淺析音調與響度

在2006年春節聯歡晚會上，歌手阿寶用原生態唱法以極其罕見的高音給觀眾留下了深刻的印象，有一位專家在評價阿寶的演唱時說：“你的歌曲唱得很有味道，能唱到兩個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，”這就是常說的“天籟之音”，指聲音的音調高，而“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”中描寫的鐘聲，則是指這所寺廟里的巨鐘發聲的音調比較低。

音調是指聲音的高低，“高”是指聲音聽起來尖銳、尖細。如清晨聽到的小鳥清脆的叫聲，而“低”是指聲音聽起來粗曠、沉悶，比如敲擊大鼓時，鼓發出的聲音低沉、穩重，我們就說鼓聲的音調低。

音調的高低決定于聲源振動的頻率，頻率越高則音調越高，頻率越低則音調越低，頻率是聲源1s內完成周期性振動的次數，單位是赫茲(Hz)，如300Hz是指聲源1s內振動了300次。

我們可以進行如下實驗，感受音調與頻率的關系。

實驗一：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度為10cm左右。第二次伸出桌面的長度為15cm左右，另一只手用相同的力度輕拔鋼尺一端，比較鋼尺振動的頻率及聲音的音調。

我們可以觀察到第一次鋼尺振動較快，振動頻率較高，聲音音調較高；而第二次鋼尺振動相對較慢些，振動頻率較低，聲音音調較低。

實驗二：如圖2所示。用手輕輕捏住喉結兩側，依次輕輕唱出“1、2、3、4、5、6、7”七個音，我們可以感覺到聲帶的振動越來越快，我們聽到的聲音越來越尖細，音調越來越高。

常見的弦樂器，比如二胡、小提琴等，發聲的音調與弦的材料、粗細、松緊和長度有關，同樣材料的弦，松緊程度、長短相同時，弦越細，音調越高，弦越粗音調越低；粗細、長短相同時，弦越緊音調越高，弦越松音調越低；粗細、松緊程度相同時，弦越短音調越高，弦越長音調越低。

一般說來，在打擊類樂器中，我們還會有這樣的經驗，就是物體質量越大，音調越低；質量越小，音調越高，古代編鐘可以演奏出高低不同的聲音，就是因為它們的質量不一樣，質量大的音調低，質量小的音調高。

管樂器是通過開、閉不同的孔，改變管內空氣柱的長度，從而改變了空氣柱的質量，吹出音調不同的聲音，一般地說，空氣柱越短音調越高，如灌開水時，隨著水面的上升，聽到聲音的音調會越來越高。

響度也稱聲強或音量，它表示人耳所感覺到的聲音的強弱，例如，輕輕敲鑼聽起來聲音較弱，是響度小；使勁敲鑼就會震耳欲聾，感到聲音很強，是響度大，響度的大小主要取決于聲源振動幅度的大小，如圖3的擊鼓實驗就驗證了這點，鼓面上放些小紙屑，輕輕擊鼓，會看到紙屑跳得很低，振幅小，響度小；如果使勁擊鼓，會看到紙屑跳得很高，振幅大，響度大。

響度的大小還與人耳距離聲源的遠近有關，因為聲能在傳播過程中會逐漸分散，所以響度逐漸減小，例如，用電鉆鉆孔時發出的轟鳴聲，持鉆工人被振得耳朵不能忍受，站在遠處的人就覺得轟鳴聲弱得多，醫用聽診器，就是利用塑料軟管將聲能集中起來，避免傳播過程中因聲能分散而減小響度，從而讓醫生更好地聽清身體內發出的聲音。便于對身體狀況做出準確的判斷。

在生活中。為了使聲音聽起來更響或傳得更遠，常將聲音通過話筒傳送到擴音器放大后播放。使聲音的響度更大。

我們在生活中常用分貝(dB)來劃分聲音響度的等級：人耳聽到的最弱的聲音叫聽覺下限，我們規定為0dB；輕聲耳語約10-20dB；正常交談約40-50dB：而飛機起飛約130dB左右。

從以上的分析我們可以看出聲音的“高低”和“強弱”在物理學上是兩個不同的概念，(1)物理意義不同，音調是指聲音的高低；響度則是指聲音的強弱；(2)決定的因素不同，音調由聲源振動的頻率決定，振動頻率越高，音調就越高；響度是由發聲體的振幅所決定的，振幅越大，響度越大；(3)跟發聲體距離的情況不同，音調的高低跟距離發聲體的遠近無關，不管在哪里，聽到的同一聲源發出的聲音，其音調總是相同的，女C調的“do”每秒鐘振動261.6次，則凡是每秒鐘振動261.6次聲音的音調就已經確定，即為C調的“do”，響度則跟距離發聲體的遠近有關，離發聲體越近，其響度越大。

現在我們再來看看日常生活中的一些說法，“男低音、女高音”歌唱家、“這歌曲音太高，唱不上去”，這里的“高、低”指的是音調高低，“引吭高歌、低聲細語”，這里的“高、低”指的是響度的大小，又如我們看電視時，常說“把聲音調得高些或低些”。這里的“高、低”指的是聲音的響度，利用音量開關就可以控制聲音的強弱(響度)。

雖然平時的說法中聲音高低有時指音調，有時指響度，而物理學中的用語要求清楚準確、含義惟一，不能產生歧義，所以在物理語言中，聲音的“高”、“低”只用來描述音調，聲音“強弱”只用來描述聲音的響度，在學習中不注意聲音強弱和高低的區別，會造成音調和響度兩個不同的概念模糊不清，這在學習中應該引起特別注意。

下面我們再通過幾道典型試題的解析，加深對音調與響度的理解，

例1 圖4是觀察音叉發出的聲音的波形圖，請據此比較聲音的特征，

(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。

解析音調由振動頻率決定，A與B的振動頻率相同，所以A、B的音調相同；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的振動頻率不相同，音調不相同；B、C的振幅相同，響度相同。

例2如圖5所示有一竹哨，用嘴吹可以發出聲音。

(1)不拉動細鐵絲，布團不移動，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，將布團逐漸向右拉動時，聲音又會有怎樣的變化?

解析不拉動細鐵絲，布團不移動，增加吹氣的力量，聲音響度增大，但音調不變；將布團逐漸向右拉動時，聲音音調降低，響度不變。

此時的發聲體是竹哨內的空氣，布團不動，空氣長度不變，所以聲音的音調不變；而增加吹氣的力量時，使得空氣的振幅變大，所以響度增加，而當布團向右運動時，空氣柱的長度增加，所以聲音的音調變低；而吹氣的力量不變，空氣振幅不變，所以響度不變。