试论管弦乐法中的音色向心力与离心力

一、音乐中的力学现象

音乐是声音的有序组合，而声音是一种在介质中传播的振动。当我们把音乐作为一种声波现象，从物理的角度去观察它，就会发现在音乐的方方面面都渗透了各种物理法则，其中，力学更是无处不在。无论是在与发声源直接关联的乐器声学、嗓音学、演奏学方面，或是与声音组织方法相关的作曲技术领域，如和声运动、曲式结构、管弦乐法（音色-音响组织形态）等等，都可以看到与力学相关的各种知识。

例如，弦乐器上的拉奏就是琴弓与琴弦之间产生摩擦运动，当琴弓借助摩擦力带动琴弦作单方向的匀速运动时，琴弦的变形度在增长，同时，它的弹性恢复力也在增长。当琴弦变形到一定程度，它的弹性恢复力大到可以克服摩擦力时，琴弦就会脱离琴弓向反方向滑动。琴弦的弹性恢复力经过一个先加速后减速的过程后，琴弓再次抓住琴弦作单方向的匀速运动。这种琴弓与琴弦之间的黏着、脱离、再黏着的过程，就是琴弦产生自激振动的物理过程。琴弓压弦力度的大小，琴弓运动速度的快慢，以及琴弓触弦的角度与触弦面积的不同都会影响到琴弦振动的幅度，并导致音色产生变化。所有乐器的研制与演奏背后都存在着力学的问题，一些我们已经习以为常的演奏方式与规律，都可以从力学的角度给以解释。例如鼓面或锣面的敲击点位置变化与音高音色的关系中，蕴藏着固体力学中的弹性理论；在演奏边棱孔类吹管乐器（如长笛）时，口风位置的微调与不同音区的关系，则与流体力学的原理相关；而人声演唱时，从肺部呼出的空气，激励着声带持续振动与发音，这其实就是气动弹性力学的一个典型现象。

除了与发声源直接相关的乐器构造与演奏以外，力学还存在于那些能被我们感知到音高、音色与音长的声音组织之中。声音自身具有一定的谐波结构，我们根据其谐波结构而建立出音程关系，并由此扩展到不同类型的音律、音阶与和声体系。这些构建音乐的基本元素，其物理本质当然是各种声音的运动过程。一个声音的运动模式也许是简单的，容易被界定的。但在音乐中，众多的声音之间连接紧密，它们相互作用，而且往往是非线性的，难以被分离出来进行个体分析。要对音乐这样一种复杂的运动系统进行解释与分析，就需要借助一些物理学和力学中的概念，将复杂的音乐抽象化，将其看作一种物质运动过程，并以此来界定音乐中的一些声音组织特性。

如果我们把音乐中的声音看作一次次脉冲信号，那么，这些断续相连的脉冲信号之间所形成的密度结构就构成了音乐的节奏模式，同样，我们也可以从物理和力学的角度去看待音乐中的速度与节奏。例如，匈牙利作曲家利盖蒂就曾经对他那首著名的作品《为100个节拍器而作的交响诗》（Poeme symphonique für 100 Metronome）做过这样的说明：“我要制造一个有节奏的网络，它在开始处是如此密集以至于看上去可以实际地持续下去：那意味着模糊和无序。为了做到这一点，我需要一个足够大的节拍器数量——100个只是一个估计的数目……当一些节拍器停止运转时，显示节奏模式的改变，取决于滴答声的密度：直到最后，只有一个缓慢的还在运行的节拍器剩下来，它的节奏是规则的。开端的稳定的无序在信息理论家的术语，也是在热力学的术语中被称作“最大熵（maximale Entropie）”[1]熵（entropy）的概念最早起源于物理学，用于度量一个热力学系统的无序程度。在信息论里面，熵是对不确定性的测量。在信息世界里，熵越高，则能传输越多的信息，熵越低，则意味着传输的信息越少。最大熵原理（principle of maximum entropy），是一种选择随机变量统计特性最符合客观情况的准则，也称为最大信息原理。因为熵的定义，实际上是一个随机变量的不确定性，所以，熵最大的时候，说明随机变量最不确定，换句话说，也就是随机变量最随机，对其行为做准确预测最困难。在这里，作曲家利盖蒂引用“最大熵”来描述这首作品的节奏形态所处于的一种难以预测的随机状态。。自从先前无法预测的有序模式从最初的统一性中产生以后，不规则的网状结构逐步出现，熵在减少。当只剩下最后一个节拍器以一种完全可预知的方式运行的时候，熵再一次达到最大——这就是这种理论所说的。”[2]这段文字出自《演奏音乐的机器》（Musizierende Maschinen）。这是作曲家利盖蒂为Sony Classical在1997年出版的专辑《捷尔吉·利盖蒂作品集》第5卷中收录的作品“Poeme symphonique für 100 Metronome”而撰写的一则说明。原文是德文，中文译本出自网名为Cosmos的作者，译文网址：

文章来源：《力学学报》 网址: http://www.lxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0331/557.html