天階各種“樂器”聲學(xué)知識聲學(xué)降噪音

　　音樂家以音強、音高、音色(或稱為音品)作為噪音三大要素，客觀上決定任一聲響的物理參量是聲壓、時程和頻譜。對噪音而言，聲壓決定它的強度或響度感覺，頻譜決定它的音色。音高在聲學(xué)上稱為音調(diào)，由頻譜中的基音頻率決定。若基音消失，音調(diào)的感覺穩(wěn)定，由諧音系列的布局決定。

　　噪音一般不是穩(wěn)定連續(xù)的周期信號，當(dāng)時程可分為增長、穩(wěn)定、衰減三個段落。不同范例的噪音，三個段落的工夫不同。例如彈弦音和撥弦音的增長段比拉弦音的短促得多，并且?guī)缀鯖]有穩(wěn)定段。在增長和衰減段，噪音的頻譜與穩(wěn)定段可以有明顯的不同。因而，噪音的音色與時程的干系很大。對樂器的每個部件，都可以分析上述參量，以總結(jié)出音質(zhì)精美的樂器的最佳聲學(xué)條件。例如，天下公認(rèn)最佳的意大利斯特拉迪瓦里小提琴，其物理參量有哪些特色，如今已有了深化的研究。又如研究共鳴精良的歌聲，發(fā)明其頻譜中2。5～3kHz相近有一特殊的共振峰等。此外，各部件之間的耦合對于抵達(dá)最佳聲學(xué)條件也很緊張。充實相識各部件的振動原理和它們之間的耦合，樂器的制造和研究才有迷信憑據(jù)。

　　除上述參量外，單件樂器和管弦樂隊的聲壓動態(tài)范疇、頻率范疇和長期平均頻譜是指導(dǎo)錄聲(即錄音)、調(diào)音、重放，使之抵達(dá)最好聽感的根本參量，也屬音樂聲學(xué)的范疇。

　　綜述

　　亦稱“音噪音響學(xué)”。側(cè)重研究與音樂所運用的聲響有關(guān)的種種物理現(xiàn)象，是音樂學(xué)的分支學(xué)科之一。由于音樂是有賴于聲響振動這一物理現(xiàn)象而存在的，因而對聲響的本性、其各個側(cè)面的特性以及聲響振動的來龍去脈的了解和明白，就影響到人類創(chuàng)造音樂時運用物質(zhì)材料、物質(zhì)本領(lǐng)的技術(shù)、本領(lǐng)、藝術(shù)程度，也影響到人類了解自己的聽覺器官對聲響、音樂的生理、生理感受與反應(yīng)的精確與深刻程度。由于這些原因，音樂聲學(xué)作為音樂學(xué)與物理學(xué)的交緣學(xué)科，就成為音樂學(xué)的一個不行短少的構(gòu)成部門。音樂聲學(xué)包括如下幾個知識范疇

　　一般聲學(xué)

　　作為物理學(xué)的一個分支的一般聲學(xué)，是音樂聲學(xué)的底子，它向人們提供有關(guān)的底子知識：聲響作為物理現(xiàn)象的素質(zhì)和本性是什么，噪音與噪聲的區(qū)別安在，音高、音強和音色就其客觀存在而言是一些什么樣的物理量。古代人對音質(zhì)音色的了解帶有神秘感，只能借助種品種比詞加以描述。用近代物理學(xué)要領(lǐng)進行分析的結(jié)果說明，每一種音色都是由許多不同頻率(音高)的振動疊加而成的復(fù)合振動狀態(tài)，可采取頻譜分析的要領(lǐng)對它們進行解剖式的迷信描述。聲響通常是通過在氛圍中的流傳而抵達(dá)人耳的，因而氛圍中的聲波便是一般聲學(xué)必須研究的對象，它在氛圍中的流傳速度（聲速）、波長，遇到停滯物之后的反射、繞射，
　　音樂聲學(xué)

　　所構(gòu)成的行波、駐波，不同頻率的聲能在氛圍中自然消蝕的不同程度等等，在聲學(xué)中都已得到研究。共振現(xiàn)象是聲學(xué)中的緊張研究課題，就能量傳導(dǎo)而言，可有固體、氣體、液體（內(nèi)耳淋巴液）等不同的傳導(dǎo)途徑；就其強度與穩(wěn)定程度，則涉及共振體的固有頻率題目，引發(fā)與應(yīng)隨共振的兩物體頻率之間的整數(shù)比例干系題目，即與諧音列有關(guān)的諧振題目；這也是調(diào)和感、音程協(xié)和性、律制生律法題目的一般物理學(xué)、數(shù)學(xué)底子。近半個世紀(jì)以來，電聲學(xué)已成為一般聲學(xué)中份量日益減輕的構(gòu)成部門，電鳴樂器的呈現(xiàn)已使電磁振蕩成為聲源的一種，在日常生活中，音樂的生存、重放、流傳也都借助于聲波與電波的互相轉(zhuǎn)化來完成，已使聲與電緊密地接洽在一起。因而在成熟的產(chǎn)業(yè)社會里，電聲學(xué)也是音樂聲學(xué)的底子。

　　聽覺器官的聲學(xué)

　　研究人耳的構(gòu)造屬于生理學(xué)、解剖學(xué)的范疇，但人耳何故能具有感受聲波的功效，卻還必須借助聲學(xué)才能得到說明。況且由于聽覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造過于精致，難以用神經(jīng)體系解剖學(xué)的要領(lǐng)來研究，只能主要通過聲學(xué)實驗來相識其功效。解剖學(xué)能提供的知識至今還是十分無限的。鼓膜是外耳與中耳的分界面，它將聽道中的氛圍分子振動轉(zhuǎn)換為錘骨、砧骨、鐙骨這三塊聽小骨的固體振動；鐙骨底板所“踩”的橢圓形窗是中耳與內(nèi)耳的分界面，它將固體振動又轉(zhuǎn)換為耳蝸內(nèi)淋巴液的液體振動，后者引起幾千個巨大器官里纖毛的共振，共振激起神經(jīng)細(xì)胞的電脈沖。內(nèi)耳的功效，它對聲響的音高、響度、音色的感受特性等有關(guān)知識，則是由生理聲學(xué)實驗所積聚的。關(guān)于對音高的感受：人耳可聞音的頻率范疇，為分辨音高所需的最短時值，音高辨認(rèn)的絕對性、絕對性和類似性，對同時性、繼時性兩音互相間協(xié)和與不協(xié)和的分辨；關(guān)于對響度的感受：人耳可聞音的強度范疇，客觀強度與客觀響度之間的真數(shù)與對數(shù)干系（韋伯-費希納定律），對不同音區(qū)的音客觀上不同強度大概在客觀上感受為異樣響度（等響度曲線），同音連續(xù)與否對于響度感的影響，這些方面都積聚了比力確鑿的數(shù)據(jù)。但是關(guān)于對音色的分辨本領(lǐng)，積聚的資料還未幾。據(jù)揣測，外周聽覺神經(jīng)具有分析功效，中樞神經(jīng)的聽覺區(qū)則具有綜合功效；關(guān)于“客觀泛音”現(xiàn)象（強的純音會被感受為包羅泛音在內(nèi)），在表明中則假定內(nèi)耳巨大器官的纖毛大概產(chǎn)生諧振（諧音共振）。至于心田聽覺與對節(jié)拍、音調(diào)、和弦的想象等本領(lǐng)的研究，由于更多與生理學(xué)交緣，尚未在音樂聲學(xué)中得到充實概括。

　　樂器聲學(xué)

　　是音樂聲學(xué)中汗青最悠久、內(nèi)容最富厚、實用性最強的一部門。它從實際上闡明樂器的發(fā)音原理、布局與功效的干系，并對樂器進行迷信分類；面向?qū)嵺`則對樂器制造工藝學(xué)與樂器演奏技術(shù)提出指導(dǎo)性意見。樂器的不同布局身分從功效上可劃分為動力采取、聲  聲器官亦可從動力、聲源、共振、分散四個布局要素來討論。嗓音采取的動力來自內(nèi)臟對肺內(nèi)氛圍的壓力，但造成壓力的運動部位并不在肺而當(dāng)在下腹（丹田）。聲源是由聲帶（喉）的狀態(tài)構(gòu)成的，但緊靠著它的共振腔是從聲帶到口腔、鼻腔末端之間的管道（咽），管道的肯定口徑與長度使氛圍分子得以充實參與共振，咽與喉的狀態(tài)共同是發(fā)聲器官精良工作狀態(tài)的焦點。隨后，口腔內(nèi)的氛圍分子當(dāng)然也參與共振，但這已屈從于歌詞的元音、子音的吐字，其功效已非旨在增大音量的共振，而是給咽喉傳來的音波附加特定元音、子音所應(yīng)具備的“頻譜共振峰”，隨即分散，把聲波送到遠(yuǎn)處。運用發(fā)聲器官的本領(lǐng)必須包括而應(yīng)加以訓(xùn)練的方面許多，諸如：音域的舒展，真假聲的選擇互補，換聲區(qū)的平順過渡，氣息長短緩急的控制，音量強弱幅度的擴大與調(diào)治的機動，音色的變革，吐字的清楚正確，音準(zhǔn)節(jié)拍的掌握等等。從古到今各民族各地區(qū)的不同唱法與不同聲樂學(xué)派，各有獨特的運聲要領(lǐng)，積聚了富厚的實踐履歷，但由于人聲器官構(gòu)造的龐大性，作為一門音樂學(xué)學(xué)科的嗓音聲學(xué)至今尚在草創(chuàng)時期。

　　音律調(diào)和的聲學(xué)

　　側(cè)重數(shù)理的聲學(xué)分支，為音階、調(diào)式、調(diào)和實際提供物理學(xué)、數(shù)學(xué)根據(jù)。由于這一學(xué)科汗青悠久，有關(guān)律制的研究成果已構(gòu)成律學(xué)這一專門學(xué)問；但律學(xué)還不能包括這一學(xué)科的全部內(nèi)容，近代以來，在聯(lián)合聽覺器官的聲學(xué)特性研究調(diào)和題目的歷程中，發(fā)明了不少有待表明的現(xiàn)象，開發(fā)了新的研究方向。不同音高的兩音波疊加，因互干系涉而構(gòu)成時強時弱的周期性交替，當(dāng)周期性的強音稀疏可數(shù)時，稱為“拍”，當(dāng)其稠密不行分辨時，就在聽覺器官中融成第3個音，稱為差音”，其頻率是前兩音頻率之差，例如，前兩音為□、□，則差音為□。差音現(xiàn)象最早為意大利中音提琴家兼作曲家G。塔爾蒂尼在1714年所發(fā)明。差音之可被聽到，與聽覺的調(diào)和感有關(guān)。關(guān)于聽覺對協(xié)和與不協(xié)和的分辨題目，19世紀(jì)后半葉德國生理學(xué)家兼物理學(xué)家H。黑爾姆霍爾茨(1821～1894)與音樂生理學(xué)家兼比力音樂學(xué)家C。施通普夫分別進行了實驗研究。前者以為，聽不到還是聽得到“拍”，是感覺協(xié)和與否的分界線。后者以為，感觸還是感覺不到兩音交融為一，是協(xié)和與否的標(biāo)記。但是這兩種實際對于非同時性而是繼時發(fā)出的兩音之間協(xié)和與否的表明都是有效的。并且由于聽覺對音高分辨的類似性（帶域特性），輕輕偏離協(xié)和干系仍可感覺為協(xié)和，例如平均律小六度和聲響程有明顯的“拍”，仍可感觸協(xié)和；反之，由于利用條件的改變，協(xié)和的亦可變?yōu)椴粎f(xié)和，例如大三度音程在調(diào)式中用作減四度音調(diào)時就令人感觸不協(xié)和。這就涉及人工律音程在聽覺器官中向自然律音程轉(zhuǎn)化及其規(guī)律性題目。此外，關(guān)于泛音列與沉音列在和弦與調(diào)式構(gòu)成中有無作用這一爭論了幾百年、對和聲學(xué)與調(diào)式實際具有底子指導(dǎo)意義的題目，也并非聽覺器官之外的物理學(xué)題目，必須聯(lián)合聽覺生理聲學(xué)乃至與心田聽覺等有關(guān)的生理聲學(xué)這些特殊物理學(xué)范疇的探討，才有希望找到答案。

　　生物律

　　對噪音和樂律的研究主要是音調(diào)與頻率的干系，音程和音階的頻率劃分，音程的協(xié)和性等。中國早在周代即已廣泛通暢了琴、瑟一類樂器。在摸索音調(diào)與弦長的干系之時逐步創(chuàng)造出一種“鐘律”，此中包括著名的“三分損益法”。這種生律法在年齡時期曾經(jīng)用來調(diào)鐘。這個樂律是天下上最早的自然律。這是中國昔人對音樂聲學(xué)的重大孝敬，比傳說的畢達(dá)哥拉斯(公元前500年)生律法早得多。

　　樂器發(fā)音

　　曾侯乙墓出土的戰(zhàn)國初年編鐘，證明中國非但最早在律制上有迷信的發(fā)明，并且最早確定了調(diào)音的基準(zhǔn)頻率，掌握了樂器的調(diào)音技術(shù)。乃至更早在商周時代即已創(chuàng)造出一鐘二音(一個鐘能發(fā)出兩個基音)，這是音樂史上的古跡。除律制外，中國古代對泛音系列的發(fā)明和在樂器演奏時的應(yīng)用，管樂器音調(diào)的管口校正法，簧、管耦合的原理和控制技術(shù)等方面都有緊張孝敬。

　　編輯本段作用

　　任何聲響在孕育產(chǎn)生出來之后，接著是傳輸(包括錄制和重放)和吸收的題目。噪音的傳輸是電聲學(xué)和廳堂聲學(xué)的內(nèi)容。噪音的吸收，須計及人的生理感受亦即客觀評價，這是生理聲學(xué)的一部門。它們雖不屬于音樂聲學(xué)范疇，但卻與音樂聲學(xué)緊密相聯(lián)，至關(guān)緊張。錄制或重放設(shè)置裝備擺設(shè)或技術(shù)的缺陷，每每會破壞精美動人的音樂節(jié)目的顏色；一件原來不夠完善的樂器，其聲響結(jié)果也可通過調(diào)音在肯定程度上來補救。

　　欣賞音樂時，情況的聲學(xué)條件也大概造成噪音的失真。至于人對噪音的生理感受，則除了響度與聲壓級的干系、音調(diào)與頻率的干系、遮蔽效應(yīng)、聲像定位效應(yīng)等人類的共性之外，還與人的愛好及音樂素養(yǎng)有關(guān)。討論研究音樂聲學(xué)須涉及這些相關(guān)的學(xué)科。