單元肆:多變的聲音

一、介質對聲音的影響

 ().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:

(3).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

(4).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

 

.樂因三要素-響度

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。

表一: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、樂因三要素音調

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、越細或拉得越緊,則振動的頻率會越快,音調也會較高。所以改變絃線的鬆緊程度,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20~20000(Hz)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赫的聲波稱為超聲波,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、 樂因三要素音色

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。

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

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
頻率為基音的整數倍或是接近整數倍
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—頻率為基音整數倍

 

五、共鳴

().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。

image004

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。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

().「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。

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