第2節(jié)樂音的三個(gè)特征

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樂音

第2節(jié)樂音的三個(gè)特征

一、本節(jié)三維目標(biāo)要求

1.知識(shí)與技能

能從日常生活的直接感受中知道樂音有音調(diào)、響度和音色的區(qū)別。

常識(shí)性知道音調(diào)的高低與聲源振動(dòng)的頻率有關(guān)，響度的大小與聲源振動(dòng)的振

幅和離聲源的遠(yuǎn)近有關(guān)，不同發(fā)聲體發(fā)出的音色不同。

2.過程與方法

通過觀測(cè)聲波的圖形，初步學(xué)習(xí)利用儀器進(jìn)行探究，觀測(cè)圖形進(jìn)行分析的方

法。

3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀

通過觀測(cè)波的圖形，使學(xué)生初步體會(huì)到科學(xué)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(jìn)行測(cè)量的觀念。

二、重點(diǎn)和難點(diǎn)

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

三、教學(xué)實(shí)施建議

（一）教學(xué)過程

1.情景創(chuàng)設(shè)、提出問題

開個(gè)小型音樂會(huì)，在活躍的氣氛中，對(duì)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(xué)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(jié)出樂音的三特征。再提出這些特征與聲源振動(dòng)狀況有什么關(guān)系的問題。

2.過程展開

（1）試驗(yàn)探究音調(diào)的高低

組織學(xué)生用刻度尺做此試驗(yàn)。在學(xué)生觀測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行探討：刻度尺伸出桌面的長(zhǎng)度不同，所發(fā)生的振動(dòng)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(diào)高低和刻度尺振動(dòng)的快慢有什么關(guān)系?

再次提出頻率的概念，并復(fù)習(xí)其單位。強(qiáng)調(diào)一下音調(diào)決定于聲源振動(dòng)的頻率，一般狀況下聲源振動(dòng)的頻率大，主觀感受的音調(diào)就高。

指導(dǎo)學(xué)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(duì)超聲、次聲的定義。

（2）設(shè)計(jì)響度的演示

學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單猜測(cè)到響度與物體振動(dòng)的幅度有關(guān)，因此可以再由學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)的試驗(yàn)進(jìn)行證明，例如利用將一根橡皮筋拉緊，輕輕撥動(dòng)和重?fù)苈犚宦犓l(fā)出的聲音有什么區(qū)別?

可以通過敲響隊(duì)鼓，敲擊由輕逐漸加重，讓學(xué)生觀測(cè)鼓面上泡沫塑料小球的跳動(dòng)的變化，同時(shí)聽鼓聲的變化。啟發(fā)學(xué)生自己得到響度與振幅的關(guān)系。

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

（3）音色

播放不同的樂器演奏的同一個(gè)調(diào)的同一首曲子，讓學(xué)生區(qū)分是什么樂器演奏的，進(jìn)而向?qū)W生提出問題：你是憑什么區(qū)分出不同的樂器呢？學(xué)生會(huì)感性地認(rèn)識(shí)到在音調(diào)響度都一致時(shí)不同聲源發(fā)出聲音的不同就是音色的不同。

（4）觀測(cè)聲波的圖形

觀測(cè)聲波的圖形的試驗(yàn)，主要目的是讓學(xué)生比較形象地認(rèn)識(shí)聲波，同時(shí)引起他們學(xué)習(xí)的興趣。

話筒把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸入示波器后可在熒光屏上顯示出相應(yīng)的圖象。通過演示，只要讓學(xué)生知道看不見的聲波可通過儀器顯示，借助儀器是科學(xué)研究所必需的。

樂音

讓學(xué)生通過觀測(cè)兩個(gè)頻率不同的音叉發(fā)出聲的波形，

獲得具體的感性認(rèn)識(shí)。使學(xué)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(xué)生在話筒前發(fā)聲，觀測(cè)

其波形。用不同的力敲擊同一音叉，觀測(cè)波形，使學(xué)生知

道不同響度的聲音在波形上的區(qū)別。指導(dǎo)學(xué)生觀測(cè)不同樂

器產(chǎn)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(zhǔn)備與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

音叉、示波器、話筒、刻度尺等。

2.觀測(cè)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(dǎo)線等。圖

3-2-1

操作:將話筒的插頭用兩根帶夾的導(dǎo)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(guān)撥在十擋，調(diào)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(duì)著話筒敲擊音叉，或者講話，調(diào)理Y軸增益，就會(huì)出現(xiàn)聲波波形。

四、發(fā)展空間

（一）“自我評(píng)價(jià)〞參考答案

錐形紙筒能匯集聲波，使更多的聲播到達(dá)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(yuǎn)。

（二）“家庭試驗(yàn)室〞指導(dǎo)

家庭試驗(yàn)室中給出了兩個(gè)自制樂器的做法，可讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)并描述樂器的做法，探討怎樣解決制作中產(chǎn)生的問題，以及怎樣改變樂器的音調(diào)和響度。

五、教學(xué)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(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的聲壓，能感受的頻率范圍約為20Hz～20000Hz，寬達(dá)十個(gè)倍頻程(即十個(gè)“八

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

1．級(jí)和分貝

在聲學(xué)中聲音的強(qiáng)度或壓力常用級(jí)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(qiáng)度相差1012倍，也就是聲級(jí)相差120dB．

2．響度和響度級(jí)

一個(gè)聲音在聽覺感受上有多響，并不與這個(gè)聲音的物理強(qiáng)度成線性關(guān)系．所以在普通聲學(xué)中，除了有一套物理量之外，與之對(duì)應(yīng)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(gè)聲音有多響除了與它的強(qiáng)度大小有關(guān)外，還與它的頻率高低有關(guān)．根據(jù)世界上大量國(guó)家對(duì)不同種族的大量正常人所測(cè)得的響度級(jí)與聲壓級(jí)和頻率的關(guān)系，稱為等響曲線，示于下圖

樂音

圖3-2-2

響度級(jí)的單位是phon(方)．一個(gè)聲音的響度級(jí)等于等響的1000Hz純音的聲壓級(jí)．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(jí)為40phon的聲音的響度為1sone來定義的．兩倍響即為2sone．試驗(yàn)說明，響度級(jí)每增加10phon，響度增加一倍．

3．音調(diào)

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

音調(diào)高低的心理標(biāo)度單位為mel(美)．它是以1000Hz，40phon的純音的音調(diào)作基準(zhǔn)，定為1000mel．要是一個(gè)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(yīng)

人們判斷聲源的方向與距離，要靠?jī)蓚€(gè)耳朵來接收，特別是覺察聲源運(yùn)動(dòng)，從嘈雜的環(huán)境中傾聽一個(gè)較弱的聲音等，靠的都是兩個(gè)耳朵的功能，這稱之為雙耳效應(yīng)．人們熟知的立體聲就是利用雙耳效應(yīng)．雙耳效應(yīng)的主要作用，來自于聲音到達(dá)兩個(gè)耳朵的時(shí)間差．頭部左右轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)間差，這是立體聲系統(tǒng)的根據(jù)

（王德昭、應(yīng)崇福、李啟虎、張家祿）

2.語(yǔ)言

語(yǔ)言是由語(yǔ)音(包括元音和輔音)按一定規(guī)則編排組合而成．在聲學(xué)上來看，不同的語(yǔ)音特征，表達(dá)在它們具有不同的時(shí)間—頻率特性上．

1。語(yǔ)言頻譜和動(dòng)態(tài)范圍

人們?nèi)粘Ｕ勗捿椛涞穆暪β势骄s為10mW，耳語(yǔ)時(shí)最低聲功率只有0．001mW；有訓(xùn)練的謳歌家最高可能產(chǎn)生1W的功率．所以語(yǔ)言信號(hào)的功率是不大的，可是它所能傳遞的信息是無限的．

語(yǔ)言頻譜有兩種，其一是表示語(yǔ)言整體長(zhǎng)時(shí)平均特性的長(zhǎng)時(shí)平均頻譜。從現(xiàn)有的多種語(yǔ)言的測(cè)量結(jié)果來看，各種語(yǔ)言的長(zhǎng)時(shí)平均頻譜是大同小異的．語(yǔ)言信號(hào)的頻帶約在100Hz～10000Hz；主要頻段約為100Hz～4000Hz．不傳送基音的電話語(yǔ)言則定為300Hz～3400Hz，在每個(gè)頻帶之中語(yǔ)言信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍約為30dB．再加上不同頻帶之間低頻最強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的正常說話聲級(jí)，在距發(fā)音人唇部一米處的聲級(jí)約為65dB(男人高些，女人低些)。語(yǔ)言的另一種頻譜是短時(shí)頻譜．發(fā)音是一個(gè)連續(xù)慢變過程．用短時(shí)頻譜來表示不同語(yǔ)音的聲學(xué)特征．從聲源看，語(yǔ)音聲源可分為：準(zhǔn)周期鼓舞、噪聲鼓舞和脈沖鼓舞三種．有的語(yǔ)音是由它們?nèi)叩哪撤N組合構(gòu)成的，如濁輔音就可能是由第一種準(zhǔn)周期鼓舞(聲帶振動(dòng))，再加上其次種或第三種噪聲鼓舞所構(gòu)成(如漢語(yǔ)的濁聲母r，英語(yǔ)的濁輔音b、d、g)．

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

（王德昭、應(yīng)崇福、李啟虎、張家祿）

3．語(yǔ)言合成與語(yǔ)言識(shí)別

樂音

人們?cè)缇拖蛲寵C(jī)器說話和聽話．我國(guó)的“封神演義〞和西方的“天方夜譚〞都有著這種空想．有文獻(xiàn)記載，我國(guó)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(huì)說話的機(jī)器．18、19世紀(jì)西方也有用機(jī)械方法合成語(yǔ)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(yǔ)音鼓舞聲源，調(diào)整共振線路迫近語(yǔ)音頻譜．人用鍵盤操縱，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練可摹擬人說話．現(xiàn)在采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和語(yǔ)言聲學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與特征參數(shù)，已經(jīng)可以合成出任何聲音．讓機(jī)器能聽懂人說話，從而用口語(yǔ)指揮機(jī)器，做起來要更難一些．其基本原理，是利用實(shí)時(shí)的信號(hào)處理方法，提取語(yǔ)音信號(hào)特征，根據(jù)機(jī)器受過的訓(xùn)練，即所存貯的語(yǔ)音特征模式和必要的語(yǔ)音學(xué)、語(yǔ)言學(xué)知識(shí)，來做出識(shí)別和判斷，這稱為語(yǔ)言識(shí)別．語(yǔ)言識(shí)別可分為特定人語(yǔ)言識(shí)別和任意人語(yǔ)言識(shí)別．又可分為孤立音節(jié)、孤立單詞識(shí)別和連續(xù)語(yǔ)言識(shí)別．廣義的語(yǔ)言識(shí)別，還包括說話人識(shí)別。說話人識(shí)別又分兩類，一類是說話人確認(rèn)，即在已存有的某說話人資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)申請(qǐng)人的要求，確認(rèn)申請(qǐng)者的發(fā)音與所存的資料是否同一個(gè)人．另一類是說話人鑒別，是根據(jù)所存的一群人的發(fā)音資料，從中找出當(dāng)前被鑒別的語(yǔ)音材料的發(fā)音人．

語(yǔ)言識(shí)別的一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音打字，50年代就是以語(yǔ)音打字機(jī)來帶動(dòng)這一研究的．除語(yǔ)言識(shí)別之外，在充分利用語(yǔ)法、語(yǔ)意的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了語(yǔ)言理解系統(tǒng)．當(dāng)把高層次的語(yǔ)言合成系統(tǒng)和語(yǔ)言理解系統(tǒng)結(jié)合在一起時(shí)，又可實(shí)現(xiàn)人機(jī)語(yǔ)言對(duì)話系統(tǒng)．總有一天可以實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)打交道，不完全只靠鍵盤輸入和打印輸出．這對(duì)公共場(chǎng)所的大量服務(wù)設(shè)施，有著特別廣闊的應(yīng)用前景．

（王德昭、應(yīng)崇福、李啟虎、張家祿）

4.音樂

音樂和語(yǔ)言一樣長(zhǎng)久，音樂聲學(xué)是聲學(xué)的古老的分支．音樂聲學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括聲樂和器樂兩方面．聲樂方面也稱謳歌聲學(xué)，主要研究發(fā)音的機(jī)理，歌聲的聲學(xué)特性．器樂方面主要研究樂律和樂器的聲學(xué)特性．

音樂上把一個(gè)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(gè)八度。又把一個(gè)八度按頻率比為21/12分成12等份，每一等份稱為一個(gè)半音．每一個(gè)半音又分成100音分．

現(xiàn)代樂器制造所用的標(biāo)準(zhǔn)音調(diào)是A=440Hz．音分與音階名稱之間的關(guān)系見下表：

利用現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)，根據(jù)音樂理論和聲學(xué)數(shù)據(jù)，也可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)作曲和電子合成器樂演奏．

（王德昭、應(yīng)崇福、李啟虎、張家祿）

4.多普勒效應(yīng)

當(dāng)一輛警車向你駛來時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)警笛聲變高，當(dāng)警車離你而去時(shí)，你又會(huì)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(dāng)聲源和聽者（接受器）之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聽者所感到的這種頻率的改變現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。

多普勒效應(yīng)的命名是為了紀(jì)念?yuàn)W地利科學(xué)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(yīng)，多普勒請(qǐng)一個(gè)樂隊(duì)在一列火車的平板車車廂上演奏，他站在火車經(jīng)過的道路旁，當(dāng)火車駛近時(shí),他聽到的樂隊(duì)奏出的音符比平日要高；當(dāng)火車遠(yuǎn)去時(shí)，聽到音調(diào)降低了。多普勒屢屢做試驗(yàn)，但是這次他坐在火車

樂音

上，樂隊(duì)在道路旁演奏，多普勒得到了同