音谱列」﹣ (Harmonic Spectrum) 显示得出以下的图像：
长笛或单簧管例子中各泛音的音高频率之间是有比例性的，因此它们各自是属于同一个泛音系列 (Harmonic Series) 的。而小提琴的琴码、指板及琴身因震动而产生的音高频率却未必与琴弦震动所产生的音高频率有比例性的关系：他们未必属于同一个泛音系列，这称作非同系泛音关系 (Inharmonic)。
我们在日常生活中所听到的声音有多种不同的泛音组合模式：有以泛音系列为主的（如大部份乐器或动物昆虫的声音），也有以非同系泛音关系为主的（如杂声、机械声、自然界的声音等）。多种声音中的两个极端例子是白噪音 (White Noise) 和录音室常用的音量水平调校正弦音。前者由杂乱无章的多个非同系泛音关系的泛音组成，而后者即只有一个音量固定的单纯泛音。包含在这两个极端例子之间的便是我们现实生活中多姿多釆、变化万千的音响世界。由此可见，要利用纯理性和客观的方法去描述声音的「音色」或「音质」，我们应该从「泛音谱列」作为出发点。也就是说，一个「混合声音」的「音色」是取决于泛音的数目、种类和音量比例。
接着来，我们看看另一个通常被人们忽略的声响学名词：「封包」 (Envelope) 。「封包」是指声音从发声至终止的那段时间空间里音量变化的模式，大体地可分为三个阶段：
【一】发声 (Attack)：能量投进一件物体（或乐器）后驱使它从静止达至预期最大震幅所需时间（一些物体之间的差别可能只有百分之一秒，但大部分物体所需时间不到半秒）。
【二】持续力 (Sustain)：能量持续时该物体保持原有震幅的时值。
【三】消退 (Decay)：能量抽离后该物体从某一震幅回复至完全静止所需时间。
以钢琴为例，用中强的力度弹奏中央 C 然后保持按下琴键，五秒之后大家便能清楚地察觉出音量减弱的趋势，十五秒后音量已经变得非常微弱，直至大约二十秒时，音量完全消失，琴弦停止震动。那就是说在钢琴上用中强力度弹奏中央 C 的「封包」是一个急促向上然后需时二十秒缓慢向下的时间空间。用图表表示：
而用同一力度分别弹奏比中央 C 高两个八度及低两个八度的 C 音时，我们发觉「封包」分别有紧缩及扩张的现象：琴弦由震动至静止所需时间分别为六秒及三十秒。用图表表示是：
这就是说钢琴的音响并不能单从音色、音高及音量的角度去阐述，掌握了「封包」的概念才能在声响研究及音乐创作上得心应手。
我们再看以下几个例子：用中强力度在定音鼓上击奏一个音，声音的余音并不长，因为其「封包」中的「消退」(Decay) 部分比较短小。用筷子在桌面敲打一声，声音差不多在瞬息间出现及消失，比定音鼓的来得更快，这就是说它的「发声」(Attack) 及「消退」(Decay) 速度极快。相反，在管风琴上按下及保持按下一琴键，声音好象永远地停留在空中，没有丝毫减弱的迹象，直至手指离开琴键，声音才消失，这是因为管风琴声音的「封包」在发声后有极强的「持续力」(Sustain)，而它的「消退」(Decay) 速度像其它吹管乐器如长笛等都是快速的。用图像显示它的「封包」是：
另一个例子是用大提琴弓慢慢拉奏大钢片琴 (Vibraphone) 的一块钢片所发出清脆光亮的声音，我们发觉在开始拉奏琴弓时，钢片因并未充份震动而音量薄弱，直至琴弓拉至约三分一处时钢片才产生整个声音「封包」中的最大音量。用图像表示是：
这个声音的「发声」所需时间 (Attack) 是比用橡皮锤直接敲打钢片发声所需时间为长，而它的「持续力」(Sustain) 因有琴弓的固定拉奏而较后者的「持续力」为强。这个例子使我们明白到同一乐器因应用不同演奏方法可产生不同的声音，而这些声音之所以不同在很大程度上是因为它们有不同的「封包」模式。利用「封包」概念我们可以很容易地分辨出不同声响的类别，从而使我们在音乐创作中选择声音或混合声音时有比较客观的审美能力。
以上谈及的两个声响学现象「泛音谱列」(Harmonic Spectrum) 及「封包」(Envelope) 因应用了一些自然物理数据来描绘声响的特质，所以结论是比较客观的，而且对声响的理解也较单用「音量」、「音高」、「时值」等词汇来得更全面。但奇怪的是人往往是「主观」的：当我们听到某一种声音时，对这种声音或相似声音的记忆往往勾起脑海里对以往某一生活片段或某一感受的回忆，因而对这种声音产生了非客观的感受，而且这些感受是因人而异的。例如大部分接触过西方事物的香港人当听到管风琴的声音时都会联想起教堂庄严的气氛或婚礼的场面；大多数外国人听到古筝的声音时会联想起东方特有的园林景色；听惯有关暴力罪案新闻的人们在听到类似开枪的声音时都会心跳加速及打算伏下身来。因此一个作曲家在选择或设计声响时是不可能完全客观地作出理性的判断，我们只能借鉴多方面的客观数据帮助我们在声音效果上作出刻意的塑造，而声音是否感人，是否入题，是否有趣味性就要视乎作曲家与聆听者之间的品味、经验和感受是否相匹配。
谈论至些，我们对音响世界的认知也只是停留在某一些零碎题目的表面上，要充份掌握音响世界的本质与灵魂，可能就是无数音乐家一生追求的目标。但无谓如何，我们现在选取其中两类声音作一些概括性的描述，为应用上述基本声响学原理于下述实用性例子中作理论性准备。第一类是毃击乐器的声音，第二类是杂声。
敲击乐器
敲击乐器的种类繁多，有大，有小，有重，有轻，有方型的，也有圆型及各种型状的，有些有固定音高，有些无固定音高，而无论有没有固定音高，相对音高也有高低之分。这些分类法是比较表面化的。但从音色的角度去作分类，我们不妨从乐器的材料入手。
敲击乐器依据乐器发声主体的材料分类可区分出三大类别：
【一】金属类：如三角铁、钢片琴、锣、钹、吊鏺、牛铃、管钟、风铃等等。
【二】木类：如木鱼、木盒、响板、梆子、沙锤、木琴等等。
【三】皮革类：如定音鼓、军鼓、大鼓、小鼓、低音鼓、康加鼓、邦高鼓等等。
金属类乐器的音色往往有较复杂的「泛音谱列」，而且当中有较多较高的非同系泛音蕴藏在声音里。管钟 (Tubular Bells) 或中环天星码头的钟声便是很明显的例子，它们都给人有音准混浊不清的感觉。金属类敲击乐器能很有效地加强乐曲重音或强音的点缀力，既适度地扩大了整体合奏的音量，也丰富了重音的音质色彩。金属类敲击声响大致可再分为「击点集中」和「击点分散」两类。前者（如三角铁、钢片琴等）的「发声时控」是很容易掌握的；而后者（如风铃、吊钹滚奏、大钹磨奏等）比较适用在气氛的凝造上：很多爵士音乐经常在弱拍的地方用幼小木棍（如军鼓棍）或钢刷轻打吊钹边缘，从而引出轻松含蓄的韵味。
木类敲击乐器的音色通常有倔强的性格，虽然音色灵活性不高，但落点集中和准确。声音在发声后很快便消失掉，极少有余音。「泛音谱列」没有金属类乐器那么复杂，所以在色彩上并不很亮泽，但由于有极夸张的「封包」模式（急促发声及急促消失），所以在加强重音的点缀力上有极富戏剧性的效果。木类敲击乐器因有突然出现并突然消失的特征，因而很多作曲家常应用它们演奏快速活泼的节奏性主题或伴奏式样。在一些轻快的中国器乐合奏曲中，木鱼常连绵不绝地击奏一些三至五音节奏感极强的素材来描述马匹在草原上的奔驰，中国戏曲中梆子的应用简直出神入化，我们很难想象梆子可被哪一种金属类敲击乐器所取代。
皮革类敲击乐器的声压是三种敲击乐器中最强的，这是由于皮革在受击后能在较大的活动空间中作出反应，使皮革本身的震动愊度得到伸展。皮革的受击反应是较金属和木器迟钝的：「发声」速度较慢，但它的余震却比后者稍长：「消退」速度也较慢。皮革面迹的大小和皮革的种类也影向这些「封包」数据：用手拍打大三弦及二胡琴身表面的蛇皮得出的声响因蛇皮面迹大小的差别而有长短之分，但用手拍打面迹跟大三弦差不多的高音鼓时，因其皮革是经特别制造以求震动均匀及音色稳定所以声音的「消退」是比大三弦的稍慢。皮革类敲击乐器的声音除了有皮革震动所产生的声响部分外，也有乐器琴身震动所产生的泛音融合当中。大部分皮革类乐器的琴身是木造的，所以「泛音谱列」的模式不算太复杂；但也有琴身是金属造的，最明显的例子是拉丁美洲音乐和流行音乐中常用的潻巴利鼓 (Timbales)，这种乐器的音色比较光亮，既有皮革类乐器稍长的「封包」，也有金属类乐器尖锐的穿插力。
各类敲击乐器在原有的音色上也有很大的变异愊度，这些变异主要是取决于敲打的方法，例如用哪一种鼓棍（木、胶、布、线、金属等）或敲打乐器的那一个部分。在音响设计的探索中，大家不妨在不损毁乐器的原则下尝试用多种不同的击奏媒体和不同的击奏速度来击奏乐器不同的部分去寻找独特有趣的声音。例如用硬币刮擦大锣的表面，或用报纸轻打吊钹等等。
杂声接着来要谈论的「杂声」是指日常生活中可以找到的非乐器声音，例如胶袋的折动声、鞋跟的踏地声、风声、冲水声等等。这些声响之所以不能归纳为乐器的声音归究于它们的不稳定性和不重复性；反之，乐器声音的音波在大部分时间内是连绵不断地反复出现的，而任何有反复现象的音波都能在我们的听觉中唤起准确的印象。「杂声」虽然没有乐器音色均衡性的特质，但也很有吸引力，而且在很多情况中更甚于后者。一首没有应用敲击乐的纯音乐作品给人的引象往往是典雅的，正如我们品赏鲜味清纯的食物一样；但一首加插了敲击乐声响的作品却可以比喻作一碗加了少许辣油的鱼蛋面，因敲击乐的声响是向非均衡性音质的方向走了一大步。当一首作品应用了「杂声」来点缀部分声响效果时，声响的非均衡性大大刺激了我们的听觉以致我们好象品赏着台湾麻辣火锅一样。虽然对于大部分人来说，品赏辣味的东西是禁忌，但我们可以想象到当我们自由地选择品尝各种不同味道的食物时，无论是辣的还是甜的，我们的生活是多么有趣味性。在一首音乐作品中应用「杂声」是一个漫无边际的领域。美国后现代主义作曲家凯奇 (John Cage) 好象走到了一个极度纵欲的领域，他相信任何声音都可以是音乐，任何人用任何手段（包括随机）都可以作曲。在他的理念中作曲好象已经不是一件超凡的艺术性工作，因为在他的字典中好象没有了「艺术」这个名词。
其实，我们要首先清楚认定应用「杂声」的目的。在上述麻辣火锅的例子中辣味只是食物的调味料而不是食物的本身：那就是说「杂声」在大部分情况下是音乐的点缀物。其次，我们在选取某一种「杂声」时要多应用声响学的角度去分析其声响本质，从而决定它在垂直混合其它声响时的匹配力。再者，在单独应用「杂声」时要考虑它与其它声响在水平面上是否有洽到好处的连贯性。
「杂声」的品种要比所有乐器合起来还要多，可以说是包罗万有，而且有日新月异的特性：百多年前的人们是没有听过汽车、飞机、或磨擦发泡胶等声音的，所以要对「杂声」的分类作较全面的概括似乎是比较因难。但我们或许可以留意下列一些选取「杂声」的原则：
【一】选取较容易产生的「杂声」，如折报纸声，钥匙声等等。
【二】如要应用难于产生的「杂声」如汽车引擎声或打桩声时可选用播放录音带的方法。
【三】愈少被人刻意引用的声音愈具吸引力。
【四】声量太小的杂声可能会被其它声音所摭盖，如必要应用时，可考虑应用扩音设备。
【五】碰击由完全不同材料造成的对象通常能产生较有趣味性的声音。
【六】大部分杂声的持续力比较弱，应用它们在重拍或重音的地方时效果会较好，但能找到持续力较强的「杂声」可在各方面多加利用。
有了对各种敲击乐器和「杂声」的基本认识后，我们现在尝试探讨一些在声响混合上的实例。这里所指的声响混合并不包括在电子音乐室里应用各种现代科技进行的声响设计实验；虽然这是最理想的环境，但并不是大多数人能有这样的机会。我们在这里的出发点是以真人在同一时刻演奏各种真实乐器（或对象）所能混合的声音：那就是说设计一些应用多过一件乐器（或对象）的声音所组成的混合声响。
【例一】
上述以中强力度在钢琴上按下比中央 C 高两个八度的琴键的例子中「封包」的总时值是大约六秒，假若在按下该琴键的同时长笛以相同力度吹奏并持续吹奏同一音，整体的混合声响效果是很有趣的。在两件乐器同时发声的那一刻，我们听到两种声音（而在微细的时空中，钢琴的「发声」是比长笛的为早，这个「发声」速度的差别并不太大，但效果隐约可分辨出来）。但在以后六秒中，由于钢琴的声音逐渐消失，所以整体声响在这六秒中是不停地变化着的。
【例二】
在「例一」的原有基础上，再增加一名敲击乐手在同一时刻以中强力度用金属棒子击奏三角铁一声。这个声音的相对性音高是属于高频的，因而在音域上与钢琴及长笛演奏的 C 音是敏合的，但在音色上与后二者差别很大。三角铁有复杂的「泛音谱列」，而当中有较多高频的非同系泛音。长笛的「泛音谱列」却是非常简单，甚至接近纯正弦单音。钢琴「泛音谱列」的复杂程度即介乎前两者之间。另外，三角铁的「封包」要比钢琴的短小：它的「发声」速度是三者中最快的，「消退」时值虽不算太短，但声音在大约三秒内便完全消失。在三件乐器同时发声的那一刻，音色是最复杂的：它混合了三件乐器声音中不同系列的多个音量不同泛音，各泛音的同时出现便缔造了一个新的「混合声音」(Composite Sound)。但由于三件乐器各有不同的「封包」，这个新的声音在瞬息间已经不再存在，取而代之的是另一个新的「混合声音」，当中有各个不同泛音新的音量比例（当一个「泛音谱列」的泛音因各有新的音量读数而产生各泛音间新的音量比例时，音色便完全不同了）。这个新的声音也因「封包」的变化而在瞬息间不再存在并被下一个新的声音所取代；在钢琴和三角铁的「封包」在急促「消退」的同时，声音就是这样不停地改变着。从三角铁的声音在三秒后完全消失的那个时刻开始，声音便回复到「例一」的式样：混合着长笛的持续音和逐渐消浙的钢琴声。再过几秒当钢琴声完全消失后，我们只听到长笛的声音。这个混合声体是一个既有点缀力又持续变化的声音（首六秒），它极富色彩和趣味性，而原因之一就是混合了三个各有不同「泛音谱列」和「封包」模式的声音。用简单的图像表示是：
应用类似三角铁般有尖锐短促「封包」的敲击乐器混合在一个由弦乐或管乐所演奏的持续音的起首部分是最常见并最有效的配器手法之一。不要轻看这个基础技术，因为从这个出发点可引伸出无穷无尽效果超凡的音响世界。最简单的实例莫过于增加点缀击点中「封包」短促的乐器的数目，从而进一步激化混合声响中的点与尾的音量差别。点缀击点上应用大量不同的敲击乐器和「杂声」也激化了整体「泛音谱列」中非同系泛音之复杂性，从而与整个声响后来回落到简单持续音的洁净「泛音谱列」形成强烈对比。这个效果最成功的地方在于强烈对比的声响是在很短的时间内促成，而整个过程却是连贯渐进的：「例二」中的长笛声音是从一开始便存在着，而不是在三角铁与钢琴声响在「消退」的过程中突然出现。
【例三】
在例二发声之前，单簧管以花舌吹奏同一高音 C，时值大约为六秒，同时也增加一名敲击乐手以沙锤 (Maracas) 连续摇奏衬托单簧管的花舌长音，两名乐手的声音一直保持演奏直至「例二」的三件乐器开始发声的那一刻便立刻终止演奏。用「封包」图像表示是：
这个声响效果的前半部分是一种混合了富均衡性管乐持续音与无均衡性「杂声」碎点的声响，是一个明显不融和混合体，当中两者在听觉效果上能容易地被刻意区分开来。由于单簧管持续音与其后长笛的持续音的音高相同，而且音色较为类似，所以当整个声响效果的后半部承接及取代了前半部后，单簧管的声音好象在不知不觉间便转换为长笛的声音，产生「原音色在钢琴与三角铁的突然出现后产生变化而不是被取替」的错觉。从这个技术基础出发，我们可以一个接一个地串连一系列声音，每个声音之间的联结点可以应用这例子中的「点缀击点法」，也可以用平静自然的重叠交接。如下列图像所示：
荀白克作品十六号《五首管弦乐曲》的第三首「颜色」(Farben) 便是成功应用这技术的一个实例。现在市面上流行的一款电子合成器 WaveStation 容许用者自由组合及排列几百个不同性质的「音波个体」，用者很容易便能把不同的「音波个体」一个接一个地串连起来，而且每个的时值都可以不同。当演奏者按下琴键时，声音因音波的不断变动而变化万千。当然这种变化并不是因应用了某种演奏技巧来促成，而是其本身已经置身于声响的本质中。这篇文章所探讨的也正是这个问题：特别声响的产生如何建基于配器上的铺排。这个铺排包括了选取发声媒体、演奏方法、音量控制等等。
原文刊登在：教育署视学辅导处音乐组于一九九八年出版之《音乐信息》第十二至十九页
"Sound Design." (in Chinese) In Music Bulletin 1998, edited by Education Department, 12-19. Hong Kong: Advisory Inspectorate (Music) Education Department, 1998.
