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        淺析音調(diào)與響度

        2008-12-31 00:00:00任洪軍
        初中生世界·八年級物理版 2008年9期

        在2006年春節(jié)聯(lián)歡晚會上,歌手阿寶用原生態(tài)唱法以極其罕見的高音給觀眾留下了深刻的印象,有一位專家在評價阿寶的演唱時說:“你的歌曲唱得很有味道,能唱到兩個high C,比世界著名的三大男高音之一的帕瓦羅蒂還高出整整八度,”這就是常說的“天籟之音”,指聲音的音調(diào)高,而“姑蘇城外寒山寺,夜半鐘聲到客船”中描寫的鐘聲,則是指這所寺廟里的巨鐘發(fā)聲的音調(diào)比較低。

        音調(diào)是指聲音的高低,“高”是指聲音聽起來尖銳、尖細(xì)。如清晨聽到的小鳥清脆的叫聲,而“低”是指聲音聽起來粗曠、沉悶,比如敲擊大鼓時,鼓發(fā)出的聲音低沉、穩(wěn)重,我們就說鼓聲的音調(diào)低。

        音調(diào)的高低決定于聲源振動的頻率,頻率越高則音調(diào)越高,頻率越低則音調(diào)越低,頻率是聲源1s內(nèi)完成周期性振動的次數(shù),單位是赫茲(Hz),如300Hz是指聲源1s內(nèi)振動了300次。

        我們可以進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn),感受音調(diào)與頻率的關(guān)系。

        實(shí)驗(yàn)一:如圖1所示,用一只手將鋼尺緊壓在桌沿上,第一次伸出桌面的長度為10cm左右。第二次伸出桌面的長度為15cm左右,另一只手用相同的力度輕拔鋼尺一端,比較鋼尺振動的頻率及聲音的音調(diào)。

        我們可以觀察到第一次鋼尺振動較快,振動頻率較高,聲音音調(diào)較高;而第二次鋼尺振動相對較慢些,振動頻率較低,聲音音調(diào)較低。

        實(shí)驗(yàn)二:如圖2所示。用手輕輕捏住喉結(jié)兩側(cè),依次輕輕唱出“1、2、3、4、5、6、7”七個音,我們可以感覺到聲帶的振動越來越快,我們聽到的聲音越來越尖細(xì),音調(diào)越來越高。

        常見的弦樂器,比如二胡、小提琴等,發(fā)聲的音調(diào)與弦的材料、粗細(xì)、松緊和長度有關(guān),同樣材料的弦,松緊程度、長短相同時,弦越細(xì),音調(diào)越高,弦越粗音調(diào)越低;粗細(xì)、長短相同時,弦越緊音調(diào)越高,弦越松音調(diào)越低;粗細(xì)、松緊程度相同時,弦越短音調(diào)越高,弦越長音調(diào)越低。

        一般說來,在打擊類樂器中,我們還會有這樣的經(jīng)驗(yàn),就是物體質(zhì)量越大,音調(diào)越低;質(zhì)量越小,音調(diào)越高,古代編鐘可以演奏出高低不同的聲音,就是因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量不一樣,質(zhì)量大的音調(diào)低,質(zhì)量小的音調(diào)高。

        管樂器是通過開、閉不同的孔,改變管內(nèi)空氣柱的長度,從而改變了空氣柱的質(zhì)量,吹出音調(diào)不同的聲音,一般地說,空氣柱越短音調(diào)越高,如灌開水時,隨著水面的上升,聽到聲音的音調(diào)會越來越高。

        響度也稱聲強(qiáng)或音量,它表示人耳所感覺到的聲音的強(qiáng)弱,例如,輕輕敲鑼聽起來聲音較弱,是響度?。皇箘徘描尵蜁鸲@,感到聲音很強(qiáng),是響度大,響度的大小主要取決于聲源振動幅度的大小,如圖3的擊鼓實(shí)驗(yàn)就驗(yàn)證了這點(diǎn),鼓面上放些小紙屑,輕輕擊鼓,會看到紙屑跳得很低,振幅小,響度??;如果使勁擊鼓,會看到紙屑跳得很高,振幅大,響度大。

        響度的大小還與人耳距離聲源的遠(yuǎn)近有關(guān),因?yàn)槁暷茉趥鞑ミ^程中會逐漸分散,所以響度逐漸減小,例如,用電鉆鉆孔時發(fā)出的轟鳴聲,持鉆工人被振得耳朵不能忍受,站在遠(yuǎn)處的人就覺得轟鳴聲弱得多,醫(yī)用聽診器,就是利用塑料軟管將聲能集中起來,避免傳播過程中因聲能分散而減小響度,從而讓醫(yī)生更好地聽清身體內(nèi)發(fā)出的聲音。便于對身體狀況做出準(zhǔn)確的判斷。

        在生活中。為了使聲音聽起來更響或傳得更遠(yuǎn),常將聲音通過話筒傳送到擴(kuò)音器放大后播放。使聲音的響度更大。

        我們在生活中常用分貝(dB)來劃分聲音響度的等級:人耳聽到的最弱的聲音叫聽覺下限,我們規(guī)定為0dB;輕聲耳語約10-20dB;正常交談約40-50dB:而飛機(jī)起飛約130dB左右。

        從以上的分析我們可以看出聲音的“高低”和“強(qiáng)弱”在物理學(xué)上是兩個不同的概念,(1)物理意義不同,音調(diào)是指聲音的高低;響度則是指聲音的強(qiáng)弱;(2)決定的因素不同,音調(diào)由聲源振動的頻率決定,振動頻率越高,音調(diào)就越高;響度是由發(fā)聲體的振幅所決定的,振幅越大,響度越大;(3)跟發(fā)聲體距離的情況不同,音調(diào)的高低跟距離發(fā)聲體的遠(yuǎn)近無關(guān),不管在哪里,聽到的同一聲源發(fā)出的聲音,其音調(diào)總是相同的,女C調(diào)的“do”每秒鐘振動261.6次,則凡是每秒鐘振動261.6次聲音的音調(diào)就已經(jīng)確定,即為C調(diào)的“do”,響度則跟距離發(fā)聲體的遠(yuǎn)近有關(guān),離發(fā)聲體越近,其響度越大。

        現(xiàn)在我們再來看看日常生活中的一些說法,“男低音、女高音”歌唱家、“這歌曲音太高,唱不上去”,這里的“高、低”指的是音調(diào)高低,“引吭高歌、低聲細(xì)語”,這里的“高、低”指的是響度的大小,又如我們看電視時,常說“把聲音調(diào)得高些或低些”。這里的“高、低”指的是聲音的響度,利用音量開關(guān)就可以控制聲音的強(qiáng)弱(響度)。

        雖然平時的說法中聲音高低有時指音調(diào),有時指響度,而物理學(xué)中的用語要求清楚準(zhǔn)確、含義惟一,不能產(chǎn)生歧義,所以在物理語言中,聲音的“高”、“低”只用來描述音調(diào),聲音“強(qiáng)弱”只用來描述聲音的響度,在學(xué)習(xí)中不注意聲音強(qiáng)弱和高低的區(qū)別,會造成音調(diào)和響度兩個不同的概念模糊不清,這在學(xué)習(xí)中應(yīng)該引起特別注意。

        下面我們再通過幾道典型試題的解析,加深對音調(diào)與響度的理解,

        例1 圖4是觀察音叉發(fā)出的聲音的波形圖,請據(jù)此比較聲音的特征,

        (1)比較A、B波形可知,這兩種聲音的______相同,______不同;

        (2)比較B、C波形可知,這兩種聲音的______相同,______不同。

        解析音調(diào)由振動頻率決定,A與B的振動頻率相同,所以A、B的音調(diào)相同;響度由振幅決定,A的振幅大于B的振幅,所以A的響度大于B的響度,B、C的振動頻率不相同,音調(diào)不相同;B、C的振幅相同,響度相同。

        例2如圖5所示有一竹哨,用嘴吹可以發(fā)出聲音。

        (1)不拉動細(xì)鐵絲,布團(tuán)不移動,增加吹氣的力量,聲音如何變化?

        (2)用同樣大小的力吹竹哨時,將布團(tuán)逐漸向右拉動時,聲音又會有怎樣的變化?

        解析不拉動細(xì)鐵絲,布團(tuán)不移動,增加吹氣的力量,聲音響度增大,但音調(diào)不變;將布團(tuán)逐漸向右拉動時,聲音音調(diào)降低,響度不變。

        此時的發(fā)聲體是竹哨內(nèi)的空氣,布團(tuán)不動,空氣長度不變,所以聲音的音調(diào)不變;而增加吹氣的力量時,使得空氣的振幅變大,所以響度增加,而當(dāng)布團(tuán)向右運(yùn)動時,空氣柱的長度增加,所以聲音的音調(diào)變低;而吹氣的力量不變,空氣振幅不變,所以響度不變。

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