淺析音調(diào)與響度

在2006年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)上，歌手阿寶用原生態(tài)唱法以極其罕見(jiàn)的高音給觀眾留下了深刻的印象，有一位專家在評(píng)價(jià)阿寶的演唱時(shí)說(shuō)：“你的歌曲唱得很有味道，能唱到兩個(gè)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(shuō)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(xiě)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(tīng)起來(lái)尖銳、尖細(xì)。如清晨聽(tīng)到的小鳥(niǎo)清脆的叫聲，而“低”是指聲音聽(tīng)起來(lái)粗曠、沉悶，比如敲擊大鼓時(shí)，鼓發(fā)出的聲音低沉、穩(wěn)重，我們就說(shuō)鼓聲的音調(diào)低。

音調(diào)的高低決定于聲源振動(dòng)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(dòng)的次數(shù)，單位是赫茲(Hz)，如300Hz是指聲源1s內(nèi)振動(dòng)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(zhǎng)度為10cm左右。第二次伸出桌面的長(zhǎng)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(dòng)的頻率及聲音的音調(diào)。

我們可以觀察到第一次鋼尺振動(dòng)較快，振動(dòng)頻率較高，聲音音調(diào)較高；而第二次鋼尺振動(dòng)相對(duì)較慢些，振動(dòng)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(gè)音，我們可以感覺(jué)到聲帶的振動(dòng)越來(lái)越快，我們聽(tīng)到的聲音越來(lái)越尖細(xì)，音調(diào)越來(lái)越高。

常見(jiàn)的弦樂(lè)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(zhǎng)度有關(guān)，同樣材料的弦，松緊程度、長(zhǎng)短相同時(shí)，弦越細(xì)，音調(diào)越高，弦越粗音調(diào)越低；粗細(xì)、長(zhǎng)短相同時(shí)，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(shí)，弦越短音調(diào)越高，弦越長(zhǎng)音調(diào)越低。

一般說(shuō)來(lái)，在打擊類樂(lè)器中，我們還會(huì)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(lè)器是通過(guò)開(kāi)、閉不同的孔，改變管內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)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(shuō)，空氣柱越短音調(diào)越高，如灌開(kāi)水時(shí)，隨著水面的上升，聽(tīng)到聲音的音調(diào)會(huì)越來(lái)越高。

響度也稱聲強(qiáng)或音量，它表示人耳所感覺(jué)到的聲音的強(qiáng)弱，例如，輕輕敲鑼聽(tīng)起來(lái)聲音較弱，是響度??；使勁敲鑼就會(huì)震耳欲聾，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(dòng)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(huì)看到紙屑跳得很低，振幅小，響度小；如果使勁擊鼓，會(huì)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^(guò)程中會(huì)逐漸分散，所以響度逐漸減小，例如，用電鉆鉆孔時(shí)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(jué)得轟鳴聲弱得多，醫(yī)用聽(tīng)診器，就是利用塑料軟管將聲能集中起來(lái)，避免傳播過(guò)程中因聲能分散而減小響度，從而讓醫(yī)生更好地聽(tīng)清身體內(nèi)發(fā)出的聲音。便于對(duì)身體狀況做出準(zhǔn)確的判斷。

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

我們?cè)谏钪谐Ｓ梅重?dB)來(lái)劃分聲音響度的等級(jí)：人耳聽(tīng)到的最弱的聲音叫聽(tīng)覺(jué)下限，我們規(guī)定為0dB；輕聲耳語(yǔ)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(gè)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(dòng)的頻率決定，振動(dòng)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(wú)關(guān)，不管在哪里，聽(tīng)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(dòng)261.6次，則凡是每秒鐘振動(dòng)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?cè)賮?lái)看看日常生活中的一些說(shuō)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(yǔ)”，這里的“高、低”指的是響度的大小，又如我們看電視時(shí)，常說(shuō)“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(kāi)關(guān)就可以控制聲音的強(qiáng)弱(響度)。

雖然平時(shí)的說(shuō)法中聲音高低有時(shí)指音調(diào)，有時(shí)指響度，而物理學(xué)中的用語(yǔ)要求清楚準(zhǔn)確、含義惟一，不能產(chǎn)生歧義，所以在物理語(yǔ)言中，聲音的“高”、“低”只用來(lái)描述音調(diào)，聲音“強(qiáng)弱”只用來(lái)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(huì)造成音調(diào)和響度兩個(gè)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?cè)偻ㄟ^(guò)幾道典型試題的解析，加深對(duì)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(qǐng)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(dòng)頻率決定，A與B的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)細(xì)鐵絲，布團(tuán)不移動(dòng)，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(shí)，將布團(tuán)逐漸向右拉動(dòng)時(shí)，聲音又會(huì)有怎樣的變化?

解析不拉動(dòng)細(xì)鐵絲，布團(tuán)不移動(dòng)，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(dòng)時(shí)，聲音音調(diào)降低，響度不變。

此時(shí)的發(fā)聲體是竹哨內(nèi)的空氣，布團(tuán)不動(dòng)，空氣長(zhǎng)度不變，所以聲音的音調(diào)不變；而增加吹氣的力量時(shí)，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(dòng)時(shí)，空氣柱的長(zhǎng)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。