音調還是音色

同學們，我們在生活實際中，常遇到這樣的問題：

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

A.響度不同。B.音調不同。

C.音色不同。D.回聲不同。

此題出自第十三屆初中應用物理知識競賽（B）卷。在學習聲學過程中，也有不少學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不同，然而我們查閱資料時，卻發現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，敲擊時音調越高還是越低？我們往往簡單回答裝水越多，音調越低。實踐是檢驗真理的唯一標準，在實驗過程中，筆者發現，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，發現三者音調是不同的。這表明音調與發聲體的材料有關。而對于同一杯水，當改變敲擊方式，如一次敲擊杯口，一次敲擊杯壁時，發現音調也是不同的。這表明音調其實也與敲擊方式部位有關。而對于相同的茶杯，僅改變水量，當向下敲擊杯口時，則發現水量越多，音調越低。例如廣西柳州北海課改實驗區2005年一道中考試題即是這一結論的應用，這里的答案應是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，可以發出“1、2、3、4、5、6、7、 i”的聲音來。這些聲音產生的原因和決定音調的因素分別是

A．水振動，水的高度。

B．水振動，瓶內空氣柱的高度。

C．瓶內空氣振動，水的高度。

D．瓶內空氣振動，瓶內空氣柱的高度。

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

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聲，所以水灌滿音調升高。類似的，喇叭有三個孔，都堵上時自然音調低，而小編鐘的音調也比大編鐘的高。

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

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

再例如，有經驗的養蜂員根據蜜蜂的嗡嗡聲，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，所以帶花蜜時發聲的音調低。

再回到本文開始提到的辨別西瓜生熟的問題。當敲擊西瓜時，由于生熟西瓜結構不同，其振動的固有頻率不同，生西瓜的固有頻率高，所發聲音音調高，聽起來清楚；熟西瓜的固有頻率低，所發聲音音調低，聽起來較沉悶。

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

由此看來，這類問題無論選音調還是音色都是可以的。

再來看這樣一個問題：

森林衛士--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，它是根據聲音的哪一個特征不同 ( )

A.音調。 B.響度。

C.音色。 D.以上三者結合。

分析 因為被蟲蛀的樹干里面是空的，結構發生了變化，音色也就發生了變化。當然，你說音調有沒有改變？響度難道就沒有變化？故選D。

當然，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，當醫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，細細傾聽其發出的聲音，此為“叩診”，醫生主要是根據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。

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與頻率的關系。音調是由頻率決定的，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、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”