声音包含了三方面的内容:声音的振幅,即音频的强度或幅度;声音的频率,即音频的频率或每秒变化的次数 ;声音的音色,即由泛音来决定。
正常情况下,人耳听力频率范围是20赫兹到20000赫兹,最敏感的声音频率在1000赫兹到3000赫兹。
音程(Interval)是两个乐音之间的音高关系,通过“度”数和音数确定。“度”是一种人为规定的单位,用来衡量音与音之间的“距离”。
音高(Pitch),是指各种音调高低不同的声音,即音的高度,音的基本特征的一种。
声的本质是机械波,所以声速一定时,音的高低是由机械波的频率和波长决定的。频率高、波长短,则音”高”,反之,频率低、波长长,则音”低”。
音高是声音的三大特征之一,区别于音强和音色,音调高只能表示音的频率高和波长短,不能表示振幅大和音强强。
声音频率的高低叫做音调(Pitch),是声音的三个主要的主观属性,即音量(响度)、音调、音色(也称音品) 之一。表示人的听觉分辨一个声音的调子高低的程度。音调主要由声音的频率决定,同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音,音调随频率的升降而升降;对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降,高频纯音的音调却随强度增加而上升。
大体上,500 赫兹以下的低频纯音的音调随响度的增加而下降,1500 赫兹以上高频纯音的音调随响度的增加而上升。
对音调可以进行定量的判断。音调的单位称为美(mel):取频率1000赫兹、声压级为40 分贝的纯音的音调作标准,称为1000 美,另一些纯音,听起来调子高一倍的称为2000 美,调子低一倍的称为500 美,依此类推,可建立起整个可听频率内的音调标度。这样得到的声压级40 分贝的纯音音调与频率的关系见下表:
音调高:空灵,清凉,纤细
音调低:雄浑,澎湃,粗犷
乐音(复音)的音调更复杂些,一般可认为主要由基音的频率来决定。
纯音的音调表:
频率f/Hz | 音调/mel | 频率/fHz | 音调/mel |
---|---|---|---|
20 | 0 | 900 | 929 |
30 | 24 | 1000 | 1000 |
40 | 46 | 1250 | 1154 |
60 | 87 | 1500 | 1296 |
80 | 126 | 1750 | 1428 |
100 | 161 | 2000 | 1545 |
150 | 237 | 2500 | 1771 |
200 | 301 | 3000 | 1962 |
250 | 358 | 3500 | 2116 |
300 | 409 | 4000 | 2250 |
350 | 460 | 5000 | 2478 |
400 | 508 | 6000 | 2657 |
500 | 602 | 7000 | 2800 |
600 | 690 | 10000 | 3075 |
700 | 775 | ||
800 | 854 |
声音的强度是一个客观的物理量,其常用单位为“分贝(db)”。
在音乐体系中,音的强弱是由机械波振幅的大小决定的,两者成正比关系,振幅越大则音越”强”,反之则越”弱”。音乐作品中的强弱变化叫做”力度”,用文字或符号来标明,如f(强)、p(弱)等。
泛音,英文称为Harmonics
除了发音体整体产生的波长最长的音是基音,以基音为标准,物体的各部分(二分之一,三分之一,四分之一……等)产生的是泛音,泛音的波长通常为基音的整数分之一(如λ/2,λ/3,λ/4……等)。
泛音列的描述:所有音列中波长最长者称为基本波长(基波),而基波长短决定了乐器弹奏此音符的音高。几乎所有乐器除了可发出基波音以外亦会伴随着较短波的声音,称为泛音。在有明显音高的乐器中,弦或空气管之间会有因反射而造成波长相同、行进方向相反的波,而因为这些彼此互相干涉而产生波长不同的谐波,在音乐上的名词即为泛音。而泛音列的波长分别为弦长或是空气管长的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、…等倍。参考驻波可了解其原理。
理论上,泛音的波长分别为基波的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、…等倍。但是根据介质的物体特性,空气介质往往会改变原先泛音的波长。然而,这些特性除了对波长的精确度有影响外,听觉上的影响甚小。因此可合理地说泛音的波长为基波的整数分之一。
因为八度之间为二倍关系,人耳听力频率范围是20赫兹到20000赫兹,2的10次方为1024,最多为2的9次方512,所以音乐中的八度最多有9个。
音色(Timbre),物理学术语,是指不同声音表现在波形方面总是有与众不同的特性,不同的物体振动都有不同的特点。
音色是声音的属性(即响度、音调、音色)之一,主要由其泛音决定。每个人的声音以及各种乐器所发出的声音的区别,就是由音色不同造成的。
初中物理学教材规定,声音的品质叫做音色,又叫音品,它反映了每个物体发出的声音特有的品质。
音色又称为音品。为什么音色不同?是由于不同的振动总是可组合成为不同的声音。每一种乐器、不同的人的声带,以及其它所有的能振动的物体都能够发出各有特色的不同的声音,这些声音的还可以有仪器显示出波形。声音除了有一个‘基音’外,还自然而然加上许多不同‘频率’(振动的物体1秒钟振动的次数)与泛音‘交织’,就决定了不同的音色,使人听了以后能辨别出是不同的声音,如同区分不同的“身份证”一样。例如你听见某一个人的讲话声或者唱歌声音就可判断是哪一个人。世界上每一个人即使念相同的一个字“呵”也有不同的音色。
声音是由发声的物体振动产生的,当物体振动时会发出基音,同时其各部分也有复合的振动,各部分振动产生的声音组合成泛音。所有的不同的泛音都比基音的波长短,且强度都相当弱,所以它盖不过比较强的基音,音乐家就可以调准乐器的音高。
音色比喻为‘调色盘产生的东西’,其种类是几乎无穷无尽的,能直接触动听觉感官。
概括地说,音色=纯音+变换+混合方式。
音色的作用是巨大的,其种类可以以下公式阐述:
具体的来说,音色的类型,是由振源的特性和共振峰的形状共同决定的。就振源来说,泛音强度衰减快,音色就很柔和,例如人声和弦乐器;泛音强度衰减慢,音色就很坚硬,例如木管乐器(特别是双簧管和萨克斯管)。就共鸣腔来说,共振峰出现在较低的频率上,音色就雄壮,例如小号;共振峰出现在较高的频率上,声音就冰凉,例如钢琴。某些音色具有多种特性,例如人声的音色既柔和又圆润,小号的音色既雄壮又坚硬,圆号同时具有雄壮和圆润的音色。
由单个泛音构成的音,只呈现出一个峰。只发出泛音的乐器是不存在的,泛音只能依靠软件来产生。(‘音叉’也可以,类似于蚊子的声音)然而任何普通的音色都由若干泛音组成,这些泛音的频率都是某个泛音频率的倍数,这个泛音称为基音,也称第一泛音,比它高的泛音依次称为第二泛音、第三泛音,等等。例如,钢琴上的‘复音’c1频率为261.6 Hz,那么这个音就应该有以下的’泛音‘组合成。
GM:General MIDI system Level1即通用MIDI标准系统第一级(General MIDI system Level1),制定于1991年。在GS标准基础上,规定了MIDI设备的最大同时发音数不得少于24个、鼓镲等打击乐器作为一组单独排列、128种乐器音色有统一的排列方式等。GM的音色排列方式基本上沿袭了GS标准。它一推出便得到了全球MIDI厂商的一致支持,实现了MIDI设备间的交流。