声音四要素

philhorn

声音四要素是：音强、音高、音色和波形包络。现将它们的含义分述如下：


1．音强
音强就是人们在听闻时感到的响度，也就是我们通常说的声音的强弱或大、小，重，轻。它是人耳对声音稳弱的主观评价尺度之一。其客观评价尺度——也即物理量的测量，是声波的振幅。音强与振幅并不完全一致或成正比，在声频范围的低频段相差很大，高频段也有相当的差别。
声频范围也就是人们可以听到的声振动频率范国，为20赫到20千赫。20赫以下称为次声波，20千赫以上称为超声波。在声频频率范围内，人耳对中频段1～3千赫的声音最为灵敏，对高、低频段的声音，特别是低频段的声音则比较迟钝。人耳还有一种特征，对很强的声音，感觉其响度与频率的关系不大，或者说同振幅的各频率的声音，听起来响度差不多．但对低声级信号（即很轻的声音），感觉到它的响度与频率关系甚大：对于同样振幅的声音，低、高频段的声音听起来响度比中频段的轻。声音振幅愈小，鸡种现象就愈严重。对1千赫的声音信号，人耳所能感觉到的最低声压为2X10（负4次方）微巴。微巴是声压的单位，，它相当于在1平方厘米面积上具有1达因压力。电声工作者把这一声压称为声压级的0分贝，通常写为O分贝SPL（SPL是声压级的缩写），正如把0。775伏定为在6OO欧电路中的0分贝一样。不用声压而用以对数表示的“声压级”来表示声音振幅的大小，有明显的好处。这是因为人耳能听闻的声压范围很大，可由2X10（负4次方）微巴到2XlO（负四次方）微巴，相差一千万（1C）倍。对如此大范围的变化，计算很不方便，用声压级表达就比用声压方便多了。另外由于人耳对响度的感觉是非线性的，用对数来计量更接近于人耳的主观特性。当声压级达120分贝SPL时，人耳将感到痛楚，无法忍受，因此，人听闻的动态范国由0～120分贝SPL，在音乐厅中听乐队演奏，音乐的自然动态范围是多少呢？对大型交响音乐，最响的音乐片段可达115分贝SPL，最弱的音乐片段约为25分贝SPL，因而动态范围可达90分贝。当然，这是很少有的情况。通常交响音乐的动态范围约为50～80分贝，中、小型音乐的动态范国约在40分贝左右，语言的动态范围约在30分贝左右。
因此，要求家用放音设备能够尽可能地再现：
1〕上述音乐或语言的自然声级动态范围。
2〕音乐或语言的自然声压级。对于家庭内常用的放音音量，平均声压级对音乐来说约为86分贝SPL，对语言则约为70分贝SPL左右。

2．音高

音高或称音调，是人耳对声音调子高低的主观评价尺度。它的客观评价尺度是声波的频率。和音强与振幅的关系不一样，音高与频率基本上是一致的。当两个声音信号的频率相差一倍时，也即f2=2f1时，则称f2比f1高一个倍频程。音乐中的1（do）与i，正好相差一个倍频程，在音乐学中也称相差一个八度音。在一个八度音内，有12个半音。以1—i八音区为例， 12个半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。请注意，这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。
各种不同的乐器，当演奏同样的频率的音符时，人们感觉它们的音高相同，这里指的演奏的声音具有同样的基频。但乐器每发一个音，这个音除了具有基频fo，以外，还有与fo成正整数倍关系的谐波。前面说过，每个音的音高感觉由fo决定，而每种乐器的不同各次谐波成分，则决定乐器特有的音色。那么，音乐的自然基频范围是多少呢？乐器中，基音频串范围最宽的是钢琴，由27．5～4136赫。管弦乐、交响乐的基音范围是30～60OO赫。我国民族乐器的基音范围则为50～4500赫。 顺便介绍一下，现代电声学研究说明，乐音的自然频率范围已经超出20～20000赫可闻声频串范围之外，例如某些非洲鼓的基音在次声频频段，而某些中国木管的谐波（泛音）可达25千赫之高。次声信号虽不能为人耳所感闻，但可为人的皮肤所感知。另外，语言画基频在150～3500赫范围内。

3.音色

人们除对响度、音高有明显的都别力外，还能准确地判断声音的“色调”。单簧管、圆号虽然演奏同一音高（基频）的音符，但人们能够明确分辨出哪个是单管管，哪个是圆号，而不会混淆。这是由于它们的音色、波形包络不同。音色决定于乐音的泛音（谐波）频谱，也可以说是乐音的波形所确定的。因为乐音的波形（可由电子示波器上看到〉绝大多数都不是简单的正弦波，而是一种复杂的波。分析表明这种复杂的波形，可以分解为一系列的正弦波，这些正弦波中有基频f0，还有与f0成整数倍关系的谐波：f1、f2、f3、f4，它们的振幅有特定的比例。这种比例，赋予每种乐器以特有的“色彩”一——音色。如果没有谐波成分，单纯的基音正弦信号是毫无音乐感的。因此，乐器乐音的频率范围，决非只是基频的频率范围，应把乐器乐音的各次谐波都包括在内，甚至很高次数的泛音，对乐器音色影响仍很大。高保真放声系统要十分注意让各次泛音都能重放出来，这就使重放频串范围至少达15000赫，要求潮的应达20千赫或更高。另外，语言的泛音可达7～8千赫。

4．波形包络

乐音的波形包络指乐音演奏（弹、吹、拉，拨）每一音符时，单个乐音振幅起始和结束的瞬态，也就是波形的包络。有些乐器，在弹、吹、拉、拨的开始一瞬间，振幅马上达到最大值，然后振幅逐步衰减，有的乐器则相反，在开始的瞬间振奋较小，然后逐渐加大，再逐渐衰减。这些波形包络变化也影响乐器的音色。 显然重放设备也要求有较好的瞬态跟随能力，不然就会引起乐音自然包络的畸变。