聊聊声音那些事

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无论在广袤的自然界，还是日常的生活中，声音无处不在，一刻都不曾停息。被后人尊称为乐圣的德国作曲家贝多芬在双耳失聪后继续创作出几十部作品（这其中包括著名的《英雄交响曲》、《田园交响曲》、《命运交响曲》等），诠释了声音存在的最高境界。

声音的产生离不开振动，声音的传播不能没有介质。以空气为介质，声音的速度在15℃一个标准大气压下约为340米/秒，随着温度每升高1℃，声速约增加0.6米/秒。在不同的介质中声音传播的速度也有所不同（固>液>气）。举个常见的例子，楼下有人装修，在墙上钻孔，如果打开房门我们能听到两个钻孔的声音，一个是墙壁本身发出的，一个是从门外楼道里传来的，前者总是比后者先被我们听到。因为前者搭了一段墙壁这个固体介质的“快车”。

声音以波的形式在介质中传播，这种波我们称之为声波。描述声波的属性通常有这样一些参数，周期、频率、振幅、波长等。物体振动时某一质点从起始点往复一次又回到起始点所需要的时间称为周期（T），单位为秒（s）。频率（f）指单位时间内（1s）完成的周期次数，单位为赫兹（Hz），f=1/T。绝大多数人能听到的频率范围是20Hz到20kHz。其中20Hz是人耳听觉下限，低于这一频率的称为次声波，次声波对人体有害（次声波能引起人体脏器共振，导致变形、移位、甚至破裂），大功率次声波发生装置被当作武器使用。20kHz是人类听觉的上限，高于这这一频率的称为超声波，常用于测距、测速、清洗、焊接等领域。值得一提的是，蝙蝠和海豚也都是运用超声波的“高手”，它们在捕食、躲避危险、传情达意等过程中都涉及到超声波，近些年来关于“海豚胎教”的争论更是一度成为焦点。振幅，质点振动离开平衡位置（可以看作起始点）的最大距离（即振动的幅度）。振幅越高，声音响度越大。波长是指在某一固定频率，声波完成次周期后所产生的直线距离，反映了波在空间距离上的周期性。容易混淆的是，具有类似这些参数的还有一种波——电磁波。电磁波又称电磁辐射，是由同相振荡且相互垂直的电场与磁场构成，能有效的传递能量和动量。电磁波可以按频率分类，从低频到高频包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X-射线和伽马射线等等。可见光是人眼可接收到的电磁波，波长大约在380至780纳米之间。（电磁波≠声波）

让我们再回到声波的范畴，如果由两个不同的物体按同一频率振动发声，我们可以分辨声音的不同吗？答案是肯定的。不同的物体发出的声音具有各自的特色，也就是我们常说的音色，分别在钢琴上和吉他上弹奏标准音“A”（A=440Hz），由于音色的不同，很容易分辨。每一件乐器，不同的人声（男高音、女高音等及不同的演唱家）都有着独特而鲜明的音色。对于作曲家来说，音色的运用至关重要，因为这直接关系到音乐的表现力。

刚才说到了音乐中的标准音A=440Hz，那么这个标准又是如何制定的呢？历史上，音高标准没有统一的规定。仅在巴洛克时期（西方艺术史上的一个时代，大致为17世纪。），就同时存在三种不同的音高标准。因此，巴赫的某些器乐作品在当时演出时，要比现行的标准音低半个音；某些康塔塔（一种包括独唱、重唱、合唱的声乐套曲，一般包含一个以上的乐章，大都有管弦乐伴奏。）又比现行的标准音高半音到全音。从H.珀塞尔到贝多芬，包括巴赫、海顿和莫扎特等在内的时期里，标准音A游离在415～429Hz之间，称为古典音高。浪漫主义时期，在455Hz左右。1880年，最负盛名的斯坦威钢琴以a1=457Hz定音。西欧的音高标准在19世纪晚期趋向统一，现行的A=440Hz为“第一国际标准音高”，435Hz为“第二国际标准音高”。“第一国际标准音高”可用多种方法获得（音叉等），最精确的是用铯-133原子振荡装置来定音。

责编 王志宇