聲音基礎之聲音的三要素

2021-01-19 SIVA藝術與設計實驗教學中心

通常我們使用物理的方法來探討聲音的本質與要素。在藝用領域的探討，主要依靠人聽覺器官所能感知的聲音。聲音是一種波。一個發聲物體振動後，由於它周圍的空氣分子的彈性和惰性，從而形成空氣微粒疏密相間的波動，這就是聲波。聲波從振動聲源出發，順序地從一個微粒傳到另一個微粒，以一定聲速向各方面傳播。氣體、液體、固體微粒都可以成為聲音傳播的媒介。聲音在空氣中傳播，音速c≈340m/s。聲音在真空中不能傳播。

由于振動的傳播，對於人聽覺器官發生的主觀感受，最終引起聲音的感覺。聲音具有三個基本特性，或者叫做三要素：頻率、強度、音質。反映在人耳主觀感覺到的就是音調、響度和音色。

 

一、頻率Frequency Hz（音調pitch、tone）

 

在聲學中，以頻率Hz來定義聲音振動的快慢。Hz意為次/ 每秒，1Hz即為一秒鐘完成1次周期振動。頻率越高音調越高，頻率越低音調越低。

人耳能聽到的頻率是有一定範圍的，人的聽覺器官能感知的聲音頻率範圍約為20Hz～20kHz的信號稱為音頻(Audio)信號。

頻率小於20Hz 一般稱為次聲波（subsonic）。

人發音器官發聲頻率約是80～3400Hz，但人說話的信號頻率約為300～3000Hz，即話音(speech)信號。高於20kHz的信號稱為超聲波(ultrasonic)。超聲波及次聲波一般不能引起人聽覺器官的感覺，但可藉助一些儀器設備進行觀察和測量。

人對聲音刺激頻率的主觀判斷與估量，稱之為音調(Pitch)，單位：美（Mel）。

Frequency是物理量，而音調是人的感覺。

聽覺經驗，一般女生的聲音比男生高，較大物體振動的音調較低。


二、響度（loundness）


聲波振動的幅度大小決定響度（能量）。

聲波到達人耳的聲擾動振幅所產生的聽覺的大小，聲振動能量是物理特性，可用聲強（sound pressure）定義，單位:帕斯卡(Pa)。

實用上通常都以對數方式的聲壓級(sound pressure level)表示，單位:分貝(db)。

響度是主觀量，不能用任何儀器正確地測量。

聲音響度使用了以兩個聲強之比的對數為基礎的相對標度，單位：宋（sone）。

 

三、  音色音質


大部分樂器發出的聲波不是單純的正弦波，而是由基音和多組不同頻率的泛音複合而成的複合波。不同樂器發出同一音高（音調、頻率）的樂音，仍然可以分辨。

可以把音色描述為音的瞬時橫截面，即用諧音（泛音）的數目、強度、分布和相位來描述。

泛音的強度可使音色發生變化，音色的主觀特性比響度或音調的主觀特性複雜得多。

 

 


 

以下為四種不同樂器，以相同響度、相同頻率音調所發出的聲音波形，複合波的基音與各組泛音強度成分不同決定音色的不同。

 


撰文：潘    翀

圖片：潘    翀

編輯：曹景宇




 


 


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