天階各種“樂(lè)器”聲學(xué)知識(shí)聲學(xué)降噪音

　　音樂(lè)家以音強(qiáng)、音高、音色(或稱(chēng)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(shí)程和頻譜。對(duì)噪音而言，聲壓決定它的強(qiáng)度或響度感覺(jué)，頻譜決定它的音色。音高在聲學(xué)上稱(chēng)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(jué)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(hào)，當(dāng)時(shí)程可分為增長(zhǎng)、穩(wěn)定、衰減三個(gè)段落。不同范例的噪音，三個(gè)段落的工夫不同。例如彈弦音和撥弦音的增長(zhǎng)段比拉弦音的短促得多，并且?guī)缀鯖](méi)有穩(wěn)定段。在增長(zhǎng)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(shí)程的干系很大。對(duì)樂(lè)器的每個(gè)部件，都可以分析上述參量，以總結(jié)出音質(zhì)精美的樂(lè)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(duì)于抵達(dá)最佳聲學(xué)條件也很緊張。充實(shí)相識(shí)各部件的振動(dòng)原理和它們之間的耦合，樂(lè)器的制造和研究才有迷信憑據(jù)。

　　除上述參量外，單件樂(lè)器和管弦樂(lè)隊(duì)的聲壓動(dòng)態(tài)范疇、頻率范疇和長(zhǎng)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(tīng)感的根本參量，也屬音樂(lè)聲學(xué)的范疇。

　　綜述

　　亦稱(chēng)“音噪音響學(xué)”。側(cè)重研究與音樂(lè)所運(yùn)用的聲響有關(guān)的種種物理現(xiàn)象，是音樂(lè)學(xué)的分支學(xué)科之一。由于音樂(lè)是有賴于聲響振動(dòng)這一物理現(xiàn)象而存在的，因而對(duì)聲響的本性、其各個(gè)側(cè)面的特性以及聲響振動(dòng)的來(lái)龍去脈的了解和明白，就影響到人類(lèi)創(chuàng)造音樂(lè)時(shí)運(yùn)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(lèi)了解自己的聽(tīng)覺(jué)器官對(duì)聲響、音樂(lè)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(lè)聲學(xué)作為音樂(lè)學(xué)與物理學(xué)的交緣學(xué)科，就成為音樂(lè)學(xué)的一個(gè)不行短少的構(gòu)成部門(mén)。音樂(lè)聲學(xué)包括如下幾個(gè)知識(shí)范疇

　　一般聲學(xué)

　　作為物理學(xué)的一個(gè)分支的一般聲學(xué)，是音樂(lè)聲學(xué)的底子，它向人們提供有關(guān)的底子知識(shí)：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(qiáng)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(duì)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(jìn)行分析的結(jié)果說(shuō)明，每一種音色都是由許多不同頻率(音高)的振動(dòng)疊加而成的復(fù)合振動(dòng)狀態(tài)，可采取頻譜分析的要領(lǐng)對(duì)它們進(jìn)行解剖式的迷信描述。聲響通常是通過(guò)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(duì)象，它在氛圍中的流傳速度（聲速）、波長(zhǎng)，遇到停滯物之后的反射、繞射，
　　音樂(lè)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(qiáng)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(gè)世紀(jì)以來(lái)，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(mén)，電鳴樂(lè)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(lè)的生存、重放、流傳也都借助于聲波與電波的互相轉(zhuǎn)化來(lái)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(huì)里，電聲學(xué)也是音樂(lè)聲學(xué)的底子。

　　聽(tīng)覺(jué)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(shuō)明。況且由于聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造過(guò)于精致，難以用神經(jīng)體系解剖學(xué)的要領(lǐng)來(lái)研究，只能主要通過(guò)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)相識(shí)其功效。解剖學(xué)能提供的知識(shí)至今還是十分無(wú)限的。鼓膜是外耳與中耳的分界面，它將聽(tīng)道中的氛圍分子振動(dòng)轉(zhuǎn)換為錘骨、砧骨、鐙骨這三塊聽(tīng)小骨的固體振動(dòng)；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(dòng)又轉(zhuǎn)換為耳蝸內(nèi)淋巴液的液體振動(dòng)，后者引起幾千個(gè)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(duì)聲響的音高、響度、音色的感受特性等有關(guān)知識(shí)，則是由生理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)所積聚的。關(guān)于對(duì)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(shí)值，音高辨認(rèn)的絕對(duì)性、絕對(duì)性和類(lèi)似性，對(duì)同時(shí)性、繼時(shí)性兩音互相間協(xié)和與不協(xié)和的分辨；關(guān)于對(duì)響度的感受：人耳可聞音的強(qiáng)度范疇，客觀強(qiáng)度與客觀響度之間的真數(shù)與對(duì)數(shù)干系（韋伯-費(fèi)希納定律），對(duì)不同音區(qū)的音客觀上不同強(qiáng)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(duì)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(duì)音色的分辨本領(lǐng)，積聚的資料還未幾。據(jù)揣測(cè)，外周聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)具有分析功效，中樞神經(jīng)的聽(tīng)覺(jué)區(qū)則具有綜合功效；關(guān)于“客觀泛音”現(xiàn)象（強(qiáng)的純音會(huì)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(tīng)覺(jué)與對(duì)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(lè)聲學(xué)中得到充實(shí)概括。

　　樂(lè)器聲學(xué)

　　是音樂(lè)聲學(xué)中汗青最悠久、內(nèi)容最富厚、實(shí)用性最強(qiáng)的一部門(mén)。它從實(shí)際上闡明樂(lè)器的發(fā)音原理、布局與功效的干系，并對(duì)樂(lè)器進(jìn)行迷信分類(lèi)；面向?qū)嵺`則對(duì)樂(lè)器制造工藝學(xué)與樂(lè)器演奏技術(shù)提出指導(dǎo)性意見(jiàn)。樂(lè)器的不同布局身分從功效上可劃分為動(dòng)力采取、聲  聲器官亦可從動(dòng)力、聲源、共振、分散四個(gè)布局要素來(lái)討論。嗓音采取的動(dòng)力來(lái)自內(nèi)臟對(duì)肺內(nèi)氛圍的壓力，但造成壓力的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度使氛圍分子得以充實(shí)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(diǎn)。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(lái)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(yùn)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(bǔ)，換聲區(qū)的平順過(guò)渡，氣息長(zhǎng)短緩急的控制，音量強(qiáng)弱幅度的擴(kuò)大與調(diào)治的機(jī)動(dòng)，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(lè)學(xué)派，各有獨(dú)特的運(yùn)聲要領(lǐng)，積聚了富厚的實(shí)踐履歷，但由于人聲器官構(gòu)造的龐大性，作為一門(mén)音樂(lè)學(xué)學(xué)科的嗓音聲學(xué)至今尚在草創(chuàng)時(shí)期。

　　音律調(diào)和的聲學(xué)

　　側(cè)重?cái)?shù)理的聲學(xué)分支，為音階、調(diào)式、調(diào)和實(shí)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(zhuān)門(mén)學(xué)問(wèn)；但律學(xué)還不能包括這一學(xué)科的全部?jī)?nèi)容，近代以來(lái)，在聯(lián)合聽(tīng)覺(jué)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(kāi)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(shí)強(qiáng)時(shí)弱的周期性交替，當(dāng)周期性的強(qiáng)音稀疏可數(shù)時(shí)，稱(chēng)為“拍”，當(dāng)其稠密不行分辨時(shí)，就在聽(tīng)覺(jué)器官中融成第3個(gè)音，稱(chēng)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(tīng)到，與聽(tīng)覺(jué)的調(diào)和感有關(guān)。關(guān)于聽(tīng)覺(jué)對(duì)協(xié)和與不協(xié)和的分辨題目，19世紀(jì)后半葉德國(guó)生理學(xué)家兼物理學(xué)家H。黑爾姆霍爾茨(1821～1894)與音樂(lè)生理學(xué)家兼比力音樂(lè)學(xué)家C。施通普夫分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。前者以為，聽(tīng)不到還是聽(tīng)得到“拍”，是感覺(jué)協(xié)和與否的分界線。后者以為，感觸還是感覺(jué)不到兩音交融為一，是協(xié)和與否的標(biāo)記。但是這兩種實(shí)際對(duì)于非同時(shí)性而是繼時(shí)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(tīng)覺(jué)對(duì)音高分辨的類(lèi)似性（帶域特性），輕輕偏離協(xié)和干系仍可感覺(jué)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(shí)就令人感觸不協(xié)和。這就涉及人工律音程在聽(tīng)覺(jué)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(wú)作用這一爭(zhēng)論了幾百年、對(duì)和聲學(xué)與調(diào)式實(shí)際具有底子指導(dǎo)意義的題目，也并非聽(tīng)覺(jué)器官之外的物理學(xué)題目，必須聯(lián)合聽(tīng)覺(jué)生理聲學(xué)乃至與心田聽(tīng)覺(jué)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(duì)噪音和樂(lè)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(guó)早在周代即已廣泛通暢了琴、瑟一類(lèi)樂(lè)器。在摸索音調(diào)與弦長(zhǎng)的干系之時(shí)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(shí)期曾經(jīng)用來(lái)調(diào)鐘。這個(gè)樂(lè)律是天下上最早的自然律。這是中國(guó)昔人對(duì)音樂(lè)聲學(xué)的重大孝敬，比傳說(shuō)的畢達(dá)哥拉斯(公元前500年)生律法早得多。

　　樂(lè)器發(fā)音

　　曾侯乙墓出土的戰(zhàn)國(guó)初年編鐘，證明中國(guó)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(lè)器的調(diào)音技術(shù)。乃至更早在商周時(shí)代即已創(chuàng)造出一鐘二音(一個(gè)鐘能發(fā)出兩個(gè)基音)，這是音樂(lè)史上的古跡。除律制外，中國(guó)古代對(duì)泛音系列的發(fā)明和在樂(lè)器演奏時(shí)的應(yīng)用，管樂(lè)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(lái)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(jì)及人的生理感受亦即客觀評(píng)價(jià)，這是生理聲學(xué)的一部門(mén)。它們雖不屬于音樂(lè)聲學(xué)范疇，但卻與音樂(lè)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(huì)破壞精美動(dòng)人的音樂(lè)節(jié)目的顏色；一件原來(lái)不夠完善的樂(lè)器，其聲響結(jié)果也可通過(guò)調(diào)音在肯定程度上來(lái)補(bǔ)救。

　　欣賞音樂(lè)時(shí)，情況的聲學(xué)條件也大概造成噪音的失真。至于人對(duì)噪音的生理感受，則除了響度與聲壓級(jí)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(lèi)的共性之外，還與人的愛(ài)好及音樂(lè)素養(yǎng)有關(guān)。討論研究音樂(lè)聲學(xué)須涉及這些相關(guān)的學(xué)科。