電磁學與聲訊裝置 - 電與電聲 - 結合電腦即時音訊處理與中國竹笛之樂曲創作實踐：以曾毓忠教授之作品《Extesion II》為例

1.1 電與電聲

1.1.2 電磁學與聲訊裝置

一、緒論

1.1 電與電聲

1.1.1 由電力所驅動的樂器裝置

最早出現於文獻紀載中，開始利用電力產生聲音的樂器裝置，是西元 1784 年由捷克神學家Václav Prokop Diviš (1698 - 1765) 所發明的電力鍵盤樂器—Denis d'or。這個樂器在Václav Prokop Diviš 過世後，被出售並運往維也納，從此消失，並無後續的紀錄，

所以沒有留下其運作機制的說明紀錄。

現今紀載於文獻中，留有詳實的機制說明的電力驅動樂器，是 1759 年由法國的耶穌會牧師Jean-Baptiste Thillaie Delaborde 所發明的電力大鍵琴(clavecin électrique)。

電力大鍵琴的發聲機制是並不是使用今日常見的使用電子元件進行聲音合成的發聲方式，而是利用電力驅動機械裝置(electro-mechanical)藉以發出聲音，所以電子大鍵琴還是可被歸類為聲學樂器¹(Acoustic Instrument)的範疇之內，或可稱為電力聲學樂器

(Electro-Acoustic Instrument)。

值得注意的是，電力大鍵琴被發明的 1759 年，距離 Gordon’s Bells 被發明的 1742 年有十七年的時間差距;距離作曲家巴赫(Johann Sebastian Bach, 1685 – 1750)離世也僅九年。由此推測，巴赫在世時，社會上或許已經開始實驗性的使用由電力所驅動的機械裝置;樂器，也是其中受到影響的機械裝置之一。

1.1.2 電磁學與聲訊裝置

自 1800 年，伏特 (Alessandro Volta)利用電解方式產生電流，發明了伏打電池之後，

電不再需要以磨擦生電的途徑來產生利用。科學家得以方便的產生擁有穩定的電壓與相對較大的電量的電流，更多的觀察與研究應運而生;電流的磁效應在此數年後被偶然的發現，經數人加以實驗證明電與磁之間的相生關係。電學之父法拉第 (Micheal Faraday)發現的電磁感應重要更甚，因為這就是馬達與發電機的運作原理。

電弧效應 (voltaic arc)在 1807 被發現，而後應用在歐陸的路燈系統中。電弧燈[1](carbon arc lamp)通電時所產生的電流哼鳴聲卻因此成為附帶的環境噪音，科學家 William

1 即不使用電力放大或合成聲音的樂器。

《Gesang der Jünglinge》(青少年之歌，1955-1956)，以震盪器所產生的正弦波(Sine wave) 與男童的歌聲錄音作為基本素材。

除了電流聲響與波形產生器以外，電磁學的研究發展更帶動了解析與合成聲音的物理研究與遠距傳送訊號的嘗試;前述 William Duddell 也利用電流通過線圈產生了磁場造成的動量，顯示出音波的波型(waveform)，這個裝置稱為電磁示波器(electromagnetic

oscillograph)。

在聲音合成解析的部分，十九世紀著有聲學研究巨著《On the sensation of tone —as a physiological basis for the theory of music》(1863)的 Hermann L.F. Helmholtz 在書中記述，藉著控制纏繞在音叉尖端的線圈上的電流來製造電磁感應，準確控制音叉的鳴響，

並藉著以彈簧搭配板手來控制這個電磁裝置上的共鳴室(resonance chamber)接收到音叉聲響的量。這個裝置稱為 Helmholtz Resanator。

將數個 Helmholtz Resanator 串聯組合，產生特定的泛音(partials)組合之後，可以合成出複合音(complex tone)或是模擬出人類的母音(vowel)聲響。書上並探討音樂上不同音

3 類比(Analog)電訊之後的訊號類型。以其僅有開與關(on and off)、1 與 0、長與短(dash and dot)的邏輯意義在 1830 年後逐漸被開發並廣泛使用的電報系統中，將明確的 1 與 0 的不 Neumann architecture）的電子計算機 [5] [6]，將音樂程式語言轉譯為指令集(Instruction Set)後，經由記憶體單元(Memory Unit)與運算邏輯單元(Arithmetic Logic Unit)合作協調執行，下達命令予電子元件進行發聲動作或是將程式運算後所產生的數位聲訊儲存至非揮發性記憶體 (Non-Volatile Memory)中，或者轉換為類比(Analog)聲訊，由電腦輸出。

音樂程式可以記錄著產生聲音的規則，毋須經由電腦外部的訊號輸入即可以合成

開發環境如 Pure Data²、Max/Msp³提供了非電腦科學工程(Computer Science Engineering) 背景的創作者以直覺的方式輕易設計出符合個人需求的聲音暨音樂程式的機會，並將其

而是使用類比電路(Analog Circuit)與磁帶技術(Tape technique)予以實驗實作(Implement)。

以訊號處理中的濾波器為例，最早的類比濾波器約出現於十九世紀的電報系統

成的聲音處理路徑與思考模式被轉換儲存於電腦程式之中，進入了數位運算的世界—在 1951 年，澳洲的第一台數位電腦 CSIRAC(Council for Scientific and Industrial Research Automatic Computer)被用以在世界上首度播放出數位音樂;1954 年，在貝爾實驗室⁴(Bell's Lab)進行研究工作的 Max Mathew⁵先生撰寫出第一個音樂程式 MUSIC; Live Electronic Music 與聲學樂器的組合型態，也因此由聲學樂器與類比電路的搭配擴增成聲學樂器與

時至今日， Live Electronic Music 與聲學樂器的組合在東西方作曲家的創作中也相當常見，東方樂器也經常被納入創作的硬體考量中:日本樂器尺八、常見的中國樂器二

4 “Bell Laboratories (also known as Bell Labs and formerly known as AT&T Bell Laboratories and Bell Telephone Laboratories) is the research and development subsidiary of the French-owned Alcatel-Lucent and previously of the American Telephone & Telegraph Company (AT&T), half-owned through itsWestern Electric manufacturing subsidiary.”——節錄自 http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_Labs

5 Max Vernon Mathews (1926 - 2011) ，電腦音樂的世界先驅。

件在組構邏輯上異於聲學樂器的電聲樂器，剖析這項電聲樂器的操控方法與發聲機制之動作的重要性，因而提升至與前述項目同等的高度。

因此，在剖析聲學樂器與電聲樂器的操作邏輯與聲響效果的動作完成之後，方能進行到譜面上流動的音與隨其產生的電聲所組合而成的聲響體上的研究。在器樂的聲響效果上，個人除以聽覺感受描述之外，更使用頻譜分析解釋個別效果擁有的特性。電聲的聲響效果上，與其是對於聲音產生後進行結果的解析，未若說是發聲原理的探討;這也是器樂與電聲在產生意義之時間點的不同，前者屬於產生後的解析，後者屬於組建後的產生。

譜例 1 : 鷓鴣飛之譜例

在《鷓鴣飛》中，疊、打、顫音隨處可見，並使用 C 調或其他較低沉的曲笛進行演奏;其中左手三指按住指孔以右手三指進行快速的同時上下所造成的完全四度顫音 (G5—C6)，經過頻譜分析所示:

基音頻率較低的 G5 擁有明顯的第七泛音(頻率約在三千五百赫茲)，C6 能量較顯著的高頻泛音則較 G5 的第七泛音為低(請見圖一)。這個現象使得手指的快速開闔之間使得聽者很清楚的意識到這個泛音的存在，成為了漂浮在 G5—C6 兩音之上的靜謐高頻。

圖 1 : 鷓鴣飛之 G5—C6 顫音之頻譜分析鷓鴣飛之 G5—C6 顫音之頻譜分析

中國北方民歌則可以看見很大量的滑音、顫音、花舌、揉音、剁音。以地方民歌

《黃鶯亮翅》⁹為例:

9黃鶯亮翅是取材於山西梆子曲牌《大救駕》的改編樂曲。

譜例 2 : 黃鶯亮翅之譜例

黃鶯亮翅使用 G 調梆笛演奏，並以擅長揉音與滑音的板胡為伴奏。

由此譜例發現僅兩小節就充滿滑音與顫音、花舌的配合使用。

藉上方兩譜例相互對照，可了解到南北方的使用了不同技巧所產生的聲響差異。

2.1.3 《Extesion II》之八孔竹笛運用

在第二章的 2.2.1 中提到，八孔竹笛為現代作品提供了更靈活使用橫向移動音程的可能。在六孔竹笛僅使用自然指法(不使用半孔)的情形下，僅能產生兩組增四度音程，

其餘均為完全四、五度以及大小二、三、六、七、八度。

下表以 G 調梆笛為例，列出兩組產生增四度的自然指法:

表 3 : G 調梆笛上造成增四度音程的指法示意

G5

^{●●● ○○○}

C6

^{○●● ○○○}

C#6

^{○○○ ○○○}

F#6

^{●●● ●○○}

在竹笛上使用半孔的例子並不罕見，或可說，幾乎所有演奏曲目中均或多或少的使用了半孔的技巧，尤其用在北方曲目中的揉音甚多。自然指法多見於速度較快的樂曲或樂段上，但還是搭配了同音高的半孔技法使用:

譜例 3 : 《腳踏水車唱山歌》m.m 1

在《腳踏水車唱山歌》¹⁰的第 1 小節中，可看到第三、四拍的兩次下行。這在詮釋上常在拍點上的 C6 加上重音(Accent)來模擬腳踏水車的視覺或是觸覺效果。這個重音並不是單純的音量放大，它是藉由瞬間的過度吹氣造成音高偏高，來增加戲劇張力，使聽者體驗到音樂所模擬的人類運動的動態。為此，個人建議演奏者可以在這個 C6 的自然

10 竹笛獨奏曲—龍飛、朱南溪、江先渭作於 1962 年。

指法與半孔之間交互應用，因為 C6 的自然指法會得到比較穩定的音高結果(即使加入瞬間誇張的重音)，改用半孔則可隨音樂的聽覺需求將音高略為修正。

承上可知，利用六孔竹笛進行充滿半音的吹奏，也不算是罕見的作法，但是半孔用法在過去的傳統曲目並非用於呈現較多的音程組合，而是利用半孔指法製造出不同的音色效果與質感。所以半孔指法在快速音群之中扮演的角色多如此例作為少數幾個特定音高的替換指法。再者，由前述，利用半孔指法在音樂進行中進行音高的微調，說明了這種指法帶來音高的不穩定性與多變性;這是一體兩面的情形，優點在於改變細微音高相當容易，缺點就是不易使其固定，或者說，半孔指法控制音高的效果好壞全憑吹奏者的個人音感與吹奏能力而定，故無法給予量化準確的手指開闔標準。為此，為因應《Extesion II》這個充滿增四與減五度與其轉位音程之快速音群的音樂作品演奏，特別選擇八孔竹笛做一樂器上的拓展改造。

圖 2 : 六孔竹笛與八孔竹笛並置比較(上為八孔竹笛，下為六孔竹笛)

表 x 列出八孔竹笛與六孔竹笛之指法差異:

表 4 : 八孔 G 調梆笛與六孔 G 調梆笛之指法對照六孔 G 調梆笛八孔 G 調梆笛

D5 ●●● ●●● ●●●● ●●●●

D#5 ●●●● ●●●○

中增加了數個只用自然指法的機會，使得演奏者得到充裕的時間來移動準備下一個半孔指法，這是種非常精細的協調動作。

八孔竹笛的推行即便行之有年，卻不為所有的演奏者所採用。個人研究其原因發現，

法國長笛演奏家 Debost¹¹[8]提及，維持吹奏中長笛穩定的三個支點在: 嘴唇與吹孔的接觸點、左手拇指與笛身的接觸點、右手小指與笛身的接觸點;藉此三點保持操控長笛的穩定度。竹笛的持笛動作基本上與長笛相仿，但卻由於兩者構造上的差異使得八孔竹笛在吹奏同時必須面對一個困難且細膩的細節:右手小指的開闔動作。

首先必須比較的是長笛與竹笛的構造差異。長笛是在管身上加上按鍵，藉壓下若干按鍵形成若干指孔開闔之排列組合來得到需要的音高，所以兩手的小指在使用過程中得以保持與管身的接觸，持續維持著支點的存在。以八孔竹笛做比較，基本的持笛支點均

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