写给理工科人看的乐理(一)声学基础(2)

  • 发布时间:2017-12-12 10:43
  • 来源:网络整理

以某个固定频率进行简谐振动所产生的声波称为纯音,比如音叉的声音或刚才听到的220hz正弦波。但世界上并不存在绝对的纯音,就像世上没有绝对的化学单质一样。只有由电声设备发出的纯音可以看作非常近似的纯音,座机电话拿起听筒听到的声音就是近似的纯音。与纯音相对的就是复合音,它由多个纯音组合而成。而音乐就是由大量不同的复合音构成的。

复合音的产生方式有无穷多种,但有两种在音乐中最为常见:一种称为谐波叠加,一种称为拍音叠加。

三、谐波

我们将一个标准的正弦波作为基准,称作基波谐波就是比基波的频率高整数倍的波(维基百科),钢琴按下一个键或小提琴拉响一根弦都会在基波的基础上产生多个谐波,音乐人往往将谐波称为“泛音。例如某个纯音声波的频率是f,将此纯音作为基波,其谐波的频率可为2f、3f、4f、……,这些谐波分别称为二次谐波、三次谐波、四次谐波等。如图2所示。

图2中最上面的是基波,从第二行往下分别是一次谐波、二次谐波等等。若一个复合音由基波与及其谐波相叠加构成,则称该复合音为谐波叠加,它的频率为基波频率。基波与谐波叠加构成复合音的过程见图3所示。

实际上,所有传统乐器所发出的音都是复合音,由振幅最大的基波和一些列振幅较小的谐波叠加构成。那么我们就可以给出单音的定义了:单音特指单一乐器演奏独立的一个音发出的声波(谐波叠加),其基波的频率称为音高不同乐器的单音所叠加的谐波在频率和振幅上都不相同,因此乐器的音色千差万别。小提琴的单音就是典型的一种谐波叠加,下载收听,声音对应的波型为:

由纯音叠加形成小提琴声音的过程,下载收听。由于每种乐器都有其特别的构造,因此合成一个单音的各个谐波的振幅之比也因乐器而不同。此外,乐器本身的共振所产生的音也混杂于其中,因此不同乐器奏出相同的音高,音色却具有巨大差别,可以让我们轻易分辨。

四、拍音

拍音是另一种复合音,它是由来自同一种乐器或不同乐器的两个单音相互叠加,形成具有规律性强弱变化的振动。与谐波不同的是,拍音一般要求这两个音的振幅相近,但不要求频率为倍数关系。

由于单音本身就由纯音叠加而来,再将单音相互叠加,情况将会变得非常复杂。因此为方便描述,下文将以纯音的叠加来解释拍音的形成。图5中黄色、红色和蓝色的波型分别为频率200Hz,250Hz和300Hz的纯音。黄色与蓝色两纯音叠加形成绿色的拍音波形,黄红蓝三纯音叠加形成黑色的拍音波型。

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