音調(diào)還是音色

同學(xué)們，我們在生活實際中，常遇到這樣的問題：

買西瓜時，有經(jīng)驗的人用手指在上面敲擊幾下，聽聲音判斷優(yōu)劣。這種判斷主要是依據(jù)聲音的( )

A.響度不同。B.音調(diào)不同。

C.音色不同。D.回聲不同。

此題出自第十三屆初中應(yīng)用物理知識競賽（B）卷。在學(xué)習(xí)聲學(xué)過程中，也有不少學(xué)生常會問及此類問題，往往會引起老師們的一番激烈爭論。本題所給答案是音調(diào)不同，然而我們查閱資料時，卻發(fā)現(xiàn)有不少參考書給的答案卻是音色不同，到底哪個對呢？

先來看這樣一個問題：玻璃杯裝水越多，敲擊時音調(diào)越高還是越低？我們往往簡單回答裝水越多，音調(diào)越低。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，在實驗過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，取外形相同的樹脂茶杯、玻璃茶杯、塑料茶杯裝水相同，用相同的小棒，相同的力，向下敲擊杯口，做對比實驗時，發(fā)現(xiàn)三者音調(diào)是不同的。這表明音調(diào)與發(fā)聲體的材料有關(guān)。而對于同一杯水，當(dāng)改變敲擊方式，如一次敲擊杯口，一次敲擊杯壁時，發(fā)現(xiàn)音調(diào)也是不同的。這表明音調(diào)其實也與敲擊方式部位有關(guān)。而對于相同的茶杯，僅改變水量，當(dāng)向下敲擊杯口時，則發(fā)現(xiàn)水量越多，音調(diào)越低。例如廣西柳州北海課改實驗區(qū)2005年一道中考試題即是這一結(jié)論的應(yīng)用，這里的答案應(yīng)是A。

例 （2005柳州）如圖所示，8個相同的水瓶中灌入不同高度的水，敲擊它們，可以發(fā)出“1、2、3、4、5、6、7、 i”的聲音來。這些聲音產(chǎn)生的原因和決定音調(diào)的因素分別是

A．水振動，水的高度。

B．水振動，瓶內(nèi)空氣柱的高度。

C．瓶內(nèi)空氣振動，水的高度。

D．瓶內(nèi)空氣振動，瓶內(nèi)空氣柱的高度。

再來看這樣一個問題：玻璃杯裝水越多，吹氣時所發(fā)出聲音的音調(diào)越高還是越低？通過實驗，很容易得到水越多音調(diào)越高。同一杯水，為什么敲和吹的結(jié)果如此不同呢？

要回答這個問題，我們首先要搞清聲源是什么。敲擊時，聲源是杯子和水，而吹氣時，這里的聲源是空氣柱被水激蕩發(fā)聲，所以水灌滿音調(diào)升高。類似的，喇叭有三個孔，都堵上時自然音調(diào)低，而小編鐘的音調(diào)也比大編鐘的高。

當(dāng)然，如果學(xué)生深究為什么小編鐘的音調(diào)高大編鐘的音調(diào)低呢？可用音調(diào)問題往往與質(zhì)量和慣性有關(guān)加以解釋。小編鐘質(zhì)量小，慣性小，運動狀態(tài)容易改變，所以振動快，頻率高，音調(diào)高；而大編鐘質(zhì)量大，慣性大，運動狀態(tài)不容易改變，所以振動慢，頻率低，音調(diào)低。類似的，可仿照解釋敲擊茶杯時水越多音調(diào)越低而吹氣時水越多音調(diào)越高的問題。喇叭的三個孔都堵上時音調(diào)低，也是由于空氣柱長質(zhì)量大的緣故。

由此，也很容易解釋為什么各種弦樂器(二胡、琵琶、胡琴、吉他)通過改變弦的發(fā)聲部分的長短、粗細來改變發(fā)出聲音的頻率，從而改變音調(diào)高低。弦越長，音調(diào)越低，就是由于弦越長質(zhì)量越大，慣性大，振動狀態(tài)不容易改變，因而振動慢，音調(diào)低。弦越粗，音調(diào)越低，是由于弦越粗質(zhì)量越大，慣性大，振動狀態(tài)不容易改變，因而振動慢，音調(diào)低。

再例如，有經(jīng)驗的養(yǎng)蜂員根據(jù)蜜蜂的嗡嗡聲，就可以知道它們是飛出來采蜜，還是采好了蜜飛回蜂房。因為蜜蜂在不帶花蜜時，翅膀輕，慣性小，振動快，翅膀每秒振動約440次；而帶花蜜回去時，翅膀重，慣性大，振動慢，翅膀每秒振動約330次，所以帶花蜜時發(fā)聲的音調(diào)低。

再回到本文開始提到的辨別西瓜生熟的問題。當(dāng)敲擊西瓜時，由于生熟西瓜結(jié)構(gòu)不同，其振動的固有頻率不同，生西瓜的固有頻率高，所發(fā)聲音音調(diào)高，聽起來清楚；熟西瓜的固有頻率低，所發(fā)聲音音調(diào)低，聽起來較沉悶。

如此看來，該選音調(diào)啦？別忙，我們再來看看音色。音色是由發(fā)聲體的材料、結(jié)構(gòu)，以及發(fā)聲方式等因素決定的。當(dāng)敲擊西瓜時，由于生熟西瓜結(jié)構(gòu)不同，音調(diào)改變，音色也改變了。類似的，當(dāng)敲擊完好的瓷器時，瓷器整體做同一振動，即做單一的有規(guī)則的振動，所發(fā)出聲音的音調(diào)單一，聲音圓潤清脆，音色好聽；破損的瓷器不是一個整體，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，敲擊時，瓷器的振動在破損處變得不一致，所發(fā)出的聲音是泛音，音調(diào)也不一致，這些不同的振動合成后，發(fā)出音調(diào)混雜的，當(dāng)然音色也比較暗啞的聲音。

由此看來，這類問題無論選音調(diào)還是音色都是可以的。

再來看這樣一個問題：

森林衛(wèi)士--啄木鳥在檢查樹干中是否有蛀蟲時，用尖銳的喙在樹干上猛啄幾下就可以判斷出來，它是根據(jù)聲音的哪一個特征不同 ( )

A.音調(diào)。 B.響度。

C.音色。 D.以上三者結(jié)合。

分析 因為被蟲蛀的樹干里面是空的，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，音色也就發(fā)生了變化。當(dāng)然，你說音調(diào)有沒有改變？響度難道就沒有變化？故選D。

當(dāng)然，在涉及聲音的特征問題中，要具體問題具體分析，如下面一題：

例 （2003無錫） 在一只玻璃杯中先后裝入不同量的水，用細棒輕輕敲擊，會聽到不同頻率的聲音。與此類似，當(dāng)醫(yī)生在給病人檢查腹部是否有積水時，常會用手輕輕敲擊患者腹部，細細傾聽其發(fā)出的聲音，此為“叩診”，醫(yī)生主要是根據(jù)什么來判斷患者腹部是否有積水的( )

A.聲音的響度。B.聲音的音調(diào)。

C.聲音的音色。D.聲音是否悅耳動聽。

分析 在這里，由于題目中已給出了頻率問題，命題目的是要考查音調(diào)與頻率的關(guān)系。音調(diào)是由頻率決定的，在一只玻璃杯中先后裝入不同的水，用細棒輕輕敲擊，會聽到不同音調(diào)的聲音， 命題者指出：“叩診”與此類似，故選B。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>