浅析音调与响度

南通市新桥中学　任洪军

    我们生活在一个声的世界里，声音是由于声源振动产生的，声源振动有快有慢、振动的幅度有大有小，所以声音有不同的特征。

    本文就这音调、响度这两个声音的特征做些讲解和辨析。

    音调是指声音的高低。“高”是指声音听起来尖锐、尖细，如清晨听到的小鸟清脆的叫声。而“低”是指声音听起来粗、沉闷，比如敲击大鼓时，鼓发出的声音低沉，稳重，我们说这是音调低。

    在2006年春节联欢晚会上, xx阿宝用原生态唱法以极其罕见的高音给观众留下了深刻的印象,有一位专家在评价阿宝的演唱时说:“你的歌曲唱得很有味道,能唱到两个high C,比世界xx的三大男高音之一的帕瓦罗蒂还高出整整八度”。这就是常说的“天籁之音”，指声音的音调高。而“姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船”中描写的钟声，这种寺庙里的巨钟发声的音调则比较低。

    音调的高低决定于声源振动的频率。频率越高则音调越高，频率越低则音调越低。频率是声源1秒内完成周期性振动的次数，单位是赫兹（Hz）。如300Hz是指声源1秒钟内振动了300次。

    我们可以进行如下实验感受音调与频率的关系。

实验一：如图，用一只手将钢尺紧压在桌沿上，{dy}次伸出桌面的长度为10cm左右，第二次伸出桌面的长度为15cm左右，另一只手轻拔钢尺一端，比较钢尺振动的频率及声音的音调。

    我们可以观察到{dy}次钢尺振动较快，振动频率较高，声音音调较高，而第二次钢尺振动相对较慢些，振动频率较低，声音音调较低。

实验二：用拇指和中指轻轻捏住喉结两侧，依次轻轻唱出中音的“1、2、3、4、5、6、7”七个音，我们可以感觉到声带的振动越来越快，振动的频率越高，我们听到的声音越来越尖细，音调越高。

    常见的弦乐器比如二胡、等发声的音调与弦的材料、粗细、松紧、长度有关。同样材料的弦，松紧程度、长短相同时，弦越细，音调越高，弦越粗音调越低；粗细、长短相同时，弦越紧音调越高，弦越松音调越低；粗细、松紧程度相同时，弦越短音调越高，弦越长音调越低。

    一般说来，在打击类乐器中，我们还会有一个经验，就是物体质量越大，音调越低，质量越小，音调越高。古代编钟可以奏出高低不同的声音，是因为它们的质量不一样,大的音调低,小的音调高。

    用相同的棒用同样的力敲击同样一个装有水的玻璃杯,一次向下敲击杯口,另一次横向敲击杯壁,两次声音的音调却不同，这是因为它们的声源是不同的。向下敲杯口时,声源是玻璃杯和杯中的水，装水越多,整个杯的质量越大,惯性越大,敲击时运动状态越不容易改变,振动越慢,频率越小,音调越低。而横向敲杯壁时,声源是被水激荡的空气柱。装水越多,杯内空气柱的质量越小,惯性越小,敲击时运动状态越容易改变,振动越快,频率越大,音调越高。

    管乐器是通过开、闭不同的孔，改变管内空气柱的长度,从而改变了空气柱的质量,从而吹出音调不同的声音。

    人说话时，是利用肺部送出的气体带动声带的振动发声的。通常，男子说话声的频率为90-140Hz，而女子说话声的频率为270-550Hz，所以女子说话声的音调比男子高。在人成长的过程中，童年时比成年后说话的音调高。

    耳朵是人接收声音的器官，人耳对不同频率的声音的敏感程度是不相同的，1000- 6000 Hz是很敏感的范围，但人的听觉范围可以达到20－20000Hz。在春暧花开的时节，我们常能看到蜜蜂、蝴蝶在花丛中飞舞，我们能够听到蜜蜂飞行的声音，但听不见蝴蝶飞行的声音。这是因为蜜蜂飞行时发出的声音的频率大约为300－400Hz,而蝴蝶飞行发出的声音的频率大约为5－6Hz，蜜蜂发声频率在人耳听觉范围以内，蝴蝶飞行发出的声音的频率不在人耳的听觉范围内，所以人耳听不见。

    响度也称声强或音量，它表示的是人耳所感觉到的声音的强弱。例如，轻轻击锣听起来声音较弱，是响度小；使劲敲锣就会震耳欲聋，感到声音很强，是响度大。响度的大小主要取决于声源振动幅度的大小。如图的击鼓的实验就验证了这点，鼓面上放在小纸屑，轻轻击鼓，，会看到纸屑跳得很低，说明振幅小，响度小；如果使劲击鼓，会看到纸屑跳得很高，说明振幅大，响度大。

    响度的大小还与人耳距离声源的远近有关。因为声能在传播过程中会逐渐分散，所以响度逐渐减小。例如，用电钻钻孔时发出的轰鸣声，持钻工人被振得耳朵不能忍受，站在远处的人觉得轰鸣声就弱得多。医用听诊器，就是利用塑料软管将声能集中起来，避免传播过程中声能分散而响度减小，从而让医生更好的听清身体内发出的声音，便于对身体状况做出准确的判断。

    在生活中，为了使声音听起来更响或传得更远，常将声音通过话筒送到扩音器放大后播放，使声音的响度更大。

    我们在生活中常用分贝（dB）来划分声音响度的等级：人耳听到的最弱的声音叫听觉下限，我们规定为0dB；轻声耳语约10-20分贝；正常交谈约40-50分贝；而飞机起飞约130分贝左右。如果声音的响度太弱，根本无法引起人耳鼓膜的振动，人耳将听不到声音。如果声音的响度太大，会对人的听觉造成伤害，我们常用“震耳欲聋”来形容声音的响度过大。

    从以上的分析我们可以看出声音的“高低”和“强弱”在物理学上并不是近义词。（1）物理意义不同。音调是指声音的高低；响度则是指声音的强弱。（2）决定的因素不同。音调由声源振动的频率决定，振动频率越高，音调就越高；响度是由发声体的振幅所决定的，振幅越大，响度就越大。（3）跟发声体距离的关系不同。音调的高低跟距离发声体的远近无关，不管在哪里，听到的同一声源发出的声音，其音调总是相同的。女C调的“do”每秒钟振动261. 6次，则凡是每秒钟振动261.6次的音调就已经确定，即为C调的“do”。响度则跟距离发声体的远近有关，离发生体越近，其响度越大。

    现在我们再来看看日常生活中的一些说法。 “男低音、女高音”歌唱家、“这歌曲音太高，唱不上去”，这里的“高、低”指的是音调高低。“引吭高歌、低声细语”这里的“高、低”指的是响度的大小。比如“男低音xx放声歌唱，女高音为他轻声伴唱”中男低音音调低、响度大，女高音音调高、响度小。又如我们看电视时，常说“把声音调得高些或低些”，这里的“高、低”指的是声音的响度，利用音量开关可以控制声音的强弱（响度）。

    虽然平时的说法中声音高低有时指音调，也有时指的是响度，而物理学中的用语要求清楚准确，含义{wy}，不能产生歧义。所以在物理语言中，声音的“高”、“低”只用来描述音调，声音“强弱”只用来描述声音的响度。在学习中不注意声音强弱和高低的区别，会造成音调和响度两个不同的概念模糊不清，这在学习中应该引起特别注意。

    下面我们再通过几道典型xx的解析加深对音调与响度的理解。

例1、观察音叉发出的声音的波形图，比较声音的特征。

（1）比较A、B波形可知，这两种声音的＿＿＿相同，＿＿＿不同。

解析：音调由振动频率决定，A与B的振动频率相同，所以A、B的音调相同；响度由振幅决定，A的振幅大于与B的振幅，所以A的响度大于B的响度。B、C的振动频率不相同，音调不相同，B、C、的振幅相同，B、C的响度相同。

例2、在一只玻璃杯中先后装入不同量的水,用细棒轻敲,会听到不同的声音。与此类似，医生在检查病人腹部是否有积水时，常会用手轻敲患者腹部,倾听其发出的声音,此为“叩诊”。在这里,医生主要是根据什么来判断患者腹部是否有积水的(     )

A、声音的响度     B、声音的音调

C、声音的音色     D、声音是否悦耳动听

解析：题目已给出用细棒敲击先后装入不同水量的玻璃杯会听到不同音调的声音, 这是因为改变管内空气柱的长度,会改变了空气柱的质量,从而发出声音的音调不同，而“叩诊”与此类似。所以选B。

例3、如图所示有一竹哨，用嘴吹可以发出声音。

（1）不拉动细铁丝，布团不移动，增加吹气的力量，声音如何变化？

（2）将布团逐渐向右拉动时，声音又会有怎样的变化？

解析：不拉动细铁丝，布团不移动，增加吹气的力量，声音响度增大，但音调不变；将布团逐渐向右拉动时，声音音调降低，响度不变。

此时的发声体是竹哨内的空气，布团不动,空气长度不变，所以声音的音调不变，而增加吹气的力量时，使得空气的振幅变大，所以响度增加。而当布团向右运动时，空气柱的长度增加，所以声音的音调变低，而吹气的力量不变，空气振幅不变，所以响度不变。