音集理论中关于补集与原集的合音程涵量关系的证明

命题:有音集A,基数为a,其相对于12音全集的补集为B,基数为b. 若A的音程向量为[A(n)],则B的音程向量[B(n)]满足:

对于1 ≤ n ≤ 5,A(n)-B(n)=a-b;

特别的,n=6时,A(n)-B(n)=(a-b)/2.

证明:由于12音体系中计算音程时采取“大于6取余”的方式,并且考虑到移位不变性,受波恩-卡曼边界条件启发,我采取钟盘模型来阐述这一问题——把十二个音级依次序对应到钟盘上的十二个钟点。这样做的好处在于,音程的计算可以简化为两个音在钟盘上对应点之间的最短距离,而不必考虑“大于6”的情况。音程则可以用一段圆弧来表征,显得更加直观。

先用一个具体例子来说明思路。考虑A为pc5-13, 基数a=5,音级01248,代表点在图上用红色标出。从音程向量[221311]可知有2个ic1,用蓝色标记这两段圆弧。我们再看其补集B:pc7-13,音程向量[443532],它含有的4个ic1已用绿色标出。与pc5-13的ic1数量差2,等于两个音集基础差。回头观察钟盘,不难理解,代表A中5个音级的红点两侧的长度为1的圆弧是跟B是不会有关系的,因为B中没有A包含的音级,所以这样的圆弧无法对B的ic1有贡献。那么总共有12个长度为1的圆弧,每个红点杀掉两个圆弧,留给B的只剩下12-2×5=2个圆弧。但是很容易发现,这里我们重复杀了几段,这几段恰好就是蓝色标记的那两段,也就是A所含的ic1, 由于两端都是红点而被杀了两次,所以要把这个数量补回来,于是B所拥有的圆弧数就是12-2×5+2=4段。这就解释了为什么B含有4个ic1.

以上是具体的例子,我们要把这个方法推广到一般情形。对于任意A,不妨设其基数a<6, 则A的补集B的基数b=12-a>6. 对于任意1 ≤ n ≤ 5,都能在我们的钟盘上找到12段长度为n的圆弧,它们分别以十二个点为起点,虽然有重合,但是只要两端不完全相同,它们就代表不同的音程。同样的道理,被A中音级杀掉的圆弧数为12-2a,补上重复杀掉的数目便是留给B的音程涵量。而重复杀掉的圆弧就是A所包含的音程,所以它的数目就是A(n). 用等式写出这一步就是

12-2a+ A(n)= B(n),

移项得A(n)- B(n)= 12-2a.

将a和b的关系b=12-a带入,便得到我们所要证明的结论:A(n)-B(n)=a-b, (1 ≤ n ≤ 5).

那么当n=6时是什么特殊情况呢?这个其实是音程向量的基本性质决定的,因为所有的ic6都是倒影不变的,所以计数时少记了一半。这里再用我们的钟盘模型说明一下。比如0和6两个音级,虽然它们可以构成两段不同的圆弧,但是由于端点是一样的,所以只算了一条。这样,所有的ic6数量都减半,这样在等式右边就需要除以二,以符合音程向量的定义。

这个命题是我在音集理论中遇到的第一个需要花点时间思考的问题,阿伦·福特在书上没有给出证明,我就写出来分享一下。另外,我相信这个钟盘模型可以让大家很直观的看清楚一些其它问题(倒影、音程和原型等等),对理解音集理论有很大帮助。