体感音乐声波能的基本原理与客观规律特性
作者:2013/5/14 9:08:40

   声音与声波和光电一样,是一种能量的形式。简单地说,声音是由不同物体振动产生的波。当我们说话的时候,喉头的声带就振动。在音乐里,你可以通过许多方法产生音波振动。例如,可以弹拨古琴与吉他的弦,向唢呐口或小号里吹气,用二胡弓在弦上或琴弓在小提琴弦上左右拉等等。
     声音有两个主要成分:频率(frequency)和音高(loudness),也称为力度(strength)。频率与音高直接与物体振动的快慢有关,其衡量单位为赫兹(Hz,Hertz),表明一秒钟以内振动多少次。例如你把钢琴中的中音C上部的A键按下时,钢琴的琴锤击打若干个琴弦,每一个琴弦的振动频率为每秒钟440次,也就是说,你按下A键所发出的音调为440HZ。低频声音,例如大号(tuba)和低音吉他(bass guitar)每秒振动的次数少,因为它们的频率低,所以声音听起来比较低沉。
    但要注意的是,频率与音高并不完全是同一个东西。频率是一个确实的物理参数,而音高仅仅是一个音乐参数。在有些情况下,同一个音高可以有几个不同的频率。
声音响度或力度用dB(分贝)衡量。d是deci的缩写,表示十分之一;B是纪念电话发明人亚历山大·贝尔(AlexanderGraham Bell)姓氏的缩写。 dB尺是对数型或指数型的,也就是说,每增加2dB,对应其振幅或响度提高10倍,所以击打一个响度为60dB的响弦小鼓时,其力度比40dB要高10倍,一个响度为80dB的绕拔比40dB的声音要高100倍。
    几乎所有的声音都产生基本的音调(fundamental)。一个基本的音调准确地按一个特定的频率或音调振动。如果你击打一个调音又(tuning fork),并将其放在耳边,你就会听到一个清楚和纯净的音调。
    每一种乐器发出的声音听起来不一样的原因,是每种乐器有加在基本音调上的不同附加成分。这些附加成分谐波串(harmonic series)决定声音的复杂程度。例如,中国的民族乐器琵琶与西方乐器吉他,民乐扬琴与西乐班卓琴(banjo),或单簧管(clarinet)与洞萧的声音不同,就是因为谐波串不同。一个声音的能量大部分集中在基本频率上,其余能量散布在大小不同的其他谐波串上。
    如果你想一想池塘里水波的情况,就可以比较容易理解谐波串与基本成分之间是如何相互作用的。若将一块石头投到池塘的***,水波就以圆圈的方式从中心向外传播。然而如果你把一块大的石头和几块小的石头同时投到池塘里,产生的水波就不再是均匀的了。当你把一个基本的音调与一个或若干个谐波音调混合在一起时,也会有类似情况:合成后的音调不再是一个纯净的音调,基本音乐与谐波音调合在一起引起了声音的变化。在这种情况下,有好几个因素决定起作用的谐波音调的数目。这些因素中包括产生音波的方法和乐器谐振的数量。

    音声波能形成成份
    声音是物体振动时产生的一种以波的方式移动的能量形式。当物作振动得决时,它发出比较高的音调,当物体振动得较慢时,它发出比较低的音调,可称为一个完整的“波浪”。
    当乐器奏出一个声音时,一个声音的基本音调与不同的附加音调(即谐波)组和在一起。没有附加音调起作用,你听到的所有乐器的声音将是一模一样的。其中附加音调的作用过程,可以用记录复杂的波形方法把它体现出来。波形就是一个信号播放时随着信号的频率和强弱而上下变化的曲线。在许多数字音频的应用程序里,设计有各种各样的波形。
    外耳(outer ear):当你演奏乐器的时候,声音的振动经过空气进入耳道(ear canal),这个耳道被称为外部听道(external auditory meatus)。声音能量碰在耳鼓(ear drum)上引起振动。这些物理反应把空气的振动转成机械波。
    中耳(middle ear);在耳鼓的后面有三块小骨头,即耳锤(hammer),或称锤骨(malleus)、砧骨(anvil或incus)和镫骨(stirrup或Stapes)。一旦耳骨开始振动,这几块骨头会把耳朵的振动转移到另外的地方,并使之增强。镫骨把这些振动汇聚到内耳的耳蜗窗开口处(oval window或cocthear window)。
    内耳(inner ear):内耳充满了液体。当镫骨使耳蜗窗振动起来时,就会在液体里产生波浪。当液体的波浪经过耳蜗里成千上万个微小的毛细胞时,它们就会被充上电。通过这些相互作用,经听觉***(auditory nerve)向大脑送去了消息。当消息被收到时,就记录到一个声音。内耳前庭系统用三个充满液体的通道,向脑子送去有关空间位置的信息,才使我们保持平衡。

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