将扬琴搬到手机上，首款中国民族乐器模拟演奏应用问世

互推小编 2024-03-18

使用自制电容琴竹演奏

文 | 卢旸

移动智能终端的普及给中国民乐及民族乐器的传承保护和发扬发展提供了新的契机。北京邮电大学数字媒体教研室主任李荣锋致力于音乐技术、机器学习等领域的研究，他带领学生研发基于实时音频合成的中国民族乐器模拟演奏应用。目前，首款应用——扬琴模拟演奏App已完成首个版本。该应用将扬琴搬到手机上，以3D模型体现乐器的形制，实时合成音频体现乐器的音色及技巧，让使用者轻松体验乐器演奏。

模拟器上进行无差别演奏

扬琴模拟演奏App测试过程

随着移动智能终端的普及，移动设备平台上的音乐创作应用软件应运而生。在iOS系统下的苹果应用商店、Android平台上的各类移动应用市场中，都可以看到大量乐器模拟演奏应用。但面向乐器演奏类的移动应用大多是基于西洋乐器的，针对中国传统民族乐器的开发非常少。且这少量的民族乐器应用在界面、操作、仿真上较为简陋。如乐器均为二维，无法实现形制的完全模拟；应用界面简陋，交互方式不友好；交互思想与传统弹奏思维方式相差较大，无法实现演奏技法，仅能单音演奏，灵敏度欠佳等。

去年3月，李荣锋指导学生吕可，以1990年中央民族乐团研制的第四代变音扬琴“402型扬琴”作为研究对象，设计首款中国民族乐器模拟演奏应用。该应用使用的音源来自中国音乐学院音乐科技系建立的，收录了200种中国传统民族乐器音频数据的多媒体中国乐器数据库。

扬琴模拟演奏App并非数字乐器，其目标群体与数字乐器的目标群体是不同的。李荣锋介绍，数字乐器主要面向演奏者，设计强调创新的演奏法、发音法以及在作品中的表现力。而模拟演奏应用更多地面向广大群众，以及对中国传统乐器不是特别熟悉的创作者，从而起到深度科普、辅助创作的作用。

模拟演奏应用须拥有稳定、友好且画面精致的应用设计，从传承和弘扬民乐文化的角度，更多地展示乐器的形制。为此，扬琴模拟演奏App使用当下三维游戏开发主流引擎Unity3D进行应用设计，在界面美术风格上力求古朴、典雅。扬琴模拟演奏应用可在完整的三维乐器上进行与真实乐器无差别的演奏操作。

在演奏交互方式上，扬琴模拟演奏App以还原为主，使用多点触控，并配合电容硬件增强演奏的手感和控制感。“实现多点触控才可更好地传达乐器本身的演奏思想。”设计过程中，吕可思考如何在演奏的交互方式上实现创新，既保证简单直观，又尽可能地还原出民族乐器的演奏形式和思想，并且配有清晰的提示和标注，辅助业余爱好者迅速上手。

电容琴竹实现三维交互

选择扬琴作为中国民族乐器模拟演奏应用的第一款应用，是因为设计团队认为，扬琴的基本演奏可以较容易地在触摸屏上实现，从程序逻辑上，跟基于触摸屏的钢琴模拟应用差不多。“但实际上，扬琴有很复杂的演奏技法，类似滑竹、拨弦、勾弦、揉弦这些涉及到琴与弦之间的三维交互，甚至需要使用指套，或者操作钢丝拨子的交互……在一块平面的触摸屏上实现起来都有一定难度。单纯基于触摸屏进行程序设计，体验并不真实，需要对硬件做进一步设计。”李荣锋说。且由于扬琴琴弦较为繁杂，平板电脑屏幕大小有限，使用扬琴模拟演奏App时可能会导致误触，出现错音及不灵敏的情况。

针对这个问题，吕可自制了一款“电容琴竹”作为辅助演奏，从而最大限度地还原真实扬琴演奏的效果。电容琴竹由真实竹制琴竹表面包裹锡箔纸制成，并在顶端套入导电硅胶制成的电容笔笔头，作为接触击奏点，通过锡箔纸与导电硅胶将人体电容传导至移动触摸屏，从而实现触控效果。由于接触点缩小，误触情况有很大的好转；同时，由于锡箔包裹下的琴竹仍具有轻盈的弹性，可以在扬琴应用上较好地实现三连音、轮竹等技巧。电容琴竹演奏附件的设计是扬琴模拟演奏App下一步主要改进的方向之一。

将程序逻辑推及更多乐器

真实是扬琴模拟演奏App最大的特色与优势，这正弥补了市面上已有民族乐器应用的不足之处。吕可介绍，真实性首先体现在音色真实上，应用使用的音频基于真实音色采样合成，并设计算法进行优化，使得App在演奏时听感上与真实乐器无异；第二是外观真实，App中乐器的三维外观完全按照实际乐器进行建模，从形制上遵循真实乐器的构造；第三是演奏方式真实，App利用物理声学理论定量还原了乐器的演奏方式。

目前，扬琴模拟演奏App仍处于初级阶段，通过用手指或其他触控装置触摸屏幕上的琴弦进行模拟演奏，并通过教学模式让使用者学会演奏传统曲目。首版扬琴应用的智能教学功能，包含曲目《春到清江》单声部和双声部的学习跟奏模式，以及该曲的自动演奏示范，曲谱显示在应用上方并跟随曲目实时同步移动。学习跟奏模式中，使用者在系统的提示下逐拍演奏和纠正，每一拍演奏正确才能继续向后学习。通过这款App，用户可以很快地熟悉扬琴演奏方法，学会演奏《春到清江》的片段。

“扬琴模拟演奏App的程序逻辑可以推广到各类弹拨乐器，如琵琶、古筝、古琴等。无论是程序逻辑，还是声音的物理建模，具体到每一件乐器都有它特殊的演奏法与适合演奏的曲子。”今年，李荣锋指导学生研究如何在触摸屏上实现古筝的演奏技巧，例如模拟左手按压弦实现滑音、颤音等技巧；以及针对键笙的模拟演奏应用定制吹嘴，突破触摸屏的局限，研究基于气压传感器实现类似电吹管的交互装置。

参与中国民族乐器模拟演奏应用设计的研发者最初也许只是出于对传统乐器的好奇，在设计开发过程中，他们慢慢地深入了解、学习了这件乐器及其背后的传统文化。“通过科学研究，了解我们自己的传统文化、传统音乐，是非常难能可贵的事情。随着研究的深入，我们越发认识到，中国乐器博大精深，需要做的事情实在太多了。”李荣锋希望通过中国民族乐器模拟演奏应用设计，让更多的人能够便捷地体验演奏中国民族乐器，体验演奏中国传统音乐。

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