浅析音调与响度

　　在2006年春节联欢晚会上，歌手阿宝用原生态唱法以极其罕见的高音给观众留下了深刻的印象，有一位专家在评价阿宝的演唱时说：“你的歌曲唱得很有味道，能唱到两个high C，比世界著名的三大男高音之一的帕瓦罗蒂还高出整整八度，”这就是常说的“天籁之音”，指声音的音调高，而“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”中描写的钟声，则是指这所寺庙里的巨钟发声的音调比较低。 　　音调是指声音的高低，“高”是指声音听起来尖锐、尖细。如清晨听到的小鸟清脆的叫声，而“低”是指声音听起来粗旷、沉闷，比如敲击大鼓时，鼓发出的声音低沉、稳重，我们就说鼓声的音调低。 　　音调的高低决定于声源振动的频率，频率越高则音调越高，频率越低则音调越低，频率是声源1s内完成周期性振动的次数，单位是赫兹(Hz)，如300Hz是指声源1s内振动了300次。 　　我们可以进行如下实验，感受音调与频率的关系。 　　 　　实验一：如图1所示，用一只手将钢尺紧压在桌沿上，第一次伸出桌面的长度为10cm左右。第二次伸出桌面的长度为15cm左右，另一只手用相同的力度轻拔钢尺一端，比较钢尺振动的频率及声音的音调。 　　我们可以观察到第一次钢尺振动较快，振动频率较高，声音音调较高；而第二次钢尺振动相对较慢些，振动频率较低，声音音调较低。 　　实验二：如图2所示。用手轻轻捏住喉结两侧，依次轻轻唱出“1、2、3、4、5、6、7”七个音，我们可以感觉到声带的振动越来越快，我们听到的声音越来越尖细，音调越来越高。 　　常见的弦乐器，比如二胡、小提琴等，发声的音调与弦的材料、粗细、松紧和长度有关，同样材料的弦，松紧程度、长短相同时，弦越细，音调越高，弦越粗音调越低；粗细、长短相同时，弦越紧音调越高，弦越松音调越低；粗细、松紧程度相同时，弦越短音调越高，弦越长音调越低。 　　一般说来，在打击类乐器中，我们还会有这样的经验，就是物体质量越大，音调越低；质量越小，音调越高，古代编钟可以演奏出高低不同的声音，就是因为它们的质量不一样，质量大的音调低，质量小的音调高。 　　管乐器是通过开、闭不同的孔，改变管内空气柱的长度，从而改变了空气柱的质量，吹出音调不同的声音，一般地说，空气柱越短音调越高，如灌开水时，随着水面的上升，听到声音的音调会越来越高。 　　响度也称声强或音量，它表示人耳所感觉到的声音的强弱，例如，轻轻敲锣听起来声音较弱，是响度小；使劲敲锣就会震耳欲聋，感到声音很强，是响度大，响度的大小主要取决于声源振动幅度的大小，如图3的击鼓实验就验证了这点，鼓面上放些小纸屑，轻轻击鼓，会看到纸屑跳得很低，振幅小，响度小；如果使劲击鼓，会看到纸屑跳得很高，振幅大，响度大。 　　 　　响度的大小还与人耳距离声源的远近有关，因为声能在传播过程中会逐渐分散，所以响度逐渐减小，例如，用电钻钻孔时发出的轰鸣声，持钻工人被振得耳朵不能忍受，站在远处的人就觉得轰鸣声弱得多，医用听诊器，就是利用塑料软管将声能集中起来，避免传播过程中因声能分散而减小响度，从而让医生更好地听清身体内发出的声音。便于对身体状况做出准确的判断。 　　在生活中。为了使声音听起来更响或传得更远，常将声音通过话筒传送到扩音器放大后播放。使声音的响度更大。 　　我们在生活中常用分贝(dB)来划分声音响度的等级：人耳听到的最弱的声音叫听觉下限，我们规定为0dB；轻声耳语约10-20dB；正常交谈约40-50dB：而飞机起飞约130dB左右。 　　从以上的分析我们可以看出声音的“高低”和“强弱”在物理学上是两个不同的概念，(1)物理意义不同，音调是指声音的高低；响度则是指声音的强弱；(2)决定的因素不同，音调由声源振动的频率决定，振动频率越高，音调就越高；响度是由发声体的振幅所决定的，振幅越大，响度越大；(3)跟发声体距离的情况不同，音调的高低跟距离发声体的远近无关，不管在哪里，听到的同一声源发出的声音，其音调总是相同的，女C调的“do”每秒钟振动261.6次，则凡是每秒钟振动261.6次声音的音调就已经确定，即为C调的“do”，响度则跟距离发声体的远近有关，离发声体越近，其响度越大。 　　现在我们再来看看日常生活中的一些说法，“男低音、女高音”歌唱家、“这歌曲音太高，唱不上去”，这里的“高、低”指的是音调高低，“引吭高歌、低声细语”，这里的“高、低”指的是响度的大小，又如我们看电视时，常说“把声音调得高些或低些”。这里的“高、低”指的是声音的响度，利用音量开关就可以控制声音的强弱(响度)。 　　虽然平时的说法中声音高低有时指音调，有时指响度，而物理学中的用语要求清楚准确、含义惟一，不能产生歧义，所以在物理语言中，声音的“高”、“低”只用来描述音调，声音“强弱”只用来描述声音的响度，在学习中不注意声音强弱和高低的区别，会造成音调和响度两个不同的概念模糊不清，这在学习中应该引起特别注意。 　　 　　下面我们再通过几道典型试题的解析，加深对音调与响度的理解， 　　例1 图4是观察音叉发出的声音的波形图，请据此比较声音的特征， 　　(1)比较A、B波形可知，这两种声音的______相同，______不同； 　　(2)比较B、C波形可知，这两种声音的______相同，______不同。 　　解析音调由振动频率决定，A与B的振动频率相同，所以A、B的音调相同；响度由振幅决定，A的振幅大于B的振幅，所以A的响度大于B的响度，B、C的振动频率不相同，音调不相同；B、C的振幅相同，响度相同。 　　例2如图5所示有一竹哨，用嘴吹可以发出声音。 　　(1)不拉动细铁丝，布团不移动，增加吹气的力量，声音如何变化? 　　(2)用同样大小的力吹竹哨时，将布团逐渐向右拉动时，声音又会有怎样的变化? 　　解析不拉动细铁丝，布团不移动，增加吹气的力量，声音响度增大，但音调不变；将布团逐渐向右拉动时，声音音调降低，响度不变。 　　此时的发声体是竹哨内的空气，布团不动，空气长度不变，所以声音的音调不变；而增加吹气的力量时，使得空气的振幅变大，所以响度增加，而当布团向右运动时，空气柱的长度增加，所以声音的音调变低；而吹气的力量不变，空气振幅不变，所以响度不变。