声音的强弱与声音的高低

因为任何物体的振动都会发生声音,而同一时刻,世界上将有数以万计的物体在振动,所以,可以这么说,世界乃至整个宇宙充满着声音,人们就是生活在“声音的海洋”之中。声音对人类的重要性一点也不亚于空气、水、食物。正因为如此,人们特别是声学专家才对声音作系统而又深刻的研究。至今,声学专家已掌握了大量有关声音规律的知识。然而,一段时间内,声学知识曾受到冷遇,具体表现在我国的中学物理课本上对声学知识一字不提,直到1984年,我国的高中物理课本才加强了声学部分的知识,介绍一些有关声学知识方面的概念。对声学知识的偏废,必然会产生一批“声盲”。不是吗?你稍加注意,在你周围认为“声音的强弱”与“声音的高低”是一回事的人数还是相当可观的。本节结合区分声音的强弱与声音的高低来介绍声音的几个常用概念。

声音的强弱有时又称声音的大小,它决定于使物体振动的外力的大小。如轻拨琴弦,声音就弱(小),重拨琴弦,声音就强(大)。语音的强弱,决定于呼出气流力量的大小。气流对发音器官的压力大,声音就强;相反,声音就弱。以上是直接从促使声源(振动物)振动的外加策动力的大小来定义声音的强弱,属于“因果性定义”。声学上,描述声音强弱的科学术语是“响度”,有时亦称“音量”或“声量”。所谓响度,就是听觉所估计的声音强弱程度的物理量。显然,它是一个主观感觉量,其大小主要与“声强”的大小有关。而所谓声强,就是每单位时间内通过与指定方向相垂直的单位面积上的平均声能,它的单位是瓦特/米2。一般人的耳朵可以感受声强变化范围很宽的声波(大约从10-12瓦特/米2~1瓦特/米2),但是,人耳对声强的变化感觉却很迟钝,这种感觉大致与声强的对数成正比。例如,声强增大10倍时,入耳听起来只感到响度为原先的2倍;声强增大100倍时,听起来也只觉得响度大约为原先的3倍。于是,人们规定用对数标度来描述声强的大小,选定(空气中)声强的参考基准I0=10-12瓦特/米2,则某一声强I与I0之比的对数再乘以10,就称作为声强的声强级LI,即\({{\rm{L}}_{\rm{I}}}{\rm{ = 10}}\lg \frac{{\rm{I}}}{{{{\rm{I}}_{\rm{0}}}}}\)(分贝)。声音在空气中传播时,空气的压力(p)会围绕大气压(p0)发生涨落,涨落值(Δp=p-p0)就叫做声压。随着声音(波)的传播,声压时刻在变化,而通常所说的声压实指它的有效值。事实上,声强的测量是一件不太容易的事,而测量声压却很方便。因此,描述声音强弱的物理量常采用声压。与声强相似,国际上统一规定声压的参考基准p0=2×10-5帕,并把:

\[{{\rm{L}}_{\rm{p}}}{\rm{ = 20}}\lg \frac{{\rm{p}}}{{{{\rm{p}}_{\rm{0}}}}}{\rm{(dB)}}\]

称做为声压级。平常说声级时,往往就是指的声压级,声级可用声级计测量。

声音的强弱不仅与声压(或声强)有关,也与声音的频率有关。实验证明,人耳对中、低声压级的低频声音与高频声音的听觉相对不敏感,而对频率3000~4000赫之间的声音最敏感。响度的单位是宋或毫宋,40分贝声级的1000赫的纯音的响度就是1宋,1毫宋的响度相当于刚能听到的声音。不过人们更加常用响度级来描述声音的强弱,响度级的单位是方,某个声音由正常人耳判断与1000赫纯音的1分贝声压级等响,则它的响度级就定为1方,声音响度级的方数等于与它等响的1000赫纯音声压级的分贝数。

响度还与声音的持续时间有关,当持续时间在0.2秒以下时,相同声级的声音作用于耳朵的时间越短,响度越小。此外,响度还与声波的波形(包络)有关。

声音的高低简称“音高”,它可以是语言学名词,也可以是音乐术语。在语言学中,音高就是指语音的高低,它决定于声带的长短、松紧、厚薄;长、松、厚的音就低;短、紧、薄的音就高。汉语里音高变化有区别词义的作用,如“妈”、“麻”、“马”、“骂’’四个字的声调不同,即音高的不同。

在声学中,音高称音调,是听觉赖以分辨声音(主要是乐音)高低的一种特性。音调主要与声音的频率有关,通常声音的频率越高,我们听到的声音就越尖,它的音调就越高,声音的频率越低,我们听到的声音就越钝,它的音调就越低。一般来说,女性的声音频率总是高于男性,故女性的音调高,男性的音调低。必须指出,音调不仅与频率有关,还与声音的强弱有关。例如,把音频信号发生器产生的某一确定频率的信号经放大后通到扬声器里,旋动放大器的音量控制旋钮改变声音的强弱,就会发现音调也有些变化。此外,音调还与声源的运动速度(多普勒效应),声音的持续时间,声波的包络等有着不同程度的关系。一句话,决定音调的因素比较复杂,而一般情况下,它主要取决于声音的频率。

关于声音的知识是相当丰富的,以上我们仅围绕声音的强弱与声音的高低,介绍声音的几个主要主观感觉量,旨在通过了解、掌握声音的主观感觉量与可以用仪器测量的(声波的)物理参量的关系,进而区别声音的强弱和声音的高低这两个不同的概念。

声音的强弱——响度、声音的高低——音调以及感觉到的持续时间与声音的主要物理参量之间的关系可用以下简表表示:

响度、音调及感觉持续时间与声音主要物理量之间的关系表
物理参量 主观感觉属性
响度(声音的强弱) 音调(声音的高低)
声压 +++ +
频率 + +++
持续时间 + +
包络 + +

表中+表示弱相关,+++表示强相关。

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发布时间:2012/10/24 上午7:44:10  阅读次数:16268

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