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        用Adobe Audition軟件探究影響倒水時聲音特性的因素

        2021-11-23 09:14:52黃雯靜程敏熙
        物理通報 2021年12期
        關鍵詞:杯口響度音調(diào)

        黃雯靜 程敏熙

        (華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

        1 引言

        在日常生活中,幾乎到處都可以聽到各種聲音,我們發(fā)現(xiàn)往不同材質的杯子倒水、從不同高度倒水、往不同形狀的杯子倒水,相等時間倒不等量的水發(fā)出的聲音差別很大.可見,杯子的材料和形狀、倒水的高度以及單位時間的水流量都會影響倒水過程的聲音特性.針對以上現(xiàn)象,本文采用Adobe Audition軟件探究上述因素對倒水時聲音特性的影響,進行多次實驗,得出定性結論[1~3].

        2 軟件介紹

        Adobe Audition軟件簡稱Au,是由Adobe公司開發(fā)的一個專門的音頻編輯和混合環(huán)境,其采樣率為48 000Hz,位深度為32位(浮點),能提供先進的音頻剪輯、混合、控制和效果處理功能.利用該軟件對聲音進行分析,能夠同時得到頻譜頻率顯示圖和頻譜音調(diào)顯示圖,所得到的聲音特征圖譜,水平方向為時間軸,豎直方向為頻率,顯示區(qū)域顏色表示振動的幅度,越深代表響度越大[4].

        3 實驗設計

        3.1 探究水杯材料對倒水聲音特性的影響

        采用底面積和高度都相同的瓷質杯、塑料杯、保溫杯和玻璃杯進行實驗,控制單位時間水流量相同,從距離杯口10 cm處向杯中倒水,得到頻譜頻率顯示圖和頻譜音調(diào)顯示圖,結果如圖1~8所示[5].

        3.1.1 不同材料水杯倒水的頻譜頻率顯示圖

        圖1 瓷質杯的頻譜頻率顯示圖

        圖2 塑料杯的頻譜頻率顯示圖

        圖3 保溫杯的頻譜頻率顯示圖

        圖4 玻璃杯的頻譜頻率顯示圖

        圖5 瓷質杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖6 塑料杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖7 保溫杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖8 玻璃杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖1~4為4種不同材料的杯子倒水聲音的頻譜頻率.

        通過分析可知,隨著倒水量的增多,4個杯子的主體頻率都在增大,即空氣柱越短,聲音頻率越高.開始往瓷質杯倒水時,聲音比較雜亂,經(jīng)過一段時間才表現(xiàn)出主體頻率,而其他杯子從開始倒水就表現(xiàn)出主體頻率,且響度很大.保溫杯表現(xiàn)出兩種主體頻率,但第二種頻率逐漸減弱.整個倒水過程中,塑料杯的聲音最為嘈雜且響度大,保溫杯的響度次之,玻璃杯的響度較小且雜音較少,瓷質杯的響度最小.

        3.1.2 不同材料水杯倒水的頻譜音調(diào)顯示圖

        通過分析可知,瓷質杯的音高范圍為1 kHz~1.9 kHz,集中在1.6 kHz~1.9 kHz;塑料杯的音高范圍為700 Hz~1.8 kHz,集中在1.2 kHz~1.8 kHz;保溫杯的音高范圍為700 Hz~1.8 kHz,分布比較零散;玻璃杯的音高范圍為900 Hz~1.5 kHz,分布比較零散.

        3.2 探究倒水高度對倒水聲音特性的影響

        控制單位時間水流量相同,從距離杯口5 cm,10 cm,15 cm,20 cm處向同一個玻璃杯倒水,得到頻譜頻率顯示圖和頻譜音調(diào)顯示圖,實驗結果如圖9~16所示.

        圖9 距杯口5 cm的頻譜頻率顯示圖

        圖10 距杯口10 cm的頻譜頻率顯示圖

        圖11 距杯口15 cm的頻譜頻率顯示圖

        圖12 距杯口20 cm的頻譜頻率顯示圖

        圖13 距杯口5 cm的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖14 距杯口10cm的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖15 距杯口15 cm的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖16 距杯口20 cm的頻譜音調(diào)顯示圖

        3.2.1 不同高度倒水的頻譜頻率顯示圖

        通過分析可知,對同一個玻璃杯,從不同的高度倒水,主體頻率變化不大.離杯口5 cm處倒水,主體頻率的響度最小,雜音最少;離杯口10 cm處倒水時,主體頻率的響度比離杯口5 cm時更大,且雜音更多;離杯口15 cm處倒水時,主體頻率的響度比離杯口10 cm時更大,雜音更多;離杯口20 cm處倒水時,聲音整體響度明顯增大,且主體頻率的響度也增大,聲音也最為嘈雜.

        3.2.2 不同高度倒水的頻譜音調(diào)顯示圖

        通過分析可知,距杯口5 cm倒水的音高范圍為200 Hz~1.8 kHz,集中在900 Hz~1.8 kHz;距杯口10 cm倒水的音高范圍為900 Hz~1.5 kHz,分布比較零散;距杯口15 cm倒水的音高范圍為400 Hz~1.4 kHz,集中在800 Hz~1.2 kHz;距杯口20 cm倒水的音高范圍為400 Hz~1.8 kHz,集中在1.4 kHz~1.8 kHz.

        3.3 探究杯子形狀對倒水聲音特性的影響

        在距離杯口10 cm處,控制單位時間水流量相同,向高度相同的圓柱玻璃杯、四角玻璃杯、八角玻璃杯、九角玻璃杯倒水,得到頻譜頻率顯示圖和頻譜音調(diào)顯示圖,結果如圖17~24所示[6].

        圖17 圓柱玻璃杯的頻譜頻率顯示圖

        圖18 四角玻璃杯的頻譜頻率顯示圖

        圖19 八角玻璃杯的頻譜頻率顯示圖

        圖20 九角玻璃杯的頻譜頻率顯示圖

        圖21 圓柱玻璃杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖22 四角玻璃杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖23 八角玻璃杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖24 九角玻璃杯的頻譜音調(diào)顯示圖

        3.3.1 不同水杯形狀倒水的頻譜頻率顯示圖

        通過分析可知,圓柱形玻璃杯和四角玻璃杯的主體頻率明顯,而八角玻璃杯和九角玻璃杯的主體頻率在前期比較明顯,隨著倒水量的增加,主體頻率逐漸模糊.此外,圓柱形玻璃杯和四角玻璃杯的聲音響度更大,也更雜亂,而八角玻璃杯和九角玻璃杯除主體頻率較突出外,雜音更少,響度小[7~13].

        3.3.2 不同水杯形狀倒水的頻譜音調(diào)顯示圖

        通過分析可知,圓柱玻璃杯的音高范圍為900 Hz~1.5 kHz,分布比較零散;四角玻璃杯的音高范圍為700 Hz~2.2 kHz,分布比較零散;八角玻璃杯的音高范圍為1 kHz~2 kHz,分布比較零散;九角玻璃杯的音高范圍為1 kHz~2.2 kHz,集中在1 kHz~1.6 kHz.

        3.4 探究單位時間水流量對倒水聲音特性的影響

        3.4.1 不同水流量倒水的頻譜頻率顯示圖

        通過調(diào)節(jié)水龍頭的開關,得到不同流量的水流,從距離杯口10 cm處流向玻璃杯,錄下小水流、中水流、大水流以及滿水時的聲音,得到頻譜頻率顯示圖和頻譜音調(diào)顯示圖,實驗結果如圖25~32所示.

        圖25 小水流的頻譜頻率顯示圖

        圖26 中水流的頻譜頻率顯示圖

        圖27 大水流的頻譜頻率顯示圖

        圖28 滿水時的頻譜頻率顯示圖

        圖29 小水流的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖30 中水流的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖31 大水流的頻譜音調(diào)顯示圖

        圖32 滿水時的頻譜音調(diào)顯示圖

        通過分析可知,水流量較小時,聲音的響度較小,但主體頻率比較清晰;當水流量較大時,聲音的響度增大,且更為嘈雜,主體頻率較為模糊;當水流量更大時,聲音響度明顯增大,表現(xiàn)出多種主體頻率,且大水流的主體頻率比小水流的主體頻率更高;當滿水時,聲音的整體頻率最高,而頻率較低的聲音響度很小,而且有一部分頻率極低的聲音被屏蔽起來了[14].

        3.4.2 不同水流量倒水的頻譜音調(diào)顯示圖

        通過分析可知,小水流的音高范圍為700 Hz~2.2 kHz,分布比較零散;中水流的音高范圍為1.1 kHz~2.2 kHz,集中在1.6 kHz~2.2 kHz;大水流的音高范圍為2 kHz~2.3 kHz,分布相當集中;滿水時的音高范圍為1.6 kHz~2.5 kHz,集中在2 kHz~2.3 kHz.

        4 實驗結論

        綜上所述,本文采用控制變量的方法,利用Adobe Audition軟件探究水杯材料、倒水高度、水杯形狀以及單位時間水流量對水杯倒水過程的聲音特性的影響,實驗結果表明以上因素對倒水聲音特性有顯著影響,詳細結果如表1所示.

        表1 用Adobe Audition軟件探究影響倒水時聲音特性的因素

        續(xù)表1

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