一、引言

随着作曲技术的发展，五线谱已经不能完全满足创作和记谱的要求，因此人们对新记谱方式的追求一直没有停止过。音乐可视化是以视觉为核心并运用音乐载体进行有效衔接，借助多媒体的传播形式，利用画面来诠释和传播音乐内容，打造视听结合的传播方式。最近两年发展起来的高维乐谱，如3D乐谱等就是基于现代科技概念基础上的新乐谱形式，具有直观、简约和人机共享等特性。随着科技的不断进步，人们对乐谱的需求也越来越表现出高维化，特别是智能表演机器人会更乐于接受高维乐谱。

以全新的3D乐谱为载体，探索全新的音乐创作技法，在原二维谱创作基础上，开创基于人类情感与作曲技术为先导的、又能为智能机器读懂的人机共享的音乐创作新格局。通过构建3D乐谱理论基础，提升其记录、分析和创作音乐的三大功能，研究促进其在音乐各领域的应用和推广，配置相关软件及数据库，确信这一原创性的发明创造将会掀起音乐科技浪潮。用3D形态来展示作曲家所要真正表达的情感丰富的音乐，从而使分析与研究也变得更形象化、趣味化，也更易于破解音乐发展规律和结构密码，给出一套全新的作曲技法——用3D图形来创作新的音乐。对多声部音乐提出全新的三维音乐层次分析，建立分层概念后分析出的音乐图形，也会从视觉上为演奏者和听众提供更多清晰明了、易懂易记的图形化分析结果，促进音乐教育的普及，推动新型作曲技术的产生。在二维谱基础上建构3D乐谱理论，创设三维坐标体系（H，T，Ti），即以（音高、音长、音色）为三个坐标轴的笛卡尔坐标体系。Ti轴向即音色序列增量方向，这里采用序列标准为音色GM国际统一标准，序列号定义为Ti轴向刻度，共128个度量单位。在3D乐谱（H，T，Ti）立体坐标系中的某一个点，即代表某一时刻某音乐的音高、音长以及该音乐在这一时刻的音色，这样，过去在传统乐谱中不能体现的音色概念在3D乐谱中都有所表现，可见音色变量的重要性，借此机理，下面详细介绍音色可视化调节器的作用。

二、音色可视化调节器的设计方案

（一）通过改乐器腔体的有效尺寸来调整音色——以延伸式竹笛为例

乐器的发音体体积与材质决定了其固有振动频率，直接影响着音高与音色。竹笛的发音体为竹质管体，管体长则音调低、音色厚重，管体短则音调高、音色清脆，管体的长度对音色与音高起到决定性的作用。如将竹笛以分立式结构设计，在需要音色作以改变时将竹笛发音体加长或缩短，以获得所需音色与音高（图1）。分立式结构即用于基本管体粗细程度基本相同的结构设计，附加于主要发音管体之上。分立式附加部分可长可短，材质可以与主要发音体相同，也可以不同，两端以螺旋结构与主体部分连接。附加之后的竹笛发音体体积变大，振动频率随之改变，音色厚重圆润。相反将分立式结构设计的竹笛附加部分拆掉，则会造成竹笛发音体体积缩小，音色清透尖锐。

图1 竹笛分立式结构音色调节装置

分立式结构的运用使竹笛的音色得到了大大的扩展，在不同的音乐表现中可以自如转换，延伸了音樂情感的表达，扩大了音乐的表现范围。

（二）通过改变乐器腔体材料的有效属性来调整音色——以点阵式大提琴为例

点阵式大提琴是一种新型乐器（图2），其材料选择、结构设计、音色效果以及应用范围与传统乐器有一定的差别。通过在音板上镶嵌八块不同材质、可拆卸互换位置的音质补偿阵列，使琴体固有振动频率产生不同的变化，以达到泛音共补、美化音色的目的。在保证主声学元振动的前提下，八块辅声学元通过音质补偿阵列的调整功能可以使点阵式大提琴产生不同的音色，比如调整不同材质补偿阵列的空间坐标组合，可得到独特的音色，对于乐队音色需要赋予更多的灵活性。对于点阵式大提琴音质补偿阵列的研究，既有助于新乐器音色的提升，又增强了对音色微变化的直观理解，尤其在教学中能让学生更多地从直观角度去理解乐器音色在科学调整下的不断变化，对日常教学演示起到辅助作用。

点阵式大提琴的设计理念是建立在桥琴、合琴基础之上，既突出了音色补偿功能，又方便了教学需要。基于多元共振以及辅声学元音质补偿阵列在本文中的特殊设计构思，对于把点阵式大提琴加入到我国民族交响乐队中，用以改善民族交响乐队低音声部的音效会起到有益的、积极的作用效果。在不同乐器独奏与协奏中，民族弓弦乐器由于受到音域等问题的限制，一般在改变乐器音色的手段中通常采用临时更换乐器以达到预期的音色效果。对点阵式大提琴来说可以根据对乐曲的需求来选择安装相适应的辅声学元，由此满足对乐曲演奏的协调性和连续性。

图2 点阵式大提琴的外观结构

说到音质补偿，即是运用乐器材质和构造上的不同组合与搭配，来改变各中心频率的增益从而改变音质，通过调试使点阵式大提琴在音质补偿阵列共振共鸣的作用下使音域变宽，由于乐器音色的区域性强，低频音色低沉、浑厚有力，中频音色明亮、优美、柔和，高频音色穿透力强、色彩丰富、声音更有辨识度、更和谐。在独奏以及与交响乐队齐奏时，这些音色特征能够完成各声部的音色要求。

在点阵式大提琴的面板上，由于辅声学元的设计可以直观触及，用在音乐教学中，用各种材料选择和搭配的辅声学元可以让学生直接感受到音色的不同，进而对“音色”这个概念有更深刻的记忆。音色不同，乐曲表现出来的情感也不一样，由此可以帮助学生对音乐有更好的理解，对受音乐的启发和进一步的学习都会起到积极的作用。对点阵式大提琴以及桥琴和合琴的研究不仅仅是研究乐器声学振动单元的学理内容，更重要的是将抽象概念直观化、可视化，是“思考一下变成试验一下”的跃升过程。点阵式大提琴的音色色彩丰富、可塑性强，因此在独奏时可以有多种音色选择，更能贴合音乐作品的意境，同时也丰富了乐队的音乐色彩。

三、结语

1. 3D乐谱理论属于高维艺术的基础理论部分，既有开拓性、原创性、创新性和集成性价值，又有文理交叉特征的综合性、前沿性和复杂性的跨学科特点。既能够有效推动新兴学科及交叉学科的创新发展，又能够产生具有重要学术创新价值的标志性成果。呈现在3D立体图形的乐谱中，创造与之配套的新理论来分析音乐内容。用新的原则、新的模式、新的视野，对音乐做出新的诠释，推动音乐研究方法和思想的更新，在继承、比较、融合和实践中展示创新。

2.听音色变成看音色，增加了音色的可视化效果。增强了联觉体味，有利于对音色量的物理意义的理解，提高了课堂教学效果。为寻找优美音色的发声体指明了方向，可增添新的配器，丰富了音乐内涵。音色可视化调节器可进一步分为：连续式调节以连续改变乐器主腔体有效尺寸的方式进行调节;分立式音色调节，以点阵式大提琴、吹管乐器竹笛的不同尺寸加长等为典型;两种方式兼而有之的调节器，使音色的变化更炫酷。

3.为音色GM国际统一标准的扩充做了必要的准备，为3D乐谱架构中的三维坐标系中的Ti轴向增加了新的刻度，甚至是连续变化，为音色制定中国标准。压缩了MIDI音乐的粗放，丰富了参数，使电子音乐变得更加细腻。

本文系国家社会科学基金后期资助重点项目“AI辅助下音乐高维化全景设计”（20FYSA003）研究成果。

参考文献：

[1] 孙洋、杜庆东等：《高维艺术理论与实践》，中国社会科学出版社，2019年版。

[2] 張辉、孙洋等：《高维乐谱学导论》，科学出版社，2019年版。

[3] 张辉、孙洋等：《音乐作品二维图谱分析法创设与运用》，科学出版社 2019年版。

[4]张辉、张岩等：《高维艺术学概论》，科学出版社，2019年版。

[5] H. Zhang etal， Protein Sequence-to-Music Mapping of Enhanced Musicality by Music Style Guided Exploration of Diverse Amino Acid Properties. Nucleic Acids Research，2020，12。

[6] 高士贺：《数字之诗意》，《艺术工作》2018年第1期。

[7] 孙洋：《AI辅助下视听同体化微观艺术创作》，《艺术工作》2021年第2期。

[8] 薛舒阳：《媒介融合下视觉艺术的创新》，《艺术工作》2019年第4期。

[9] 邱佳：《媒体艺术的视觉素养》，《艺术工作》2017年第5期。

[10]张辉：《3D乐谱会否掀起音乐革命》，《人民日报海外版》2020年7月6日。

[11]张辉：《高维艺术的理论与应用》，《人民日报海外版》2018年3月26日。