《好音樂的科學》:帶你破解音樂背後的奧秘!

by MaxJames

聽音樂對於許多人來說應該是再日常不過的事。但在這些「好音樂」的背後,你有想過它們是怎樣產生的嗎?為什麼有些聲音就很悅耳,有些聲音卻讓你巴不得摀住耳朵?

今天想介紹的這本《好音樂的科學》,作者約翰‧包威爾是個物理博士,同時也有音樂作曲的碩士學位。這樣跨領域的背景,讓他能用物理知識,暢述音樂的背後原理。他的講述淺顯,又有著獨特的英式幽默(?),讀來暢快,又獲益滿滿。

接下來,就讓我們跟著作者的步伐,探索音樂世界的奧秘!

【音樂是什麼】

音樂是什麼是個大哉問,每個人心目中可被認定為「音樂」的模樣恐怕都不大一樣,難以有單一的定義。像我小時候聽的是周杰倫,但現在小朋友聽的可能是高爾宣?沒要戰的意思,單純感慨(笑)。

但如果為音樂個別的組成元素下定義,就簡單的多。像是樂音、曲調、和聲等等,都是可以被明確解釋的。這些你可能聽起來似曾相似,熟悉卻又陌生的名詞到底在說啥呢?且聽作者娓娓道來!

【樂音的組成】

樂音可由四個部分組成:時值、音高、音色響度。

〔時值〕

時值聽起來很高端,但其實指的就是聲音持續的時間。

〔音高〕

音高就是聲音的高低,相信大家國中物理都學過(應該吧…),頻率越高聲音就越高。音高的命名系統會用七個英文字母來命名:C、D、E、F、G、A、B。這些音高就是鋼琴白鍵的聲音,而B再往上則會又回到C,第二個C之間的頻率會是第一個C的兩倍,樂理上會說這兩個音相差8度。那黑鍵呢?舉個例,在F和G中間的黑鍵就會被稱作升F(#F)或降G(♭G),其他以此類推。

音高命名
音高命名(拍攝by MaxJames)

相信大家以前音樂課都曾被這套系統荼毒過。但你知道其實不久前,各國的音高還是不統一的嗎?由於這會造成許多困難,不同國家的樂手一起演奏會雞同鴨講,因此一九三九年時,才在一場倫敦舉行的會議中,決定的今日所使用的「標準音」。

接下來談談噪音與樂音到底差在哪。生活中有各種噪音,像是燒水、碎紙或是關門等聲音。為什麼我們不會把這種聲音當作「音樂」呢?

舉關門聲當例子,這樣的聲音是由同一時間的各種聲波組成的,可能包含了門、鎖、牆和門軸的震動聲波組合。因此最後傳到我們耳膜的是一團混亂、沒關聯的個別波動組成,這樣的聲音就是我們聽到的噪音。

噪音是由許多種無關波動組成
噪音是由許多種無關波動組成(引用自《好音樂的科學》)

那樂音呢?所謂的樂音其實就是由不斷重複的波動模式所組成,單一波動長短無所謂,只要型態一直重複就好。下圖便是單簧管的波動圖形。

樂音是由不斷重複的氣壓波動組成
樂音是由不斷重複的氣壓波動組成(引用改繪自《好音樂的科學》)

順帶一提,噪音也不是一無是處,比方說打擊樂器製造的就是噪音。因為它們的目的是製造節奏,如果產生樂音反而會破壞和聲,搶走主旋律樂器的風采。

〔音色〕

有了音高的概念,接下來談談音色。相信大家都聽得出同一首歌,用吉他或是鋼琴彈,聽來是截然不同的,而這樣的差別就體現在音波的形態上。不同樂器,即便音高相同,仍有不同的音波型態。下圖便比較了直笛、雙簧管和小提琴的波型。

音波型態決定音色
音波型態決定音色(引用自《好音樂的科學》)

如果對樂器是如何產生不同的聲音有興趣,可以讀讀〈樂器獨奏的時間〉這個篇章,相當有意思。

〔響度〕

最後來講響度,它指的是聲音的大小,也就是所謂的音量。聽起來很直觀對吧,但是事情沒那麼單純。關鍵就在聲音的加法不是簡單的1+1=2。

試想一個問題,你今天聽到的管弦樂團,可能是由一百個以上的樂器合奏的,如果樂團齊奏發出的聲音是單一樂器的一百倍,那你耳朵不還不聾了?事情顯然不是這樣,事實上,一百隻樂器只會發出一隻樂器約四倍大的聲響。

這是什麼妖術?其實聲音的大小與波的振幅有關,振幅越大就會產生更大的氣壓變化,耳膜隨之震動,聽到的聲音也就越大聲。當有很多樂器加在一起時,許多的壓力波其實會互相抵銷掉,因此耳朵並不會感受所有震幅的絕對加總。

a波的震動較小聲音也較小,b波的震動較大聲音也較大
a波的震動較小聲音也較小,b波的震動較大聲音也較大 (引用改繪自《好音樂的科學》)

題外話,抗噪耳機的運作原理就是利用這樣的壓力抵銷效應,因此當你戴上AirPods Pro時,惱人的捷運廣播聲就被削弱了。

此外,還有另一個重要的原因,就是我們的身體機制。聰明的大腦並不會將所有的聲音都累加起來。就像六支臭襪子不會比一隻臭上六倍一樣,當音量逐漸增加時,人體也會逐步降低衝擊,以免耳朵報廢。

好的,講到這邊基礎的音樂原理大致聊完了。接下來,讓我們更進一步!

好音樂的背後有許多眉眉角角
好音樂的背後有許多眉眉角角(Photo by Marius Masalar on Unsplash

【樂理知多少】

〔旋律〕

不知道大家有沒有觀察過小朋友學唱歌時的情形。一開始他們只能隨口哼唱一些單音,並慢慢變換音高亂唱。接著他們會開始學習到,一首歌其實只是由簡單幾個音組成,只要用正確的節奏和旋律起伏唱出來,就能獲得大人好棒棒的掌聲。

這些音高起伏就是所謂的「音程」。當音程起伏有問題時就是所謂的走音,也就是胖虎在做的事。

唱出正確的音程起伏是歌手的基本
唱出正確的音程起伏是歌手的基本(Photo by Sam Moqadam on Unsplash

〔和聲〕

有了旋律的概念,接著談所謂的和聲。當你隨手在鋼琴上彈兩個音,有時候很好聽,有時卻很刺耳。這些組合起來好聽的音形成了和弦,而和弦則是和聲的基礎。

和弦的標準定義是指同時演奏三個或更多的音。一連串的和絃則可以組成和聲。作曲人在譜寫一首曲時,通常會用和聲來襯托旋律。上面說過,有些音符組合聽起來很愉悅,有些則會很壓迫,作曲家就會利用這種技巧來操弄聽者的情緒。

一般我們彈吉他,就是製造和弦來幫歌曲伴奏。如果你是彈鋼琴,那通常就會是用右手彈旋律左手彈和弦和聲。而有些變態,像是巴哈,會用一個旋律來幫另一個旋律伴奏,讓你左右手都很忙。和聲系統可說是千變萬化,甚至可以說和聲幾乎和曲調一樣重要!

通常吉他彈的就是拿來伴奏的和弦
通常吉他彈的就是拿來伴奏的和弦(Photo by Yogendra Singh on Unsplash

〔音階〕

接著來談音階。音階簡單說就是一連串往上或往下,逐一演奏的音符,通常涵蓋一個八度。也就是說從某個頻率開始,一直彈到兩倍於該頻率的音為止。

「音階」與「調」又有關聯,以C大調來說,當你從鋼琴白鍵的C音,一路沿著白鍵往上彈到下一個C音時,就完成了一個C大調的音階。而當我們說一首曲子是C大調時,指的就是這首曲子的音高組成,都在這些音階裡面。

從第一個C彈到下一個C就完成了一個C大調音階
從第一個C彈到下一個C就完成了一個C大調音階(拍攝by MaxJames)

西方音樂世界將將八度分成十二個等分的音程。通常一次只會使用七個音來組成我們熟悉的「調」。大家常聽到的C大調或是A小調就是這些組合之一。

人類並不是突然被雷打到,靈光一閃把八度分成十二個音級,並決定一個調,要用哪七個音。這是樂手們長期嘗試聲音怎麼擺會好聽,所發展出來的成果。而許多早期的音樂,使用的是更簡單的「五聲音階」系統。

如果你手邊有鋼琴,你可以隨手亂彈鋼琴的黑鍵,通常都會很好聽。自己小時候還滿喜歡這樣亂彈的,會瞬間覺得自己很厲害,懂作曲!這些黑鍵組成的就是五聲音階。但人們仍想使用更多的音來創作。於是乎,誕生了將八度分成十二的音級的這套系統,就是所謂的的「平均律」。

關於十二平均律的數學系統,有興趣的可以參閱書中〈若干繁瑣細節〉的章節講解。總之,數學家們計算出一套系統,其中每個音級都「均等」,讓我們拿從任意音開始彈奏,還能同時得到很多悅耳的音組。音階上每兩相鄰的音,音程稱作「半音」。一個八度總共就會有十二個半音。

音階背後其實有精準的科學
音階背後其實有精準的科學(Photo by Amir Doreh on Unsplash

【聽聽音樂】

不知道說到這邊,大家是否已經昏了。好在這些東西不影響我們聽音樂。這裡便來談談一些有趣的音樂小知識。

〔絕對音感〕

同一首歌,如果你讓兩個人一起唱,可能會發現他們唱的音高並不一樣。如果再拿去跟原唱對比,很可能會發現他們唱的音與原版也不同。而有些人,能完美唱出跟原曲一模一樣的音高,這樣的能力就稱之為絕對音感。也就是說,他們能掌握絕對的音高。

書中提到,在聲調語言國家像是中國或越南,有絕對音感的人會比較多。而什麼時候開始接受音樂訓練也與這項能力息息相關,通常超過六歲就很難培養所謂絕對音感了。

有趣的是,因為現在這套音高系統是在一九三九年才統一的。在此之前,一個德國的鋼琴手與一個在法國的長笛手,彼此的「絕對音感」可能是不相同的。事實上,莫札特時代所使用的音高系統就比現在低半音。因此莫扎特如果到現代,可能會疑惑我們幹嘛幫他的曲升key?

那有絕對音感就尊爵不凡嗎?的確是,因為我就沒有……如果對訓練音感有興趣可以參考下方好和弦的影片。自己玩了一段時間,雖然仍沒有絕對音感,但音感的確是有很大的進步,大家有興趣不妨試試看。

好和弦教你如何訓練音感

〔大小調〕

相信大家都聽過大調音樂比較快樂,小調音樂比較哀傷這樣的說法。關於什麼是大小調,這裡就不繼續為難各位了。有興趣可以參閱書中精闢的解說,或是參考好和弦的這隻大小調影片。簡言之,大調會將五聲音階再加上兩個關聯性強的音,而小調則會用十二音中較不調和的音來取代大調中的一兩個音。因此小調的音樂通常較含糊,明確樂段較少。

那小調真的就比較悲傷嗎?這其實是因為我們已經相當習慣把小調與悲傷做連結,許多小調歌曲的歌詞也都較為哀傷,從小耳濡目染的結果就讓大家把小調跟悲傷連結在一快。這樣的連結並非一定,我們仍然可以找到用大調彈奏的悲傷歌曲,或用小調彈奏的快樂的歌曲。像書中提到的〈Round O〉,就是相當輕快的小調歌曲。

Round O

〔黑膠 VS. CD〕

黑膠與CD的差異,其實就是類比與數位的差異,書中用影像的複製和重製來說明。讓我們把音樂想成一條波浪線,比較黑膠與CD如何製造出這條線。

所謂類比指的就是複製,因此會像手繪般,把波浪線完整複製出來。而數位則是使用重製的方式。電腦會將圖形頁面拆解成很多的小方格,並開始檢視每個小方格是否有黑線。有就會「是」的指令,沒有則會得到「否」的指令。這些指令可以輕鬆將這條波浪線製造出來。缺點是,製造出的曲線就不會像原本那樣圓滑,因為它的線是由小方格所構成的。

而黑膠使用的就是類比技術,也就是將音樂複製到黑膠唱片上。CD使用的則是數位技術,將音樂重製到CD上頭。所以理論上來說,的確是黑膠比較能表現出音樂的原汁原味。

但其實能分辨兩者差異的人其實非常少。作者舉了一個1993年做的盲測實驗,找了160位聽眾測試,結果發現只有4位能分辨出黑膠與CD的差別。或許更多時候黑膠代表的其實是種情懷,但我覺得也挺浪漫就是了。

黑膠或許是種浪漫
黑膠或許是種浪漫(Photo by Andrei Bocan on Unsplash

【後記】

說來慚愧,自己其實學過九年的鋼琴。但小時候對於樂理和音樂背後的科學一直興趣缺缺。對於音樂檢定的樂理部分更是感到不耐,甚至在小三通過八級檢定後就跟媽媽說我以後不想考了。現在看來根本屁孩來著,難道不知道檢定考試通過長大可以拿來炫耀嘛!

長大後才發現樂理好像滿好玩的,因此閱讀本書的過程可說是興味十足,稍稍彌補了小時候白目不懂事的缺憾。如果你是對音樂有興趣想更進一步學習的人,此書絕對值得買來好好品味。

最後推一下去年上的線上樂理課程,老師是安妮朵拉的吉他手。對於音樂理論有興趣但不知道怎麼入門的人來說,我挺受用的,雖然後面我覺得有點難就是……

https://hahow.in/courses/58af266c5c4e6507007c492a/discussions

很喜歡作者說的,就如同知道一道菜餚是怎麼料理,可以更知道如何享用一般;懂更多音樂理論並不會因此失去聽音樂的樂趣,反而可以更沉浸在音樂的細節中。希望藉由這篇文章,讓大家都能更了解並享受音樂囉!


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