第2節(jié)樂音的三個特征

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樂音

第2節(jié)樂音的三個特征

一、本節(jié)三維目標要求

1.知識與技能

能從日常生活的直接感受中知道樂音有音調、響度和音色的區(qū)別。

常識性知道音調的高低與聲源振動的頻率有關，響度的大小與聲源振動的振

幅和離聲源的遠近有關，不同發(fā)聲體發(fā)出的音色不同。

2.過程與方法

通過觀測聲波的圖形，初步學習利用儀器進行探究，觀測圖形進行分析的方

法。

3.情感、態(tài)度與價值觀

通過觀測波的圖形，使學生初步體會到科學探究不能光憑人的感觀，還要借

助于儀器，初步建立利用儀器進行測量的觀念。

二、重點和難點

音色是本節(jié)的難點。樂音三特征中，音色對于學生難于從形成機理上做具體分析，只能通過生活實例使學生體會到樂音除音調和響度外還有音色的區(qū)別。

三、教學實施建議

（一）教學過程

1.情景創(chuàng)設、提出問題

開個小型音樂會，在活躍的氣氛中，對樂音下定義。提出同樣是樂音它們有什么區(qū)別的問題。啟發(fā)學生自己得出聲音有大小、高低之分，不同樂器發(fā)出的聲音是有區(qū)別的。然后總結出樂音的三特征。再提出這些特征與聲源振動狀況有什么關系的問題。

2.過程展開

（1）試驗探究音調的高低

組織學生用刻度尺做此試驗。在學生觀測的基礎上進行探討：刻度尺伸出桌面的長度不同，所發(fā)生的振動現(xiàn)象有什么不同?由此聽到的聲音有什么不同?主觀感受的音調高低和刻度尺振動的快慢有什么關系?

再次提出頻率的概念，并復習其單位。強調一下音調決定于聲源振動的頻率，一般狀況下聲源振動的頻率大，主觀感受的音調就高。

指導學生閱讀“一些聲的頻率表〞，重溫人耳可聽聲的頻率范圍及其對超聲、次聲的定義。

（2）設計響度的演示

學生根據生活經驗比較簡單猜測到響度與物體振動的幅度有關，因此可以再由學生通過自己設計的試驗進行證明，例如利用將一根橡皮筋拉緊，輕輕撥動和重撥聽一聽所發(fā)出的聲音有什么區(qū)別?

可以通過敲響隊鼓，敲擊由輕逐漸加重，讓學生觀測鼓面上泡沫塑料小球的跳動的變化，同時聽鼓聲的變化。啟發(fā)學生自己得到響度與振幅的關系。

另外，輕輕搖動響鈴，使前排學生可聽到鈴聲。后排學生幾乎聽不見，說明響度還與離聲源的距離有關。

（3）音色

播放不同的樂器演奏的同一個調的同一首曲子，讓學生區(qū)分是什么樂器演奏的，進而向學生提出問題：你是憑什么區(qū)分出不同的樂器呢？學生會感性地認識到在音調響度都一致時不同聲源發(fā)出聲音的不同就是音色的不同。

（4）觀測聲波的圖形

觀測聲波的圖形的試驗，主要目的是讓學生比較形象地認識聲波，同時引起他們學習的興趣。

話筒把聲信號轉變?yōu)殡娦盘枺斎胧静ㄆ骱罂稍跓晒馄辽巷@示出相應的圖象。通過演示，只要讓學生知道看不見的聲波可通過儀器顯示，借助儀器是科學研究所必需的。

樂音

讓學生通過觀測兩個頻率不同的音叉發(fā)出聲的波形，

獲得具體的感性認識。使學生知道不同頻率的聲音在波形

上有什么區(qū)別。然后可讓不同的學生在話筒前發(fā)聲，觀測

其波形。用不同的力敲擊同一音叉，觀測波形，使學生知

道不同響度的聲音在波形上的區(qū)別。指導學生觀測不同樂

器產生的聲波波形的區(qū)別。波形圖包含了樂音的三特征。

（二）材料準備與試驗設計

1.試驗材料準備

音叉、示波器、話筒、刻度尺等。

2.觀測聲波的圖形：

器材:示波器(示波器的面板布置如圖2-1所示)，音

叉(256Hz.440Hz.512Hz，頻率低的效果較好)，話筒(卡拉

OK用，600n)，導線等。圖

3-2-1

操作:將話筒的插頭用兩根帶夾的導線跟示波器的Y

輸入地相連(撥在AC擋)，接通電源，將同步開關撥在十擋，調理示波器輝度，Y軸衰減旋到1,Y軸增量旋到最大，直到屏上出現(xiàn)亮橫線為止。對著話筒敲擊音叉，或者講話，調理Y軸增益，就會出現(xiàn)聲波波形。

四、發(fā)展空間

（一）“自我評價〞參考答案

錐形紙筒能匯集聲波，使更多的聲播到達耳朵，因此，把錐形紙筒放到耳朵前，就能聽到較為微弱的聲音。把錐形紙筒放在嘴前，使聲波集中定向傳出，聲波就可傳得較遠。

（二）“家庭試驗室〞指導

家庭試驗室中給出了兩個自制樂器的做法，可讓學生自己設計并描述樂器的做法，探討怎樣解決制作中產生的問題，以及怎樣改變樂器的音調和響度。

五、教學資源

（一）參考資料

1.聽覺

雙耳是人的聽覺器官，它十分靈敏．人的聽覺能感受到的最小聲壓已接近于空氣中分子熱運動所產生的聲壓，能感受的頻率范圍約為20Hz～20000Hz，寬達十個倍頻程(即十個“八

-12-2-212度〞)．人耳能感受的強度范圍約為10Wm～1Wm，大小相差10倍．

1．級和分貝

在聲學中聲音的強度或壓力常用級來表示，它的單位是dB(分貝)．這樣上面說到的人耳能聽到的最小的聲音與最大聲音之間強度相差1012倍，也就是聲級相差120dB．

2．響度和響度級

一個聲音在聽覺感受上有多響，并不與這個聲音的物理強度成線性關系．所以在普通聲學中，除了有一套物理量之外，與之對應的還有一套心理量，用以表示聲音在主觀感受上的程度．一個聲音有多響除了與它的強度大小有關外，還與它的頻率高低有關．根據世界上大量國家對不同種族的大量正常人所測得的響度級與聲壓級和頻率的關系，稱為等響曲線，示于下圖

樂音

圖3-2-2

響度級的單位是phon(方)．一個聲音的響度級等于等響的1000Hz純音的聲壓級．與人的感受成正比的聲音大小的量稱為響度．響度的單位是sone(宋)．它是以響度級為40phon的聲音的響度為1sone來定義的．兩倍響即為2sone．試驗說明，響度級每增加10phon，響度增加一倍．

3．音調

一個聲音在聽覺感受上有多高，主要與它的頻率有關，但是它的強度也起很大作用．假使一個聲音里包含大量頻率成分，它的音調高低就更繁雜．

音調高低的心理標度單位為mel(美)．它是以1000Hz，40phon的純音的音調作基準，定為1000mel．要是一個純音聽起來比它高一倍，即為2000mel，要是低一半就是500mel，依此類推。

4．雙耳效應

人們判斷聲源的方向與距離，要靠兩個耳朵來接收，特別是覺察聲源運動，從嘈雜的環(huán)境中傾聽一個較弱的聲音等，靠的都是兩個耳朵的功能，這稱之為雙耳效應．人們熟知的立體聲就是利用雙耳效應．雙耳效應的主要作用，來自于聲音到達兩個耳朵的時間差．頭部左右轉動，可以提高聲音定位的確鑿程度．在有混響的地方，如音樂廳、電影院，定位只依靠最先聽到的聲音在兩耳的時間差，這是立體聲系統(tǒng)的根據

（王德昭、應崇福、李啟虎、張家祿）

2.語言

語言是由語音(包括元音和輔音)按一定規(guī)則編排組合而成．在聲學上來看，不同的語音特征，表達在它們具有不同的時間—頻率特性上．

1。語言頻譜和動態(tài)范圍

人們日常談話輻射的聲功率平均約為10mW，耳語時最低聲功率只有0．001mW；有訓練的謳歌家最高可能產生1W的功率．所以語言信號的功率是不大的，可是它所能傳遞的信息是無限的．

語言頻譜有兩種，其一是表示語言整體長時平均特性的長時平均頻譜。從現(xiàn)有的多種語言的測量結果來看，各種語言的長時平均頻譜是大同小異的．語言信號的頻帶約在100Hz～10000Hz；主要頻段約為100Hz～4000Hz．不傳送基音的電話語言則定為300Hz～3400Hz，在每個頻帶之中語言信號的動態(tài)范圍約為30dB．再加上不同頻帶之間低頻最強的頻率成分(約在300Hz附近)與高頻最弱的頻率成分還要有30dB～40dB的區(qū)別．。

標準的正常說話聲級，在距發(fā)音人唇部一米處的聲級約為65dB(男人高些，女人低些)。語言的另一種頻譜是短時頻譜．發(fā)音是一個連續(xù)慢變過程．用短時頻譜來表示不同語音的聲學特征．從聲源看，語音聲源可分為：準周期鼓舞、噪聲鼓舞和脈沖鼓舞三種．有的語音是由它們三者的某種組合構成的，如濁輔音就可能是由第一種準周期鼓舞(聲帶振動)，再加上其次種或第三種噪聲鼓舞所構成(如漢語的濁聲母r，英語的濁輔音b、d、g)．

由于聲道的不同形狀可產生出不同語音，也就有不同的簡正方式，表現(xiàn)在語音短時頻譜上，稱之為共振峰．

（王德昭、應崇福、李啟虎、張家祿）

3．語言合成與語言識別

樂音

人們早就向往著讓機器說話和聽話．我國的“封神演義〞和西方的“天方夜譚〞都有著這種空想．有文獻記載，我國唐代就曾有過用木頭做的托缽僧，可以發(fā)出“布施〞的音來．這可以說是世界上最早的會說話的機器．18、19世紀西方也有用機械方法合成語音的．直到1939年才出現(xiàn)第—架采用電子線路的發(fā)音演示器．其工作原理是利用電子線路來模擬語音鼓舞聲源，調整共振線路迫近語音頻譜．人用鍵盤操縱，經長時間訓練可摹擬人說話．現(xiàn)在采用數字信號處理技術和語言聲學的基礎知識與特征參數，已經可以合成出任何聲音．讓機器能聽懂人說話，從而用口語指揮機器，做起來要更難一些．其基本原理，是利用實時的信號處理方法，提取語音信號特征，根據機器受過的訓練，即所存貯的語音特征模式和必要的語音學、語言學知識，來做出識別和判斷，這稱為語言識別．語言識別可分為特定人語言識別和任意人語言識別．又可分為孤立音節(jié)、孤立單詞識別和連續(xù)語言識別．廣義的語言識別，還包括說話人識別。說話人識別又分兩類，一類是說話人確認，即在已存有的某說話人資料的基礎上，根據申請人的要求，確認申請者的發(fā)音與所存的資料是否同一個人．另一類是說話人鑒別，是根據所存的一群人的發(fā)音資料，從中找出當前被鑒別的語音材料的發(fā)音人．

語言識別的一個目標是實現(xiàn)語音打字，50年代就是以語音打字機來帶動這一研究的．除語言識別之外，在充分利用語法、語意的基礎上，又發(fā)展了語言理解系統(tǒng)．當把高層次的語言合成系統(tǒng)和語言理解系統(tǒng)結合在一起時，又可實現(xiàn)人機語言對話系統(tǒng)．總有一天可以實現(xiàn)人與計算機打交道，不完全只靠鍵盤輸入和打印輸出．這對公共場所的大量服務設施，有著特別廣闊的應用前景．

（王德昭、應崇福、李啟虎、張家祿）

4.音樂

音樂和語言一樣長久，音樂聲學是聲學的古老的分支．音樂聲學的研究內容包括聲樂和器樂兩方面．聲樂方面也稱謳歌聲學，主要研究發(fā)音的機理，歌聲的聲學特性．器樂方面主要研究樂律和樂器的聲學特性．

音樂上把一個倍頻程，如從某一頻率為f的純音到2f頻率之間的間隔，稱之為一個八度。又把一個八度按頻率比為21/12分成12等份，每一等份稱為一個半音．每一個半音又分成100音分．

現(xiàn)代樂器制造所用的標準音調是A=440Hz．音分與音階名稱之間的關系見下表：

利用現(xiàn)代電子技術和計算機，根據音樂理論和聲學數據，也可以實現(xiàn)計算機作曲和電子合成器樂演奏．

（王德昭、應崇福、李啟虎、張家祿）

4.多普勒效應

當一輛警車向你駛來時，你會發(fā)現(xiàn)警笛聲變高，當警車離你而去時，你又會發(fā)現(xiàn)警笛聲變低；假使你坐在警車上，你聽到的警笛聲始終是一樣的。當聲源和聽者（接受器）之間有相對運動時，聽者所感到的這種頻率的改變現(xiàn)象稱為多普勒效應。

多普勒效應的命名是為了紀念奧地利科學家多普勒（ChristianDoppler，1803～1852）。100多年前（1842年）他發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。為了證明這一效應，多普勒請一個樂隊在一列火車的平板車車廂上演奏，他站在火車經過的道路旁，當火車駛近時,他聽到的樂隊奏出的音符比平日要高；當火車遠去時，聽到音調降低了。多普勒屢屢做試驗，但是這次他坐在火車

樂音

上，樂隊在道路旁演奏，多普勒得到了同