一、介質對聲音的影響

(一)音聲頻率與波長的變化:

1.同一介質中傳播:

1)波速的快慢與傳送波的介質有關,在同一介質中,同一狀態下傳送的波,波速相同。

2)當頻率不同時,波長會隨著改變,即當頻率變大時,波長變短;反之,當頻率變小時,波長變長,頻率f與波長λ成反比

例如:

甲乙兩聲波的頻率分別為:300Hz600Hz,因為波速=f×λ,而在同一介質中波速為定質,故甲乙兩聲波的波長比與頻率成反比,即:

λ:λ600300,∴λ:λ21

2.不同介質中傳播時:

1)同一聲波進入不同介質中時,頻率會維持不變,但波速會改變,而波速Vf×λ,故波速V與波長λ成正比

2)已知聲波在空氣中的波速小於水中的波速,當聲波傳入水中時,頻率不會改變,但波長會增加。假設聲波在空氣中的波速為350m/s,在水中聲速為1050m/s,故同一聲波在空氣中的波長λ空氣與在水中波長λ的比為:λ空氣λ3501050,即λ空氣λ13

二、樂因要素-響度

(一)響度(聲波的振幅):

1.定義:聲音的強弱程度(即音量的大小),稱為響度。

2.響度與振幅的關係:振動體的振幅越大(如用力拉弦、使勁打鼓),則物體所發出的音量也越大,當聲波傳抵耳膜時所引起的振動就越強烈,我們所感覺到的聲音,其響度通常也較大。

3.聲音的大小不會影響到聲音的速率,但會決定傳播的距離,響度愈大的聲音傳播的距離愈遠,反之則傳播距離較近。

4.因為聲波的振幅是由波源的能量決定的,能量愈大則響度愈大,聲波在空間中傳播時能量會逐漸損失,故能量愈大的聲音可以傳得愈遠。

5.音叉和樂器的共鳴箱,可以增加聲音的強度(響度),而共鳴箱的體積大小和構成的材料種類,會決定共鳴的效果。

 各種聲音的響度

聲音來源

響度(分貝)

噴射機引擎運轉聲(50公尺)

130

人耳開始感到痛楚

120

1公尺內汽車喇叭聲

110

氣壓鑽孔機(3公尺外)

90

耳朵聽力開始受損

80

上下班時的街道

70

平常交談的聲音(相距一公尺)

60

辦公室內

50

耳邊蚊子的嗡嗡聲

40

清晨的街道

30

耳語(一公尺)

20

樹葉的沙沙聲

10

正常人耳朵聽覺的下限

0

6.響度的單位:常以分貝(dB)作為聲音強度的單位。分貝數越大,表示聲音越大聲,分貝數每增加10分貝,響度增加10倍;增加了20分貝,則響度增加了100倍。(如表一)為各種聲音的響度:

三、樂因要素音調

(一)音調(聲波的頻率):

1.定義:樂曲有各種高低不同的音階,此種聲音的高低稱為音調。

2.決定音調的因素:音調的高低與物體的振動頻率有關,即聲波每秒內振動的次數,單位為:次/秒,或Hz

3.發音體的振動頻率越高,振動的物體越輕、越薄、越短、越細或得越緊,則振動的頻率會越快,音調也會較高。所以改變線的鬆緊程度,就可以把吉他或是其他的絃樂器同一條弦的音調調高或是調低。

4.來說,女生所發出來的聲音的音調比男生高,主要是因為男女在聲帶的結構不同所造成的結果。

5.人耳所能夠聽到的聲音,頻率範圍約在20~20000Hz之間,聲音的頻率太高或是太低,人耳都聽不到。(如表二)為音樂在各種音階的頻率:

表二  各種音皆與頻率

普通八音階的各音頻率

音名

唱名

頻率(

中央C

Do

262

D

Re

294

E

Mi

330

F

Fa

349

G

Sol

392

A

La

440

B

Si

494

高音C

Do

524

6.超聲波:人耳可以聽到的聲音頻率範圍,約在2020000赫之間,高於20000的聲波稱為超聲波,又稱為超音波

7.超音波的特性為:頻率高、波長短,方向性佳,但是人的耳朵無法聽見。

8.超聲波的應用

9.探測一些無法利用光觀測的地方,漁船與潛艇等使用的聲納所發出的聲音便是超聲波。

1)利用超聲波可以檢查人體內的各種器官,也可以看到母體內的胎兒,做產前健康檢查。

2)可以利用超聲波的高頻率,清洗浸在溶劑中的精密機械或工具。

3蝙輻是即是利用超聲波反射的原理來感覺四周的環境和分辨方向。

四、  樂因要素音色

(一)音色(聲波的波形):

1.定義:不同的發音體具有它獨特的發音特性,所發出的聲音發其他發音體的特質不同,這種特性稱為音色,又稱為音品。

2.決定音色的因素:主要由聲音的波形特性而決定的。

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3.不同的發音體會有不同的音色,主要是因為很少發音體能夠發出單一頻率的聲音,大部分的聲音都是由好幾種頻率和不同響度的聲音混合而成的,而這些頻率與響度不同的波所合成的聲波,且這些聲波的頻率成簡單的整數比,其波形也就各不相同。(如圖一)

1)基音:發音體發聲時,同時混合發出多種聲波,其中頻率最低、波長最長的聲音為基本泛音,又名基音

2)泛音:發音體發聲時,聲波的其他部分頻率為基音的整數或是接近整數部分的聲音,都稱為泛音(波長為基音的整數分之一倍,例如1/2.1/3倍…等等)。

4.由於音色的緣故,熟悉音樂的人,通常很容易從樂曲中分辨出是何種樂器所發出的聲音,平常交談時我們也很容易聽得出是誰在說話。

5.從電話聲響中或是有人應門時的對答聲音,我們就能分辨出對方是誰,即是因為每個人發出來聲音的音色不同而區別出來的。

6.擄人勒索刑事案件發生後,警方為什麼可以利用「聲紋」比對而查出歹徒是誰呢?也就是利用每個人的發音波形特性不同而辨別出來的呢。

7.音叉振動時發出的是單一頻率的聲音,没有第二、第三泛音,因為具有最單純的波形,所以常常被使用為調音的工具。聲音的三要素,包含響度、音調和音品,各項重點整理如表三所示:

表三  各種音皆與頻率

 

響度

音調

音色

意義

聲音大小、強度

聲音高低

聲音特色

振動

振幅

頻率

波形

單位

分貝

HZ

特性

能量的大小,可決定傳播的遠近

發音體細、薄、輕、緊、短音調愈高

基音最低頻率

泛音頻率為基音整數

五、共鳴

(一)何謂「共鳴」:

1.一個物體振動發出聲音,傳到另一個物體,使另一個物體也隨之產生振動而發出聲音的現象。

2.共鳴又稱為:共振,以兩個音叉的共鳴為例,先以小槌敲擊其中一個音叉,當聲音的能量傳至另一個音叉時,另一個音叉也會隨之發出聲音,這就是共鳴(如圖一所示)。圖一中A音叉的音箱開須正對另一音叉B的音箱,能量較能傳至音箱內而引起共鳴。

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兩個頻率相同的音叉,共鳴箱的開口相對,敲擊左側的A音叉。

接著用手按住左側的A音叉,結果右側的B音叉會因為共鳴現象而發出聲音。

(二)「共鳴」的成因:

1.若發音體皆在同一介質中發聲,其聲速是相同的,倘若兩個發音體的聲波頻率相同,則波長也會相同,當兩個波長相同的聲波相遇時會有加強能量的效果。

2.在空氣中的兩個發音體,若產生的頻率振動是相同的,彼此才會有共鳴現象,許多樂器都會加裝共鳴箱來增強聲音的強度。

3.因共鳴而發出聲音的發音體,所產生的聲波之響度必小於原發音體的響度,亦即因共振而發出的聲音其能量必小於原聲波的能量。

六、樂音與噪音

(一)、波源的振動:

1. 音樂可以改變環境的氣氛和人的心情,透過不同的樂器,可以發出千變萬化的聲音,演奏出美妙樂曲。

2. 通常只要是樂器(波源)規則振動所發出的聲音,都會讓人聽起來覺得悅耳,稱為ㄩㄧㄝˋ

3. 凡是令人感覺不適或是超過法規管制標準的聲音,便可稱為噪音,例如汽、機車引擎、喇叭聲,或營建工地施工、集會遊行使用擴音器等,都是噪音的來源。

4. 噪音會干擾日常生活,對人類的心理和生理都有不良影響。

5. 長時期處在噪音、高分貝的環境中,不但傷害聽力,嚴重者更會影響健康,不可不慎!(如圖一)

(二)噪音防治:

1. 我國為防治噪音汙染,訂有噪音管制法,對各種情況訂有噪音管制標準。

2. 進行任何活動時,要謹慎細心,避免發出較大的聲音。

3. 儘量避免燃放鞭炮,以免影響社區安寧。

4. 選擇低噪音的交通工具, 減少噪音污染, 盡一份社會責任。

 

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