中西傳統樂音獨奏時之主觀聲源寬廣度比較研究 A Comparative Study of Subjectively Apparent Source Width between Traditional Chinese and Western Classic Musical Instruments Recital

陳炯堯 1、游財榮 2、林景晧 3

1 朝陽科技大學建築及都市設計研究所副教授 2 朝陽科技大學建築及都市設計研究所研究生 3 朝陽科技大學建築及都市設計研究所研究生

摘 要 由於西方文化的入侵，傳統的中國國樂演奏將進入西方的音樂廳堂演出，而廳堂主要依

據西洋樂音聲學特性來進行設計。許多相關研究發現中國國樂與西方之樂律有明顯的差異，

中國國樂於西方廳堂之演出適合性將受到質疑。因此，中國國樂與西洋樂音聲學特性將成為

首要之研究課題。本研究以配對比較法（method of paired comparison）進行中西樂音之配對，求得中西樂音之主觀心理感知聲源寬廣度比較研究。實驗發現：西洋管弦樂之主觀聲源

寬廣度明顯高於國樂樂音（p＜0.001），並依 Thurstone Case V 之心理量化值得到各樂器之寬廣度排序（大提琴＞小提琴＞法國號＞單簧管＞揚琴＞古箏＞二胡＞笛管）。

關鍵字：聲源寬廣度、配對比較法

Abstract Due to the invasion of Western culture, traditional Chinese music will be played in

the Western concert hall which is mainly designed in accordance with the acoustic characteristics of Western music instruments. Many researches have shown that traditional Chinese music is distinctively different from Western music in musical temperaments. The suitableness of traditional Chinese music being played in the Western concert hall will be questioned. Hence, the spatial impression of the traditional Chinese and Western musical solo were the primary research issue. The methodology in this research is to utilize the method of paired comparison to pair the Chinese music source with the Western musical sound in order to acquire apparent source width perceived subjectively by the psychological sense. The findings of the experiment are: The subjectively apparent source width of the Western orchestral music is obviously larger than that of the traditional Chinese musical sound (p＜0.001), and the widths of all musical instruments are ranked according to Thurstone Case V psychological quantitative (cello＞violin＞French horn＞clarinet＞dulcimer＞Chinese zither ＞pipe＞erhu.) Keywords：method of paired comparison, Apparent Source Width

壹、前言 中國傳統音樂起源甚早，發展至今種類包羅萬象且歷史極為悠久，我國傳統民間音樂一

直以來是最具有特色的，如最早的五音十二律。李乾朗（2001）說明中國國樂一般在演奏時通常搭配戶外戲台空間演出，其獨特的戶外戲臺演奏空間在聲學上是別於西方音樂廳堂。但

台灣隨著時空環境不同的組合下，西方音樂廳堂的入侵，傳統的國樂演奏將進入西方的音樂

廳堂演出，而廳堂主要依據西洋樂音聲學特性來進行設計。Morimoto(1989)提出空間印象是聲場重要的特性之一，空間印象則是由聲源寬廣度（Apparent source width，ASW）與聆聽包被感（listener envelopment，LEV）所組成。許多相關研究發現國樂與西方之樂律有明顯的差異，國樂於西方廳堂之演出適合性將受到質疑。因此，國樂與西洋樂音聲學特性將成為

首要之研究課題。 Ando（1985）在空間感的評價指標中指出，空間感的元素包括了聆聽者對聲源方向的判

斷（方向感）、距聲源遠近的判斷（親切感）、聲源寬廣度（ASW）及包被感（LEV），這些主觀情緒與反射聲的強度、時間間隔和空間分佈有密切關係。至於雙耳互函數（inter- aural cross correlation, IACC）數值變動的主要因素為聲源的擴散等級與水平方向性的感知程度，它或許可以說明聲源寬廣度（ASW）與聆聽包被感（LEV）為構成空間感的主要因素。

本研究將針對聲源寬廣度進行探討，透過主觀心理實驗的方式探討中西傳統樂音之聲源

寬廣度比較研究，其結果未來可作為各中西演奏空間設計參考。

貳、文獻回顧 （一）心理實驗理論基礎－配對比較法（method of paired comparison）

Ando（1985）提出評價聲場好壞時，就主觀感受而言，配對比較方法特別有用；因測聽者能簡單地辨別出他們比較喜歡聽兩個聲場中的哪一個？這類實驗可避免各種定義不明的

音響形容詞，如「清晰」、「空間感」等。使用這些形容詞，在聆賞後總保留不能馬上一致的

體認。因此採用配對比較方法去表達測聽者對音質差異下兩者的喜好度，將會簡化測聽者的

反應與解釋。再運用單一的客觀因素改變，來求取聲場中單一客觀物理量之最佳條件。 （二）聲源寬廣度與聲場模擬方式的相關重要文獻

Sato 等（2002）探討複合式噪音的聲源寬廣度(ASW)與雙耳互函數(IACC)的關聯性中， 以模擬聲場在無響室中模擬廳堂的二個對稱的側牆，其反射角度與正面間分別保持 ± 54 deg. 直達聲則為 0 deg.；實驗經由配對比較法獲得不同聲場聲源寬廣度（ASW）的尺度值，結果指出所有受測者有顯著能力辨別 ASW，並能指出複合式噪音與帶通噪音的寬廣度有明顯的不同，說明了聲源寬廣度可以判斷出聲源訊號所組成的頻率效應。 Morimoto（2001）研究來自背後的反射音對聆聽者空間印象的作用，以揚聲器模擬反射音能量；實驗結果證實：1.聆聽者可以感知聲源寬廣度(ASW)與聆聽包被感(LEV)兩種空間特性；2. 從聆聽者背後來的餘響可增加空間印象的聆聽包被感(LEV)。 林葳等（2007）探討傳統京劇自然聲場之主觀評價中以傳統京劇為例，利用無響室錄製採原聲樣本(dry source)擷取錄製及分析的方式，並透過音訊的轉置，對於錄製的結果，探討傳統京劇唱段的基礎物理量特性，在透過聲場模擬的方式進行主觀心理實驗，並以統計方式

分析其主觀評價結果。 Ando（1985）在針對音樂廳設計時的四個考慮因子：1. 初期反射音遲延( t　 1)、2. 餘響

時間(Tsub)、3. 雙耳互函數(IACC)與 4. 收聽聲壓位準(SPL) 的變化時，均利用揚聲器置於半徑 1.5 公尺的水平圓周上來模擬音樂廳內的各向反射音能量。此模擬方式在音樂廳音效設計上確實有著方便及客觀的條件。

参、實驗方法 （一）音樂樣本選取

在選取實驗之原聲樣本（dry source）時，郭秀容（2004）指出傳統音樂表現手法的特質，主要來自於每個樂器獨立音色的表現，不同的樂器會產生不同的旋律變化，因此我們認

為樂器音色將是重要影響的因子，故實驗的原聲樣本以獨奏音樂進行。首先，在國樂分別代

表的獨奏樂器分別：笛管、二胡、古箏、揚琴；西洋管弦樂分別是小提琴、大提琴、單簧管、

法國號。這也是在有關聲源寬廣度(ASW)研究上利用樂器演奏取代各式噪音源來探討的創舉。 （二）自相關函數有效遲延時間

Ando（1985）建議自函數(ACF)可視為觀察一連續事件前後相似程度的工具，因此假設音樂的規一化自函數在遲延時間軸上衰減快慢的程度，可作為對音場喜好程度的指標。表 1為所錄製的中國國樂及西洋管弦樂原聲樣本之訊號的頻譜及有效遲延時間 τe計算的結果，其中 τe的分析長度測量 2s 到 100s 的音樂後比較，要分析一段音響至少 20s 並以其 τe最小值做為依據，因此本實驗的樂音採用持續時間 20s 作為分析。

表 1 中國國樂與西洋管弦樂音樂樣本

演奏樂器-笛管 演奏樂器-二胡 演奏樂器-古箏 演奏樂器-揚琴 τe min 58.99 ms τe min 23.27 ms τe min 84.12 ms τe min 61.88 ms

0

10

20

30

40

50

60

70

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB（

A）

0

10

20

30

40

50

60

70

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB

（A

）

0

10

20

30

40

50

60

70

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB

（A

）

0

10

20

30

40

50

60

70

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB（

A）

演奏樂器-小提琴 演奏樂器-大提琴 演奏樂器-單簧管 演奏樂器-法國號

τe min 28.01 ms τe min 18.38 ms τe min 32.8 ms τe min 10.0 ms

0

10

20

30

40

50

60

70

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB

（A

）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB（

A）

0

10

20

30

40

50

60

70

80

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 1.6K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB

（A

）

0

10

20

30

40

50

60

70

40 80 125 250 315 500 1K 1.25K 2K 4K 8K

頻率 （Hz）

dB（

A）

（三）實驗設定與配置

本研究為比較中西傳統樂音獨奏時之空間聲源寬廣度差異，依文獻回顧整理及討論後，

規劃完整之實驗設計進行受測，實驗方式依上述聲場模擬方式進行，實驗以雙耳之實際聆判

及揚聲器模擬空間印象來比較樂音聲源寬廣度大小。實驗之改變除了各種不同樂音外，被模

擬空間之餘響時間也列入探討。 以五個相同揚聲器（Fostex NF-1A）模擬正常音樂廳中各個主要反射音方位（圖 1），依

此分析測聽者對於樂音聲源寬廣度的主觀感受。所有掦聲器皆距離受測者 1.5 公尺(高度 1.2公尺)，聲壓設定分別：直達音揚聲器 70dB(A)（Ch1, 0 deg. 係指正前方）、兩個第一反射音63.8 dB(A)（Ch2、Ch3, ± 54 deg.)及兩個餘響 65dB(A)（Ch4、Ch5, ± 160 deg.)。第一反射音主要模擬廳堂兩側對稱的牆反射，遲延時間設定為 40 ms，餘響遲延時間則為 80ms，其餘實驗設定詳表 2。

在模擬廳內較前方位置時(實驗一)，以三個揚聲器（Ch1～Ch3）進行模擬；進一步探討

2s 2s 15s

音樂樣本

10s 音樂樣本

10s 10s

音樂樣本

10s 音樂樣本

10s

第二組 第一組

空間單元餘響時間的關係時(實驗二)，模擬廳內較後段座位，使用二個揚聲器（Ch4～Ch5）加入後續餘響時間模擬，證實了 Morimoto (2001)研究音樂廳中餘響與後期反射對於聲源寬廣度的影響。

（四）測聽者與實驗方式

測聽者必須通過純音聽力測試通過方可進行實驗，測聽者平均年齡為 25±3 歲之朝陽科技大學學生 21 名。為避免人為因素所造成之實驗誤差，於實驗前進行完整之程序及實際操作實驗說明，使測聽者充分理解實驗過程及問卷回答方式。

為了獲得主觀聲源寬廣度的心理量化值，實驗方法使用 Thustone Case V 的配對比較法；配對之方式以中西樂音混合進行配對比較，配對比較實驗時選擇寬廣度較高者來回答。

實驗樂音樣本提示時間均為 10 s，每一組中兩個音樂間距為 2s，除了第一組進行判別需考慮較久時間，因此設定為 15 s，每組之間間距為 10 s（圖 2），一共為 84 組判別組。

肆、實驗結果與分析 （一）中西傳統樂音聲源寬廣度比較研究分析

藉由配對比較法一貫性檢定結果發現在 21 位測聽者中，其中 6 位問卷（d＞1）產生首尾不一致的回答，故不予採納；其餘 15 位測聽者（d≦1）回答的一貫性符合標準。此 15 位測聽者配對比較結果根據 Thurstone Case V 量化理論得到心理量化的尺度值，即為各樂音主觀寬廣度心理量化值（μi）。將實驗結果依中西樂音及各別樂器分別進行變異數分析，結果發現（圖 3）西洋管弦樂在主觀聲源寬廣度比較下明顯高於國樂樂音（p＜0.001），這可說明中西樂器的發音特性具有明顯差異。配對比較實驗結果樂音之心理量化結果值排序：大提琴＞法

國號＞小提琴＞單簧管＞揚琴＞古箏＞二胡＞笛管（圖 4）。

設定名稱 設定條件 遲延時間 0ms 40ms 80ms 揚聲器數量 直達聲 1 個 第一反射 2 個 第二反射 2 個 方位設定 0 deg. ±54 deg. ±160 deg. 聲壓級 70dB（A） 63.8dB（A） 65 dB（A） 餘響時間(sec) － － ≒0.0 s、0.9s、2.0 IACC 實驗一 0.9、實驗二 0.7

圖 1、實驗配置圖

表 2、實驗聲場設定

圖 2、配對比較放音過程

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

中國國樂 西洋管弦樂

中西樂音

主觀寬度心理

量化值

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

笛管 二胡 古箏 揚琴 單簧管 小提琴 法國號 大提琴

中西獨奏樂

主觀感知寬度量化值

RT≒0.0 RT=0.9 RT=2.0

（二）餘響時間對聲源寬廣度的影響

經由變異數統計結果得知，中國國樂與西洋管弦樂的樂音聲源寬廣度隨著餘響的大小而

有顯著的差異（p＜0.05）。西洋管弦樂會隨著餘響時間的增加，聲源寬廣度有遞增的趨勢，此結果與 Morimoto（2001）發現後期反射的增加會提高聆聽包被感(LEV)成相同的趨勢（圖5）。因此使我們對於所謂聲源寬廣度與聆聽包被感的聽感意義產生混淆；而 Ando（1985）對於音樂廳的設計不以此類空間感形容用語，而以物理參數 IACC 來代表空間主觀擴散層次自是有其理由。 （三）樂音頻譜特性對聲源寬廣度的影響

將實驗結果依各別樂音之頻譜對於聲源寬廣度進行變異數交叉分析比較，結果發現低頻

之頻譜對於廣寬度具顯著影響（p

伍、結論 1. 在中西樂音之空間聲源寬廣度比較聆判結果中，發現西洋管弦樂的主觀聲源寬廣度明顯

高於中國國樂（p＜0.001），此結果說明了由樂器所演奏出來的音色，即可聆判出中西樂音之聲源寬廣度的差異，大提琴＞小提琴＞法國號＞單簧管＞揚琴＞古箏＞笛管＞二胡。

2. 中國國樂與西洋管弦樂的樂音聲源寬廣度會隨著餘響的大小而有顯著的改變（p＜0.05）。西洋管弦樂會隨著餘響時間的增加，聲源寬廣度有遞增的趨勢。

3. 樂音之頻率對於廣寬度具顯著影響（p