物理乐园|关于音调的那些事

关于音调的那些事

乐音的三要素是音调、响度和音色。在这三个要素中，音调的理解相对比较难。下面我们就来说说音调。
一、概念
1.音调：声音的高低；
2.决定因素：频率。频率越高，音调就越高；相反则超低。
（1）频率：声源每秒钟振动的次数；
（2）单位：Hz。其中50Hz的含义是每秒钟振动50次。人的听觉范围是20Hz~20000Hz。

二、音调（频率）与哪些因素有关
1.探究方法：控制变量法
2.探究过程：以同种材料制成的弦的音调为例。
（1）确定可能有关因素：弦的长度、粗细、张紧程度。
（2）实验（提示：探究什么，就改变什么）
①探究音调与长度的关系，必须改变长度，同时控制粗细、张紧程度相同；
②探究音调与粗细的关系，必须改变横载面积，同时控制长度和张紧程度相同；
③探究音调与张紧程度的关系，必须张紧程度，同时控制长度和粗细相同。
（3）结论：本实验的结论分二种。一种是每一个步骤的实验结论。例如第①步骤的实验结论是，在弦的粗细和张紧程度相同时，弦越短，产生的声音音调就越高。即通常情况下结论必须写清楚控制条件。而另一种是整个实验的结论。这个结论为了简洁性，没有必要写上控制条件。例如可写成：钢丝弦产生的声音音调高低与弦的长度、粗细和张紧程度均有关。弦越短，越细，被拉得越紧，产生的声音的音调就越高。
三、一般物体的音调
除弦之外，生活和自然界中发声的物体还很多。那么这些生活、自然界中的物体所产生的声音的音调与哪些因素有关呢？至少我们初中阶段可以这么认为，即同种材料制成的声源，其音调高低与其质量有关。质量越大，音调越低。这样我们分析生活中，自然界中的各种声音就会比较容易。例如
（1）鼓越大，其发出的声音的音调越低；
（2）锣越小，它发出的声音的音调就越高；
（3）空气柱越大，发声时，其音调就越低
……
四、固有振动与受迫振动
1.固有振动
（1）概念：是指物质系统在不受到与时间有关的外界作用而阻尼又可忽略的情况下所发生的振动。又称自由振动、自然振动、本征振动。其振动频率称为固有频率。
（2）公式：固有频率f大小与质量有关，其公式是

（3）说明：多数声源的振动都属固有振动。像敲锣、打鼓等外界通过“敲”等方式提供给声源能量后，物体振动发声，其振动的快慢（频率）由其自身质量和材料决定，与外界因素无关，也即与敲击的快慢无关。
2.受迫振动
（1）概念：振动系统在周期性的外力作用下，其所发生的振动称为受迫振动，这个周期性的外力称为驱动力。受迫振动也称强迫振动．在外来周期性力的持续作用下，振动系统发生的振动称为受迫振动．这个“外来的周期性力”叫驱动力（或强迫力）。
（2）受迫振动的频率：与本身无关。由外界因素决定。例如扬声器的振动频率即是由音频电流性质决定，与扬声器的大小等无关。
五、共振（共鸣）是怎么回事
1.概念：共鸣是可发声的物体之间的共振，是A发声物体发出的声音通过空气等媒介传到B发声物体，并引起它的共振，发出声音，称共鸣。共振是可以振动的物体之间的能量传递，振动的频率在听觉频率之外。
2.机理举例（类比）：让以下小球摆动，而每摆动到右侧最高点时，我们就用力推动它一下，这样，小球本身“振动”的频率与外力推动它的“频率”相同。这样我们会发现其振动的幅度会越来越大。
3.有关现象
（1）声音将玻璃杯振碎（此时，玻璃杯固有振动的频率与声音的频率是什么关系？答案是：相同或非常接近）。
（2）士兵整齐的步伐使桥塌陷（此时的条件是步伐频率与桥固有振动的频率是什么关系？）。
……
六、乐理中的音调
CDEFGAB是“绝对”音高，1234567是“相对”音高。

钢琴（如图）第一个白键是C，这是个“绝对”的音高。

而1（do）可以定在任意一个音上，如果定在C上，那么刚好1234567对应于CDEFGAB，这就是我们常用的C大调。

CDEFGAB就像一把标尺，而我们简谱中的1234567这个系统，可以从尺子的任意一个音开始，是“相对”的音高。
好了，今天关于音调与频率，我们暂且讲到这里。希望同仁们和同学们参与讨论！，欢迎关注公众号“物理乐园”。