物理新教材第一章《聲現(xiàn)象》有這樣一個問題:“買瓷碗時,人們常會敲一敲碗,通過聲音來判斷碗是否有破損。這個方法是應用了聲音的什么特征?”一見這個問題,我們根據(jù)老經(jīng)驗會不假思索地回答是根據(jù)“音色”,因為以前做過一道這樣的題:“鑒別碗的質(zhì)量好壞是根據(jù)碗的音色”。隨后翻看教學參考書,答案卻是:“根據(jù)碗的音色和音調(diào)的,主要是音調(diào)”。這不禁讓我們大感意外,第一反應就是“教參一定是弄錯了”。但隨后冷靜下來反思:我們自己會不會弄錯了?
首先我們在概念上仔細揣摩:音調(diào)和音色有什么區(qū)別?查教師用書,音調(diào)是指聲音頻率的高低,頻率高的音調(diào)高,頻率低的則音調(diào)低。而音色較復雜,這是因為一般物體發(fā)聲時往往會有多個頻率的聲音同時發(fā)出,其中頻率最低的聲音叫基音,它的頻率就決定了物體所發(fā)聲音的音調(diào);其他頻率聲音的強度都比基音弱,頻率都是基音的整數(shù)倍,我們把它們叫做泛音。從波形圖中則可以清楚地看出不同音色聲音的本質(zhì)。由課本中的圖1.3-5可以看出,音叉、鋼琴和長笛的基頻(振幅最大的振動的頻率)相同,但是在基頻的基礎上還有一些附加的小的振動,這些小的振動和大的振動一同決定了聲音的音色。
單憑這比較抽象的概念還是難以解釋清楚。我們不得不再去尋找證據(jù):唐朝開元年間,洛陽有一個姓劉的和尚,他的房間內(nèi)掛著一幅磬,有一天,劉和尚沒有敲磬,磬卻自動響起來了。這使他大為驚奇,他的一位好朋友曹紹夔精通音律,聞訊前來探望劉和尚。經(jīng)過一番觀察,他發(fā)現(xiàn)每當寺院里的鐘響起來時,和尚房里的磬也跟著響了。于是曹紹夔拿出刀來把磬磨去幾處,從此以后就不再自鳴了。曹紹夔說:“這個磬的律跟你們鐘樓里那口大鐘的律正好相同。因此只要飯?zhí)美锏拇箸娨豁?,這個磬就跟著響起來。我用銼把磬銼了幾下,它們的律就不相同了。所以撞那口大鐘的時候,這個磬就不再跟著響了?!辈芙B夔所說的“律”,就是現(xiàn)在我們所說的樂器的“頻率”。把磬銼了幾下,就改變了磬的頻率。磬的頻率和大鐘不相同了,就不會再跟大鐘發(fā)生共鳴了。把大鐘挫幾下后可理解為大鐘有些破損,因而改變了大鐘音調(diào)。所以,瓷碗有破損時,會造成缺一小塊或一道裂縫,結構會改變。因此,音色會不同。 而同時,因為碗原本振動的完整的“圓軌”也破壞了,振動的部分變長,帶動了頻率變慢,音調(diào)會降低,所以利用音調(diào)為主,利用音色為輔。再譬如,兩個原來能發(fā)生共振的音叉由于銹蝕或磕碰或刻劃會造成頻率的改變,不再發(fā)生共振。
在辨別不同的樂器時,我們主要是根據(jù)音色的不同來區(qū)分的,但在上面的問題中,壞碗由于內(nèi)部損傷,其內(nèi)部結構與好的碗不同,因此敲擊時它所發(fā)出聲音的音色和音調(diào)與好的碗都不相同,但最明顯的是音調(diào)不同。因此,我們主要是根據(jù)碗的音調(diào)不同來判斷他們好壞的。