《好音樂的科學》：帶你破解音樂背後的奧秘！
MaxJames | 姆斯的閱讀空間
2021年1月30日
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、音色和響度。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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！
【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。
〔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！
〔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。
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。
【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。
〔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。
〔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。
【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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