高中物理 第1章 机械振动 第2节 振动的描述 声音的频率素材 鲁科版选修3-4（通用）

高中物理 第1章 机械振动 第2节 振动的描述 声音的频率素材 鲁科版选修3-4（通用）

声音的频率 ‎ 大家知道，声音是由振动产生的。所谓的声音频率，就是发声源的振动频率。频率的单位是赫兹（HERZ，以证实电磁波存在的德国物理学家赫兹的名字命名），也就是1秒内振动的次数。大自然及人类可能制造出的声音，从1赫兹，到几十万赫兹，范围跨度极大，但并不是所有的声波振动，都是人耳能听到的。‎ 人耳的可闻音域范围，是20赫兹到20000赫兹。20赫兹以下的声波，称为“次声波”，能量很强烈时，身体可以感觉到（比如地震的时候），但耳朵是听不到的。能量极强的次声波甚至可以杀人。高于20000赫兹的称为“超声波”，人耳也听不到，但很多动物，如狗，蝙蝠，可以听到。人耳对高频的感知力会随年龄增长而衰减，所以幼年时几乎人人能听到2万赫兹的声音，但中年以后，很多人就只能听到15000赫兹甚至更低了，听不见极高频了。国外甚至有学生发明了一种以极高频讯号为铃声的手机，因为这种手机响铃时，只有年轻的学生能听到，年龄大的老师，已经听不到了。‎ 在人耳可闻的这个20-20000赫兹的音域范围内，大致来说，200赫兹以下，就是我们一般所说的“低频”。而再细分的话，50赫兹以下，是我们一般称为“极低频”的频段。这个极低频，对于喇叭系统而言，是非常昂贵的。因为小喇叭一般都无法播出这么低的低频，只有大喇叭，而且是优质的，昂贵的大喇叭，才能较好地重播出50赫兹以下的音乐信号。‎ 对于耳机而言，播出50赫兹以下的极低频，不费吹灰之力，你看看任何耳塞或耳机的频响指标，都会延伸到50赫兹以下。然而，BUT，我要转折一下，耳机播出来的极低频，是不够真实的。关键原因，是因为50赫兹以下的极低频，其实人是靠耳朵和身体共同感知的。也就是所谓“打心口”的低音，那就是极低频了。耳机只能把信号作用于人的耳膜，无法对人身体产生任何效果，所以耳机里听到的极低频，是不完整的，不够真实的。任何耳机都是如此，哪怕是大奥。‎ 自然乐器中，主要频率成分在200赫兹以下低频段的，有低音鼓、大鼓、低音吉他、低音提琴（DOUBLE-BASS）、电贝司等。另外，大提琴、男声、钢琴、吉他等的声音也有延伸到低频段的成分。举个例子，人说话的“鼻音”就在低频段内。加重低频段，会造成鼻音过于浓重。‎ 从200-6000赫兹的中间频段，就是俗称的“中频”。（中频和高频的分野，没有一个业界统一公认的数值。）‎ 中频段是自然音乐能量最集中，最重要的频段，也是人耳听觉最灵敏的频段。可以说，高低频再好，如果中频出问题，就统统报销，毫无挽救余地。而中频如果好，高低频哪怕一塌糊涂，也往往可听。‎ 大体地说，如果说，低频影响的是声音的丰满度、混厚度、力度，那中频影响的就是声音的明亮度、清晰度和透明度。由于中频跨度很大，一般又被分为中频下段、中频上段。当然这个分界又是没有一个定规的。我个人觉得，1000赫兹以下可以归入中频下段，而4000赫兹以上可以称之为中频上段了。‎ 大多数自然乐器的基音，是落在中频段。人声能量最集中的地方，是500-1000赫兹。很多自然乐器的泛音，也主要落在中频段，比如吉他，泛音就主要落在2000-5000赫兹。中提琴、大提琴也是如此。‎ 我们平时所说的“齿音”，是在中频上段（或可称“高频下段”），大约6000-8000赫兹，能量最集中。很多流行歌曲的录音，是经过激励器处理的，如果处理时把6000-8000赫兹能量加强过头，就很容易出现齿音过重。‎ 影响距离感的最敏感的频段是4000-5000赫兹。这个频段能量强，会显得音像距离听者近，而弱的话，会显得声音较远。‎ 最影响声音明亮度的，是2000-3000赫兹。这个频段能量弱，会显得声音暗淡，朦胧，发虚。能量强，则会显得声音过于明亮和温暖，甚至发楞。这个频段发挥正常的话，声音才会呈现出健康的明亮感。‎ ‎6000赫兹以上，一直延伸到大约2万赫兹，就是我们所谓的“高频”‎ ‎。几乎没有什么乐器的基音落在高频段，简单地说，高频段都是各个乐器的泛音。然而，绝对不要小看了泛音。各种自然乐器的声音，听上去是否真实，能否把各种乐器一一区分开，很大程度上靠的就是高频泛音，因为各种不同乐器的泛音频率成分的比例，是绝不相同的。电子合成器之所以能模拟出各种乐器的声音，就是靠模拟其高频泛音列。‎ 特别出彩的，要算是所谓“极高频”，也就是12000-20000赫兹的讯号。我们听到的三角铁、铃、镲的高频泛音，就是典型的极高频。此外，长笛、短笛、铜管乐器的高频泛音，甚至小提琴的高频泛音，也可以到达1万赫兹左右。所以高频延伸若不好，播不好1万赫兹以上的信号，对这些乐器的质感和真实音色，是损害很大的。‎