什么是声音
从本质上来说,声音其实是一种机械波1。各种波源的振动通过介质的传播到人类或者动物的听觉器官(耳)后,听觉器官中的特殊分化细胞将感受到的振动转换为神经冲动。这些携带着振动信息的神经冲动传导至听觉中枢后,经过大脑的分析处理,最终便产生出了我们对振动的感受-声音。
既然声音是一种由振动带来的感受,那么什么样的振动会带给我们什么样的声音感受呢?一般来说音波常常被简化为正弦平面波的合成,而我们所说的声音的三个主要的主观属性(即音调、音量、音色)则是由如下参数刻画的:
- 频率:频率越高,音调越高。人耳可以听到的振动频率范围在20到2万赫兹(Hz)之间。高于这个频率范围的我们称为超声波,而低于这个范围的我们叫次声波。
- 波长:波长越长,音调越低。
- 振幅:振幅是在振动中距离平衡位置或静止位置的最大位移。振幅越大,音量越大。
- 波形:不同的波形有不同的音色。波形是波在物理介质上移动的抽象表达形式。简单的说,就是声波所对应的函数的曲线图形。
纯音与复合音
最普通最基本的声波就是简谐振动所产生的正弦波,而纯音则指的是以某个固定频率进行简谐振动所产生的声波。比如音叉,或者我们拿起座机电话听筒听到的声音就是一种近似的纯音。
复合音则是由多个纯音组成的音。其产生是由于物体振动时引起不同部位的振动,如一根琴弦,当它在振动时就同时包含了琴弦的不同部位的振动:首先是整条弦的振动,然后还有二分之一、三分之一、四分之一等琴弦不同部位的振动,这些部分振动就产生了不同音高的音,这些音又是同时发响,于是就混合在一起,形成了复合音。
纯音的函数
通过上面的讨论,我们可以看出纯音实际上可以被视为各种各样的音的基本组成。那么纯音的函数是怎样的呢?纯音的函数可以写为是:
其中 A 为振幅,
我们通常说的do,re,mi,fa,so,la,ti又是什么呢?实际上这些音(或者说是唱名)是一种音高的记法。而音高于频率是指数的关系。所以知道了频率也就知道了音高。