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讨论钢琴的音色和音质的建模方案 网上对于钢琴的音色本贴试图从声音信号和的角度,简单阐述一下钢琴的音色和音质。不足之处,还望完善。 音色,顾名思义,声音的色彩。 音质,声音的品质。 音色和音质均可量化。音色决定了声音的风格,音质更多的决定了一些声音的硬性指标。 这里先用图像来举例,因为图像对大多数人比声音直观。 图像和声音,这里做两个对应关系: 画风 等同于 音色 画质 等同于 音质 那么现在来看, 1. A相机和B相机同样是输出1200万像素的相机,拍摄出两张完全一样的照片,A相机颜色暗部偏蓝,B相机的所有黄色都偏粉,这叫画风不一样。 2. 但是A相机拍出来的图像,边角处墙上的文字清晰可见,B相机的则比较模糊无法分别,说明A和B相机虽然像素一样,但是镜头和CCD成像的解析度不一样,所以A相机分辨率比B相机高。 3. 然后A相机的拍出来的图片,亮部的细节层次分明,B相机则是白色一片,分不出细节,这叫A相机的动态比B相机好,也属于画质。 2和3的情况都属于图片的画质范畴,代表了成像的质量,所以我们说,A相机和B相机画风不同,A相机的画质比B相机高。 现在回到钢琴的声音,钢琴的音色,和音质,到底应该由哪些指标来决定。 第一部分,音质,钢琴的声音哪些属于音质范畴呢? 我觉得有以下几点。 1. 持续性:同样的某个琴键,同样力度和音量弹下后,B钢琴20秒后声音就很弱了,而A钢琴持续发声40秒后依然能保持一定的音量,那么A钢琴在音质的持续性指标上就优于B钢琴。 2. 最大信噪比:在指定的音的最大音量,不和谐的泛音和和谐泛音的比例,不和谐泛音的占比越小越好。A钢琴中央C最大力度击键,声音依然圆润,而B钢琴发毛发炸破响,那么A钢琴在音质最大信噪比指标上就好于B钢琴。 3. 失谐度:这个指标可以写一本书,但是简单来讲,琴弦震动发出的泛音,实际发出泛音的和理论上应该发出的泛音,之间的差异。以A3琴键为例,理论上,上方2次泛音应该440hz,但是由于琴弦的粗细,材质,工艺等不同,实际这根琴弦发出的上方2次泛音不是440hz,那么具体差了多少,就可以通过失谐度来衡量。失谐度约小,这个钢琴在音质的失谐度指标上,就越好。(这个指标可以很简单的通过TuneLab这个调律软件来进行测量。TuneLab也自己附带了很多调律曲线和模板,从附带的样琴几乎可以看到,越贵的和尺寸越大的钢琴,失谐度越小) 4. 指向性:代表了在钢琴发声源的周围,观众听到的声音的均匀性和一致性。以下图为例,左上角是某立式钢琴在100h发音时候指向性分布图,可以看到,在扇形范围内,声音的分布很均匀,而左下图,是该钢琴875hz发音的的指向性分布图,可以看到,扇形两边的音量大于中间的音量。指向性也是一个比较复杂的话题,一般来讲,频率越高的声音,指向性越强,越不容易做的各个角度分布一致。基本上可以看到,钢琴声音的音质,和什么明暗,风格,都没有太大关系,不同风格和音色的钢琴,都可能在上述指标上表现出好或不好。 第二部分,音色,而钢琴的音色,则不同于音质,属于不同的钢琴厂家或技师,对于钢琴声音的理解,人为校调出来的。决定钢琴音色主要包括: 榔头,音板,击弦点,琴弦,马克,弦列设计,马桥,琴壳设计等等。 其中决定性最大的是榔头,音板,击弦点。 那么,同样是A4音,为什么在不同的钢琴上,有的感觉亮,有的感觉暗,有的感觉干净,有的感觉色彩丰富,除了第一部分谈到的音质的影响,更多的就是反应到声音的频谱图上,其中包括基频和泛音的构成比例不同,以及衰减的程度的不同。 如下图所示,图片是某钢琴C4音在pp和ff音量下的发音(这里暂时找不到不同钢琴的音色对比,简单的用同样的琴不同音量下的音色作为说明)图中红色部分是C4基音,也就是大约262hz,而黄色部分,则是泛音部分,其中,2次,4次等偶数倍数的泛音,称为偶数次泛音,而3次,5次等奇数倍数的泛音,称为奇数次泛音。 那么,如何通过声音频谱图像,来量化音色呢?分类的方式,可能会有很多,但是这里我简单说一下随便想到的: 1. 偶数次泛音的悦耳程度,好于奇数次泛音,如果A钢琴和B钢琴在同样的音量下,A钢琴的偶数次泛音的音量,和比例,大于奇数次泛音的音量和比例,而B钢琴刚好相反,那么A钢琴听起来更好听。 2. 泛音整体相对于基频占比越小,声音越干净,歌唱性越好。 3. 泛音中的的高次泛音(也就是图片中最靠右边的区域)强度越大,声音越亮,反之,声音越暗。 4. 基频的音量如果高于二次泛音越多,声音越厚,反之,声音越单薄。(如图范例中的钢琴,C4的二次泛音,已经高出了C4这个音的基频本身) 当然,各位完全可以举一反三,比如某些钢琴弹奏后,二次谐波衰减的比三次谐波快,有的钢琴,又是其他情况,各种组合的形态是可以很多很多的,就不一一列举了。 有兴趣的网友,看到这里可能很想自己测量一下自己钢琴的音色,除了传统的TuneLab,现在手机也有不少App,比如下面这款软件的免费版,也可大致的测量出钢琴的频谱图。(如图所示这个音的三次泛音,高于了二次泛音,甚至基频,基本上可以判断这个琴的这音声音不好听) 当然,由于软件本身的限制,显示的频谱精度肯定不如专业软件,而且如果装在手机上,不同手机的麦克风,频率响应很大,录音音质也不同。这个只能作为一个大致参考。 对这个App感兴趣的网友,可以留下邮箱,我这里现在只有安卓版。 上面只说了结果,那么为什么不同的钢琴,会产生这些不同的音色差异呢?完整和系统的阐述,不是这个帖子可以搞定的,上面谈到了决定性最大的是榔头,音板,击弦点。这里简单以音板为例,说明下情况,如下图所示,不管是立式钢琴还是三角钢琴,钢琴的音板,在不同的频率震动下,不同部位的发音面积是不同的,而音板在加工生产的过程中,就会导致不同的区域,震动的范围和响度都不相同,因此导致了不同的音色。总之,钢琴的音色和音质,属于两个不同的范畴,反应了钢琴声音的不同维度,但是都可以建模进行量化,大家感兴趣的,可以多看看国外关于钢琴制造的相关论文。
日本捕杀122头怀孕母鲸捕鲸者用绑有30克斧榴弹的鱼叉将鲸鱼炸死 据报道,国际捕鲸委员会(IWC)科学委员会本月召开会议。根据会议文件,日本在南冰洋年度夏猎期间出动两艘捕鲸船,共捕杀333头小须鲸,其中122头为怀孕母鲸,另有114头为幼鲸。日本捕鲸者用绑有30克斧榴弹的鱼叉掷向鲸鱼,导致鲸鱼因爆炸而死亡,随后被打捞至船上,日本研究者在此对鲸脂和其胃内容物的数据进行收集。日本业者称,此项目符合《国际捕鲸管制公约》的规定。 而批评者认为,日本所谓研究实际上只是为商业捕鲸作掩护,因为被捕杀的鲸鱼随后就会被出售用于食用。国际人道协会高级项目经理维尔贝洛夫(Alexia Wellbelove)认为,“122头怀孕母鲸被捕杀,这是个惊人的数字,并暴露出日本捕鲸的残忍性。在非致命性方法已经足够用于科学需求的情况下,日本的捕鲸行动本质上极其可怕,并且毫无必要。” 维尔贝洛夫强调,鲸鱼的生存目前已因渔业误捕和海洋污染而面临重大威胁,世界范围内都在强调保护工作,日本至少应该放下鱼叉。该协会寄望于澳大利亚等支持鲸鱼保护的国家一起向日本释放“最强信号”,敦促日本停止捕杀鲸鱼项目。 据悉,国际法庭2014年曾对日本做出禁捕鲸鱼的命令,但日本官方却仍以传统风俗与科学研究的名义,仍旧照常出船捕猎鲸鱼。专家认为,捕鲸与食用鲸类是日本文化特色之一,除非有更强制性的决策,否则这类的捕鲸“科学任务”,恐怕将持续不断上演。 延伸阅读日狂杀333头幼鲸 日本水产厅表示:没碰到任何反捕鲸倡议者的阻挠 2018年4月8日讯,据法新社31日报道,去年11月日本无视世界各国的反对声浪,仍以科学研究之名,派出5艘捕鲸船前往南极海域捕猎小须鲸(minke whale)。31日上午,包括母船日新丸(Nisshin Maru)在内的3艘捕鲸船,已返回日本西部的下关港。 日本水产厅发布声明表示,船队按照计划捕杀333头小须鲸,过程中没碰到任何反捕鲸倡议者的阻挠。 过去日方捕鲸船曾多次与动保团体海洋守护者协会发生冲突, 但是去年海洋守护者协会宣布,因日本政府计划出动军事装备保护捕鲸船,在无法与日本军力及财力对抗的状况下,本季没有计划发动海上抗议。 日本是鲸肉的主要消费国,第二次世界大战后,曾以鲸肉作为主要肉食。1986年国际捕鲸委员禁止商业捕鲸,日本也是相关公约的签署国之一,但屡次利用于公约容许捕鲸作为“科学研究”的漏洞,进行大规模捕鲸,再把鲸肉当作食物卖出,进入食客的肚里。
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