音樂的聲學(xué)知識(shí)

音樂的聲學(xué)知識(shí)⑴樂音樂音又稱復(fù)音，指的是由一些頻率不同的簡(jiǎn)單正弦分量合成的聲波，或具有一個(gè)以上音調(diào)的聽覺。只是一個(gè)簡(jiǎn)單正弦函數(shù)的聲波，或具有單一音調(diào)的聽覺，稱為純音。樂音中可用耳分清為一個(gè)簡(jiǎn)單聲音而不能再分的分量稱為分音。樂音中頻率最低的分量或音調(diào)最低的分音稱為基音，頻率比基音高的分量稱為泛音，頻率為基音頻率整數(shù)倍的分音稱為諧音。頻率為基音頻率n倍的分音，稱為(n-1)次泛音，或第n次諧音。音調(diào)音調(diào)是聽覺分辨的聲音高低程度，是個(gè)主觀量。根據(jù)音調(diào)可把聲音排成由低到高的序列。純音音調(diào)的高低主要由聲音的頻率來決定，頻率越高，人主觀感覺的音調(diào)也越高。但音調(diào)也不是單純由頻率決定的，它還和聲音的強(qiáng)度有關(guān)。大體上，2000赫以下的低頻純音的音調(diào)隨強(qiáng)度的增加而下降，3000赫以上高頻純音的音調(diào)隨強(qiáng)度的增加而上升。音調(diào)還與聲音持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，非常短促(毫秒量級(jí)或更短)的純音，只能聽到像打擊或彈指那樣一個(gè)響聲，感覺不出音調(diào)。持續(xù)時(shí)間從10毫秒增加到50毫秒，聽起來覺得音調(diào)由低而高的連續(xù)變化。超過50毫秒，音調(diào)就穩(wěn)定不變了。樂音的音調(diào)更復(fù)雜，可認(rèn)為主要由基音的頻率決定。響度響度是感覺判斷的聲音強(qiáng)弱，即聲音響亮的程度，根據(jù)它可以把聲音排成由輕到響的序列。響度的大小主要依賴于聲強(qiáng)，也與聲音的頻率有關(guān)。聲波所到達(dá)的空間某一點(diǎn)的聲強(qiáng)，是指該點(diǎn)垂直于聲波傳播方向的單位面積上，在單位時(shí)間內(nèi)通過的聲能。聲強(qiáng)的單位是瓦/米2。對(duì)于2000赫茲的聲音，其聲強(qiáng)為2X1012瓦/米2就可以聽到，但對(duì)于50赫茲的聲音，需5X106瓦/米2才能聽到，感覺這兩個(gè)聲音的響度相同，但它們的聲強(qiáng)差2.5X106倍。對(duì)于同一頻率的聲音，響度隨聲強(qiáng)的增加不是呈線性關(guān)系，聲強(qiáng)增大到10倍，響度才增大為2倍，聲強(qiáng)增大到100倍，響度才增大為3倍。音色音色又稱音品，是聽覺感到的聲音的特色。純音不存在音色問題，復(fù)音才有音色的不同。音色主要決定于聲音的頻譜，即基音和各次諧音的組成，也和波形、聲壓及聲音的時(shí)間特性有關(guān)系，如果留聲機(jī)的唱片反向轉(zhuǎn)動(dòng)，聲音的頻譜雖然未變，音色卻顯著改變了。這說明音色在很大程度上與各泛音在開始時(shí)和終了時(shí)振幅上升和下降的特點(diǎn)有關(guān)系。音色對(duì)電樂器的研制有非常重要的意義。目前正是根據(jù)各種樂器聲音的頻譜、基音和各次諧音的相對(duì)強(qiáng)度，用電聲方法進(jìn)行模擬來制作電樂器。（5）音程和音階音程（頻程）指兩個(gè)音在頻率上的間隔，可以用這兩個(gè)音的頻率之比來表示。如音樂中C大調(diào)的“1”（Do）音的頻率f1=264赫，“2”（Re）音的頻率f2=297赫，它們之間的音程為f2/f1=9/8。又如C大調(diào)中的“6”（La）音的頻率f6=440赫，“7”（Si）音的頻率f7=495赫，它們之間的音程為f7/f6=9/8°“1”和“2”，“6”和“7”，它們的音程是相等的，即等音程。C大調(diào)中的“i”（D'0）頻率f\=528，“1”和“i”之間的音程為f'1/f1=2，這兩個(gè)音稱為相差一倍頻程。“1”和“1”，“2”和“2”等等，聽起來像一個(gè)音，只是后者比前者“尖”，它們的音程都是一倍頻程，在音樂樂理上稱它們之間相距八度，即通常所說的高八度。音樂中由低到高按一定音程的排列叫做音階（也叫樂律），音階有自然音階（也叫自然律）和等程音階（也叫平均律）兩種，各音的頻率關(guān)系如下表：音中方1國(guó)D2(Re)E3(Mi)F4(輿G5(Sol)A6gC(Do')(264初330352396440495酒與前-節(jié)的-9您 10/9 1郊髓 1肪 兆］血頻率（赫）261.6293.7329.6349.2 392.044J.0493.9523.2S明 液1菠 皈 皎扳1鞭整 至 半音 金 界景 半音音階不論怎樣劃分，都是以一個(gè)八度為一組，每組音的排列是重復(fù)相同的，即這個(gè)八度內(nèi)任意兩個(gè)音的音程，同下一個(gè)八度內(nèi)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)音的音程是相同的。自然音階在彈奏和弦（如大三和弦）時(shí)聽起來很和諧，但變調(diào)不方便。等程音階雖不如自然音階和諧，但變調(diào)方便，所以樂器都采用等程音階。（6）歌唱家的音域在合唱中，一般分四個(gè)聲部，這四個(gè)聲部的音域（頻率范圍）分別是：女高音246.9—987.8女低音164.8—659.2，男高音110—440，男低音73.4—293.7。深沉的男低音發(fā)出的最低音的頻率可達(dá)65.4?；ㄇ慌咭舭l(fā)出的最高音的頻率可達(dá)1177.2。（7）聲強(qiáng)級(jí)的單位一一分貝物理學(xué)上對(duì)聲波強(qiáng)弱用聲強(qiáng)來描述，在實(shí)際生活中，人們遇到的聲音的強(qiáng)弱變化范圍很大，從人耳剛能聽到的聲音（聽閾），其聲強(qiáng)為1皮瓦/米2（1012瓦/米2），到耳朵震痛得難以忍受的聲音，其聲強(qiáng)為1014皮瓦/米2（102瓦/米2），相差1014倍。另外，人們感覺到的聲的強(qiáng)弱，并不與聲強(qiáng)的大小成比例，而是與其對(duì)數(shù)值成比例。為了方便，聲學(xué)中用聲強(qiáng)的對(duì)數(shù)量（叫做聲強(qiáng)級(jí)）來表示聲音的大小。對(duì)數(shù)的底取10,單位為貝耳，簡(jiǎn)稱貝，但是實(shí)際使用中常以土貝為單位，叫做分貝。聲強(qiáng)級(jí)L1=10lg（I/I0）o其中L1是聲音的聲強(qiáng)級(jí)，lg是以10為底的對(duì)數(shù)，I是聲音的聲強(qiáng)，I0是聲強(qiáng)的基準(zhǔn)值，等于1皮瓦/米2。如果某個(gè)聲音的聲強(qiáng)等于基準(zhǔn)聲強(qiáng)，I/I0=1，L1=0分貝；如果I為I0的10倍，L1=10分貝；如果I增大為I0的100倍，L1=20分貝；如果I是I0的1014,L1=140分貝?？梢?，引入聲強(qiáng)級(jí)的概念后，就把聲強(qiáng)相差1014倍的變化范圍，改變?yōu)??140分貝的變化范圍，方便了許多。從聲強(qiáng)級(jí)的公式可以看出，聲強(qiáng)級(jí)每變化10分貝，就相當(dāng)于聲強(qiáng)變化10倍；而變化20分貝，就相當(dāng)于聲強(qiáng)變化100倍；每變化30分貝，就相當(dāng)于聲強(qiáng)變化1000倍。因此聲強(qiáng)級(jí)增大或減小20或30分貝，聲強(qiáng)的變化是很大的。（8干燥空氣中的聲速（單位：米/秒）01Ca12345673920343.4344.0344,5345