2.3 响度与音色
【与教材不同之处】
更详细探究响度的影响因素,更详细描述音色概念。
什么是响度
声音不但有高有低,还有强有弱。物理学中,把人听到的声音的强弱叫做响度,也称为音量。
“鸦雀无声”、“禁止高声喧哗”、“不敢高声语,恐惊天上人”、“引吭高歌”都是用来描述响度的词语。
需要强调的是,物理学上描述响度时,只能用“大小或强弱”,不能用“高低”等字眼。
响度与什么因素有关
如图2-3-1所示,轻敲音叉,将正在发声的音叉轻触系在棉线的乒乓球,观察乒乓球弹开的幅度。
接着,重敲音叉,将正在发声的音叉再次轻触系在棉线的乒乓球,再次观察乒乓球弹开的幅度。
乒乓球的作用是将音叉的振动效果放大,音叉被弹开的幅度越大,意味着音叉振动的幅度也越大。我们看到的现象是:敲击音叉的力度越大,音叉发出的声音响度越大,同时乒乓球也被弹得幅度越大。
物理学上,物体在振动时偏离原来位置的最大距离叫着振动的幅度,简称为振幅。
所以,由上面的现象,我们可以得到如下结论:
声源的振幅越大,声音的响度越大;声源的振幅越小,声音的响度越小。
可能有人根据上面现象会提出不同的看法,认为响度应当与击打的力度有关。
虽然击打的力度越大,会使声源的振幅增大,但增大声源振幅的方法不止一种,比如,扬声器通电后发出声音,电流越大,则扬声器中的鼓膜振幅也会越大,从而产生的声音响度会变大。在此事例中,响度大小与击打力度无关。
用波形图比较振幅
如图2-3-2所示,将音叉与示波器相连。轻敲甲音叉,声音的响度交小,它产生的声音经示波器显示出来,其振幅较小;重敲乙音叉,声音的响度大,它产生的声音经示波器显示出来,其振幅较大。
某种特定音叉发出的音调是不变的,这说明无论轻敲或重敲,该音叉的振动频率是固定不变的。也就是说,每种型号的音叉都有各自固定不变的振动频率,这种频率在物理学上称为固定频率。此图还显示,在相同时间内波峰数是相同的,也就是说,甲音叉与乙音叉发出的声音的音调是相同的。这说明,无论轻敲还是重敲,不能改变声音的音调。
响度的其他影响因素
响度的影响因素其实不止声源的振幅。
在教室里,前排的同学会觉得老师上课时发出的声音响度大,然而后排的同学会觉得老师上课时发出的声音响度小。我们猜想,响度可能与距声源的距离的远近有关。
如何用实验来验证响度是否与距声源的距离远近有关呢?
我们不妨采用如下实验来验证:在桌面放一个正在发声的机械闹钟,然后逐渐远离,判断听到的声音是不是渐渐变小,当直到听不到声音的时候,记下此时的距离。改变声源的响度,重复上述实验,从而不难得出这样的结论:
响度与距声源的距离的远近有关,离声源越远,声音的响度越小。
程度还与声音的分散程度有关。医生常利用听诊器来听诊心脏心律或肺部的干湿啰声,如图2-3-3所示。
我们在喊远处的人时,为什么往往将双手拢成喇叭状?听诊器的金属盒将收集到的声音通过橡胶管传递到耳塞,再传入人耳。在此过程中,声音只在橡胶管中传播,大大减小了声音的分散,从而增大了声音的响度。
相信大家现在应该明白了这样的做目的,这正是为了减小声音的分散程度,增大声音的响度。
响度的单位
在声学上,把分贝(dB)作为单位来计量声音强弱。把人耳能听到的最弱声音定为0dB,这是听觉下限。
手表嘀嗒声、树叶沙沙声约10dB,鸟鸣声约30dB,人正常对话声约60dB,汽车鸣笛声约90dB,喷气式飞机起飞时发出的轰鸣声约140dB。
为了保证休息和睡眠,环境的声音响度应低于50dB左右;如果声音的响度大于70dB时会使人心烦意乱;长期在80dB至100dB中工作或学习,会使人的听力受到损伤,变得迟钝。
音色
如图2-3-4所示,让音叉、小提琴和钢琴分别发出频率为262Hz的“Do”的音阶,我们听后,能立即辨出是哪种乐器或器材发出“Do”的音阶,这是为什么呢?
根据图2-3-4的波形图,我们发现音叉、小提琴和钢琴
这声音的另一种特性是什么呢?发出的声音的波形图的波峰数相同(音调相同)、波形的振幅相同(响度相同)。也就是说,我们区别“Do”是由哪种乐器发出的,依据的不是音调和响度,而是声音的另一种特性。
从波形图中可以看出,除了音叉的波形音调简单,小提琴和钢琴的波形其实是多个振动频率的叠加,这种叠加就好像不同的色彩混合在一起,产生了新的色彩。所以,不同乐器演奏同样的音调和响度的声音,听起来却不同,声音的这种特性叫做音色。
由于这种特性反映了声音的品质不同,音色也称为音品。
不仅是不同的乐器有不同的音色,不同的人也有着不同的音色。
所以,不同的同学分别朗诵同一首诗词《沁园春雪》时,不用看到本人,我们总是能分辨出是哪位同学在朗诵。
显然,当每个发声体的材料、发声方式、结构等方面不同时,发声体的不同频率叠加效果就会发生改变,从而使声音的音色发生改变。所以,音色是由发声体的材料、发声方式、结构等因素决定的。
比如,管乐器笛子与弦乐器二胡的发声体材料是不同的,所以,即使演奏相同的曲目,我们还是很轻松地分辨出笛子与二胡。
又如,同样的弦乐器,手弹与弓拉琴弦(即发声方式不同),我们发现,它们各自的音色也是不同的。
再如,人的声音的音色之所以不同,是因为每个人的声带、共鸣腔体等生理结构并不完全相同。
【本节学习的内容】
1、什么是响度
人听到的声音的强弱叫做响度,也称为音量。
2、响度与哪些因素有关
(1)声源的振幅;(2)距声源距离的远近;(3)声音的分散程度。
3、什么是音色
音色是指声音的品质不同,也称为音品。
4、音色与什么因素有关
音色是由发声体的材料、发声方式、结构等因素决定的。
【自我检测与巩固】
1、如图是声音在示波器上显示出来的波形。音调相同的是:__________ ;响度相同的是:__________ ;可能是同一种物质发出的是 __________ 。
3、说出下列成语所表示的物理意义:2、鲁迅在《从百草园到三味书屋》一文中有这样的描写:“鸣蝉在树叶里长吟…油蚙在这里低唱,蟋蟀们在这里弹琴。”昆虫发出的声音是通过________传入孩子们耳朵的,能分辨出不同昆虫发出的声音是根据声音的________不同,蟋蟀是依靠相互摩擦的双翅________产生声音的。
(1)“震耳欲聋”说明声音的________大;
(2)“悦耳动听”说明声音的________好;
(3)“脆如银铃”说明声音的________ 高。
4、闻其声不见其人,根据说话声即可判断出是哪个熟人在讲话,这是因为不同人的声音具有不同的 ( )
A.音调 B.响度 C.音色 D.频率
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