解讀聲音的三要素

一部香港的電視連續劇中有這樣一個情節：弟弟為了幫哥哥制造謀殺案中的不在場證據，故意在一個嘲雜的環境下給他哥哥的熟人打電話，當然他是模仿他哥哥的語氣語調的，但最后還是讓警察找到了破綻，然后借助大學實驗室里的儀器證明了打電話的是弟弟，從而抓到了兇手.那么為什么儀器能分辨某個聲音到底是不是屬于指定的那個人發出的呢？

我們生活中聽到的每個聲音都是獨一無二的，每個不同的聲音都有它的特點，其中最重要的幾點我們稱之為聲音的三要素：即聲音的響度、音調和音色.

先說響度.響度即平常我們所講的音量，它是指聲音的強弱程度，也就是我們平常所講的聲音的大小.電視機遙控器的音量鍵就是改變聲音響度的.響度主要由聲源振動的幅度即振幅決定.具體關系是聲源的振幅越大，響度就越強，我們聽起來這個聲音就越響，反之聲源振幅越小，響度就越弱，聲音聽起來就越輕.這點可以通過一個小實驗來證明.在桌子上放半杯水，先輕敲后重敲桌子，可以看到杯子里的水波先小后大.我們一般用分貝作單位來表示響度的大小.采取什么方法能改變聲音的響度呢？拿弦樂器為例，如要讓二胡的聲音響度大點，只需要用力演奏就可以了，因為力量大了使弦振動的幅度變大了，就像重敲桌子會更響一樣.

聲音的第二個要素是音調.音調是表示聲音的高低，是由聲源振動的快慢決定的.我們用頻率來表示振動的快慢，所以決定一個聲音音調高低的因素就是聲源振動的頻率.錄音機上的快慢鍵就是改變了聲音的音調.頻率是指物體每秒鐘振動的次數，用赫茲（Hz）做單位.比如說一個聲源每秒鐘振動100次，我們就說這物體振動的頻率為100Hz.音調和頻率的關系同樣可以用一個小實驗來證明，將一把梳子的梳齒慢慢劃過一個正在轉動的小馬達的葉片上，梳齒逐漸變密，我們聽到的聲音越來越細，也就是說音調在變高.我們可通過改變物體的振動頻率來改變聲音的音調.還是以弦樂器為例，改變它所發出的聲音音調的方法較多，調音師一般是通過調整弦的松緊程度來實現的，就像一根橡皮筋繃緊和松開時撥動發出的聲音的音調是不一樣的.繃緊時弦振動得較快，音調較高.演奏時還可以改變弦振動部分的長度來實現，因為弦樂器是按壓手指和拉弓之間的那部分在振動發聲，所以上面的手指下移的話就會使振動弦變短，短的物體就會比較容易振動或者說振動起來頻率會更快，音調會變高.當然也可以通過改變弦的粗細來改變聲音的音調，原理也是因為細的弦容易振動，振動比較快，音調就高.我們可以這樣理解：輕小的物體在其他條件相同的情況下比笨重的物體振動快，發出的聲音音調高.管樂器改變音調的原理相似，比如長笛表面有很多孔，其實不同的孔的深度是不一樣的，里面所包含的空氣柱的長度也是不同的，孔越深空氣柱越長，而管樂器是通過空氣振動發聲的，所以深孔長空氣柱吹出來的聲音音調低，因為這部分空氣不容易振動，振動起來慢.

聲音的第三個要素是音色，音色是指聲音的感覺特性.我們經常可以聽到對一個歌手這樣的評價：音色很好.音色是由發生體的材料結構等因素決定的，簡單地說，不同的發聲體發出的聲音的音色是不同的，不同音色的聲音的波形一般是不同的.我們可以根據聲音的音色來判斷聲源的種類，因為每一個人發出的聲音的音色都是不同的.根據這個原理科學家發明了一種聲音密碼鎖，只有主人開口發出指令時才能開鎖，將這種鎖裝在防盜門上或裝在保險柜上都能有效防盜.

前面提到的警察破案就是將兩個人的聲音輸入電腦，分析聲音樣本的三要素，即使弟弟模仿的再像，兩個聲音的響度和頻率一樣，但是由于不同的發聲體的音色不同，聲波的振幅和頻率相同，顯示的聲音的波形也是不同的.

我們如何來描述聽到的聲音三要素的特點呢？一男一女兩個歌唱家在唱同一首歌曲，男高音伴唱，女低音獨唱.我們分別從聲音的三要素來比較這兩個聲音.男高音是伴唱，伴唱兩字描述了聲音的強度弱，而女低音是獨唱，獨唱又說明了女聲的聲音強度很強，所以男高音響度弱，女低音響度強.高和低分別是在描述聲音的音調，所以男高音音調高，女低音音調低.兩個不同的歌唱家說明音色是不同的，也就是說響度和音調之間不存在必然的聯系，不是響度強的音調就一定會高.一個聲音通過空氣傳到我們耳朵里，音色不會發生變化，音調也不會發生變化，因為聲源的振動頻率沒變.再比如牛的叫聲和蚊子的聲音的區別，雖然正常情況下牛的叫聲肯定比蚊子的聲音響度要強一些，因為牛的聲帶振幅比蚊子飛行時翅膀的振幅要大，但是我們聽上去牛的叫聲是比較粗的，而蚊子的聲音是比較尖的，也就是說蚊子的聲音比牛發出的聲音音調高，因為蚊子翅膀振動時比牛的聲帶快.響度和振幅之間也不存在必然的大小關系.湖北出土的古代編鐘由六十五件大小不同的銅片組成，高度甚至超過一個人的身高，這樣的編鐘能發出音調很廣的音樂，但不能說這件樂器很大，聲音的響度就一定很強，因為聲音的大小是由人敲擊時用的力決定的.在區分聲音的音調和響度的特點時，除了要看關鍵的形容詞以外，我們有時還要分析具體的情況.比如：我們高聲歌唱這句話中的“高”字很容易讓人理解為是音調高，其實這句話的意思是我們大聲地歌唱，唱得響亮，所以這里是在說聲音的響度大.

在一些特殊情況下，聲源以外的因素也能影響到聲音的三要素.例如距離，我們在喊前面的人時，距離近的人可以很清楚地聽到，遠處的人聽不清甚至聽不到，因為聲音在傳播過程中能量是有損失的.傳播距離遠，能量就損耗多，到達人耳時聲音就輕了，甚至聽不見了.

風聲，雨聲，讀書聲，聲聲入耳，生活中有各種各樣的聲音，我們需要用耳朵聽，用心去體會.