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音樂的聲學(xué)知識⑴樂音樂音又稱復(fù)音,指的是由一些頻率不同的簡單正弦分量合成的聲波,或具有一個以上音調(diào)的聽覺。只是一個簡單正弦函數(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簡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,它還和聲音的強度有關(guān)。大體上,2000赫以下的低頻純音的音調(diào)隨強度的增加而下降,3000赫以上高頻純音的音調(diào)隨強度的增加而上升。音調(diào)還與聲音持續(xù)的時間長短有關(guān),非常短促(毫秒量級或更短)的純音,只能聽到像打擊或彈指那樣一個響聲,感覺不出音調(diào)。持續(xù)時間從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,可認為主要由基音的頻率決定。響度響度是感覺判斷的聲音強弱,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,也與聲音的頻率有關(guān)。聲波所到達的空間某一點的聲強,是指該點垂直于聲波傳播方向的單位面積上,在單位時間內(nèi)通過的聲能。聲強的單位是瓦/米2。對于2000赫茲的聲音,其聲強為2X1012瓦/米2就可以聽到,但對于50赫茲的聲音,需5X106瓦/米2才能聽到,感覺這兩個聲音的響度相同,但它們的聲強差2.5X106倍。對于同一頻率的聲音,響度隨聲強的增加不是呈線性關(guān)系,聲強增大到10倍,響度才增大為2倍,聲強增大到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、聲壓及聲音的時間特性有關(guān)系,如果留聲機的唱片反向轉(zhuǎn)動,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和終了時振幅上升和下降的特點有關(guān)系。音色對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強度,用電聲方法進行模擬來制作電樂器。(5)音程和音階音程(頻程)指兩個音在頻率上的間隔,可以用這兩個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,這兩個音稱為相差一倍頻程?!?”和“1”,“2”和“2”等等,聽起來像一個音,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,都是以一個八度為一組,每組音的排列是重復(fù)相同的,即這個八度內(nèi)任意兩個音的音程,同下一個八度內(nèi)對應(yīng)的兩個音的音程是相同的。自然音階在彈奏和弦(如大三和弦)時聽起來很和諧,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,一般分四個聲部,這四個聲部的音域(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65.4。花腔女高音發(fā)出的最高音的頻率可達1177.2。(7)聲強級的單位一一分貝物理學(xué)上對聲波強弱用聲強來描述,在實際生活中,人們遇到的聲音的強弱變化范圍很大,從人耳剛能聽到的聲音(聽閾),其聲強為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弱,并不與聲強的大小成比例,而是與其對數(shù)值成比例。為了方便,聲學(xué)中用聲強的對數(shù)量(叫做聲強級)來表示聲音的大小。對數(shù)的底取10,單位為貝耳,簡稱貝,但是實際使用中常以土貝為單位,叫做分貝。聲強級L1=10lg(I/I0)o其中L1是聲音的聲強級,lg是以10為底的對數(shù),I是聲音的聲強,I0是聲強的基準值,等于1皮瓦/米2。如果某個聲音的聲強等于基準聲強,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。可見,引入聲強級的概念后,就把聲強相差1014倍的變化范圍,改變?yōu)??140分貝的變化范圍,方便了許多。從聲強級的公式可以看出,聲強級每變化10分貝,就相當于聲強變化10倍;而變化20分貝,就相當于聲強變化100倍;每變化30分貝,就相當于聲強變化1000倍。因此聲強級增大或減小20或30分貝,聲強的變化是很大的。(8干燥空氣中的聲速(單位:米/秒)01Ca12345673920343.4344.0344,5345

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