理科生都懂的乐理

乐理对于作为理科生的我简直是噩梦。原来的我一直这样想着。糟糕的经验式命名方式把简单的数学结构搞得无比复杂。总之,今以现代理性的角度讲下乐理。

音:440Hz是ISO规定的一部分,不爽不要在地球演奏音乐

总之基于各种不可名状的原因,中央F被定为440Hz。
纳粹阴谋论

什么是中央F?其实就是F3。
F2就是频率为F3一半的音。即220Hz。
F1就是频率为F2一半的音。即110Hz。
F4就是频率为F3两倍的音。即880Hz。
F5就是频率为F4两倍的音。即1760Hz 。
F6、F7以此类推。

辣么问题来了,音乐里只有这7个音吗,你在逗我。

OKOK,不用说,靠着这音高差别如此巨大的音怎么可能演奏出细腻的音乐嘛。

于是,将F1到F2之间的频率等分为12份。分别记为F1、F#1、G1、G#1、A1、A#1、B1、C2、C#2、D2、D#2、E2、F2。同样F2与F3之间、F3与F4之间、F5与F6之间也按照这样分。

如此以来我们得到了12乘N个音,每个音对应着一个确定的频率。

C1、C#1、D1、D#1、E1、F1、F#1、G1、G#1、A1、A#1、B1、C2、C#2、D2、D#2、E2、F2、F#2、G2、G#2、A2、A#2、B2、C3、C#3、D3、D#3、E3、F3、F#3、G3、G#3、A3、A#3、B3、C4、C#4、D4、D#4、E4、F4、F#4、G4、G#4、A4、A#4、B4、C5、C#5、D5、D#5、E5、F5、F#5、G5、G#5、A5、A#5、B5、C6、C#6、D6、D#6、E6、F6、F#6、G6、G#6、A6…

(补充一下,#代表升号,b代表降号。比如F##等于
G,Gb等于F#,B#等于C)

那么问题又来了,你是怎么等分成12份的?

等分的原则就是按照音频率之比。前一个音的频率与后一个音的频率之比,必须等于后一个音的频率与后后一个音的频率之比。

据此划分,若第一个音频率为r,则第二个音频率为r乘s、第三个音为r与s的平方的积、第四个音为r与s的立方的积、如此类推、第十二个音为r与s的12次方的积。我们又知道第一个音是F1、第十二个音为F2、它们频率之比为1比2,也是r比r与s的12次方的积。则,s的12次方就是2。s即为2开12次方根,大约是1.06。

于是乎,频率之比为1:1.06的两个音称为相差1个半音。

总结一下,换种观点来看,以440Hz为基准,通过提升1.06倍的频率,找到比其高半音的音,再如此找到比其高半音的音高半音的音。最终得到了一大堆音。相邻两音之间相差半音。

练习一下,C2与D2相差2个半音,C2与C3相差12个半音。

所谓12平均律即是如此。

调:人类需要一个更高的相对抽象层来隔离绝对的物理世界

音,可以理解为绝对的。每个音对应着一个固定的频率。而调则是相对的。就是选定参照系后,每个音在这个参照系中处于何种位置,或言,其在相对坐标系中的坐标。

调有两个属性确定,一是基准音,二是调式。

  • 基准音就是某一个音,比如C或F#。其记录相对坐标系的原点。

  • 调式分大调、自然小调、和声小调、旋律小调等。其记录坐标系的网格划分。

每个调都有7个调内音。分别记为do、re、mi、fa、so、la、si。(读音参见某知道

其依次升高。对于调式为大调的调,其关系为:do与re之间相差2个半音、re与mi之间相差2个半音、mi与fa之间相差1个半音、fa与so之间相差2个半音、so与la之间相差2个半音、la与si之间相差2个半音、si与高音do之间相差1个半音。

简单来记,就是2212221。

与此类似。调式为自然小调的调,其关系为:do与re之间相差2个半音、re与mi之间相差1个半音、mi与fa之间相差2个半音、fa与so之间相差2个半音、so与la之间相差1个半音、la与si之间相差2个半音、si与高音do之间相差2个半音。

也可简单记为2122122。

同理,和声小调记为2122131,上行旋律小调记为2122221,下行旋律小调记为2122122。

那么问题又来了,第一个调内音(也就是do)到底是什么音,其频率几何?

这就是基准音所确定的。一个调的基准音即是其第一个调内音。

通常把基准音为C的大调记为C大调,把基准音为C的小调记为c小调。把基准音为F#的大调记为F#大调,把基准音为Bb的小调记为bb小调。总之小调就是要变成小写字母。

以C大调为例,其调内音 do = C、re = D、mi =E、fa = F、so = G、la =A、si = B。

对于c自然小调,其调内音 do = C、re = D、mi =Eb、fa = F、so = G、la =Ab、si = Bb。

调内音的稳定性排序与倾向性

就像金属活动性顺序一样,音乐中有调内音稳定性。

do > so > mi > la > re > fa > si

do最稳定,xi最不稳定。

其中稳定性最高的三个调内音称为稳定调内音。其余四个称为不稳定调内音。

不稳定调内音有对稳定调内音的趋向性。

re -> do

fa -> mi

la -> so

si -> do

调内音的其他名字

do、即I、亦称为主音。

re、即II、亦称为上主音。

mi、即III、亦称为中音。

fa、即IV、亦称为下属音。

so、即V、亦称为属音。

la、即VI、亦称为下中音。

si、即VII、亦称为导音。

不规律调

调还有很多种,比如

摇滚调:3112212

当然,并非所有调都要划七个音出来。
比如 Blues 只有六个,五声调式只有5个。

大调 Blues :211323
小调 Blues :321132

五声大调 :22323
五声小调 :32232

当然五声调式里就不叫做do、re、me之类而称为宫商角徵羽。

和弦:食我大maj13和弦辣

和弦即是复数(大于等于3)个音同时奏鸣。

每个和弦有两个参数决定:

  • 其一是根音,即构成和弦的音中、频率最低的音。比如C和弦,G和弦。
  • 其二是构成和弦的音之间的高低关系。

构成和弦的音按照频率从低到高排列、依次记为根音、三音、五音、七音、九音、十一音、十三音。

三和弦

最常见和弦为三和弦,即是由三个音构成的和弦。即有根音,三音,五音。

若根音与三音相差4个半音、三音与五音之间相差3个半音,则称为大三和弦。音关系为43。

若根音与三音相差3个半音、三音与五音之间相差4个半音,则称为小三和弦。音关系为34。

若根音与三音相差3个半音、三音与五音之间相差3个半音,则称为减三和弦。音关系为33。

若根音与三音相差4个半音、三音与五音之间相差4个半音,则称为增三和弦。音关系为44。

C大三和弦,简记为C和弦。

C小三和弦,简记为Cm和弦。

C减三和弦,简记为Cdim和弦。

C增三和弦,简记为Caug和弦。

七和弦

七和弦由四个音构成,即根音、三音、五音、七音。

音关系为433的和弦称为大小七和弦。

音关系为434的和弦称为大大七和弦。

音关系为343的和弦称为小小七和弦。

C大小七和弦,简记为C7和弦。

C大大七和弦,简记为Cmaj7和弦。

C小小七和弦,简记为Cm7和弦。

当然此处仅介绍了较简单的和弦。

和弦与调

够成和弦的音通常为某调的调内音。(当然偶尔会有调外音构成和弦,起到狗尾续貂画龙点睛的作用。)这个和弦称为这个调的调内和弦。

这就带来了另外一种和弦的表示方法。

如C大调II级和弦,或者说成C大调上主和弦,就是指根音为re、三音为fa、五音为la的和弦。其实就是Dm和弦而已。

总之,这样叫是有道理的。通常曲中的旋律(即按时间排序依次奏鸣的音)与和弦
常常位于某一调,即旋律是调内音,和弦是调内和弦。

原因

为何和弦动听?因其频率比例简单。

下表为两音频率比例在12平均率下的近似。

半音差 绝对 近似
0 1.0 1/1
1 1.0594630943592953 16/15
2 1.122462048309373 10/9
3 1.189207115002721 6/5
4 1.2599210498948732 5/4
5 1.3348398541700344 4/3
6 1.4142135623730951 /
7 1.4983070768766815 3/2
8 1.5874010519681994 6/5 x 4/3 = 8/5
9 1.681792830507429 5/4 x 4/3 = 5/3
10 1.7817974362806785 3/2 x 6/5 =9/5
11 1.8877486253633868 3/2 x 5/4 = 15/8
12 2.0 2/1

回顾之前所讲的调内音稳定性顺序表

do > so > mi > la > re > fa > si

do最稳定,xi最不稳定。

可以发现在大调中换作频率比表示其为:

1/1 > 3/2 > 5/4 > 5/3 > 10/9 > 4/3 > 15/8

自然小调中为:

1/1 > 3/2 > 6/5 > 8/5 > 10/9 > 4/3 > 15/8

下分析和弦

和弦种类 半音差 频率比
大三和弦 0-4-7 4 : 5 :6
小三和弦 0-3-7 10:12:15
减三和弦 0-3-6 25:30:36
增三和弦 0-4-7 16:20:25
大小七和弦 0-4-7-10 20:25:30:36
大大七和弦 0-4-7-11 8:10:12:15
小小七和弦 0-3-7-10 10:12:15:18

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References:

歪写数学史

某知乎

某知乎

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