正確答案:
我們生活的世界充滿了各種聲音.優美動聽的音樂可以陶冶情操,給人以美的享受,而電鋸鋸木的聲音、小刀刮玻璃的聲音使人感到刺耳難聽.可見,聲音可以分為兩種:前一種悅耳動聽的聲音叫做樂音,後一種令人厭煩的聲音叫做噪聲.那麼,從物理學的角度看一看,樂音和噪聲的差別是什麼呢?
把話筒接在示波器的輸入端,再把發聲體放在話筒前,在示波器的螢光屏上可以顯示出發聲體的振動圖像(圖1).
先用兩種樂器在話筒前演奏,觀察它們發聲時的振動圖像;再用小刀在話筒前刮玻璃,觀察這種聲音的振動圖像(圖2).
從示波器上可以看出,樂音的振動雖然不一定按正弦規律變化,但仍是有規則的,振動的週期是一定的;而噪音的振動沒有規則,沒有確定的週期.
既然樂音具有確定的週期和頻率,一種樂音的音調就是確定的.在音樂理論中,把一組音按音調高低的次序排列起來就成為音階,也就是大家都知道的dou,ruai,mi,fa,sou,la,xi,dou(簡譜記做「l」「2」「3」「4」「5」「6」
「7」,「1」).下表列出了C調音階和D調音階中各音的頻率.
唱名
dou
ruai
mi
fa
sou
la
ti
dou
該唱名的頻率與dou的頻率之比
1︰1
9︰8
5︰4
4︰3
3︰2
5︰3
15︰8
2︰1
f/Hz(C調)
264
297
330
352
396
440
495
528
f/Hz(D調)
297
334
371
396
446
495
557
594
有趣的是,高音dou的頻率正好是中音dou頻率的2倍,而且音階中各音的頻率跟dou的頻率之比都是整數之比.
還有更有趣的事情.喜歡音樂的同學都知道,有些音一起演奏時聽起來好聽,有些音一起演奏時聽起來不好聽;前者叫做諧和音,後者叫做不諧和音.著名的大三和弦dou、mi、sou的頻率比是4:5:6;而小三和弦ruai、fa、la的頻率比是10:12:15:大三和弦聽起來更為諧和,那是因為三個音的頻率比是更小的整數之比.隨便拼湊在一起的三個音聽起來不和諧,有興趣的同學可以算一算它們的頻率比,一定是三個大得驚人的整數.
從這個例子可以看到藝術後面的科學道理,但是,藝術遠比1+l=2複雜.從上表中看出,頻率增加一倍,音程高出8度.實際上這只對於中等音高是正確的.人的感覺十分複雜,對於高音段來說,頻率要增加一倍多,聽起來音高才高出一個8度.如果一個書獃子調琴師按照「頻率翻倍」的辦法調鋼琴,那就要砸飯碗了.
儘管如此,科學家們還是可以通過音樂家的實際測聽,確定音高和頻率的對應關係,並且據此設計出優美動聽的電子樂器.