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  • 基音泛音音调音色

    频率:声音是以振动的形式传播的,振动的频率决定了声音的音调高低。频率是指单位时间内振动的次数,单位为赫兹(Hz)。
    基频:自由振荡系统的最低振荡频率,复合波中的最低频率。复合振动或波形的第一谐波成分,它具有最低频率,且通常具有最大振幅,亦称“基谐波”,或一次谐波。

    基音:发音体整体振动产生的音(振动长度越大,频率越小),叫做基音,决定音高;
    泛音:发音体部分振动产生的音,叫做泛音,决定音色;
    复合音:基音和泛音结合一起而形成的音,叫做复合音,日常我们所听到的声音多为复合音。

    乐音都是由基音和泛音组成的。基音是波形里振幅最大,频率最小的组成波;而泛音是基音的整数倍,跟基音叠加在一起后整体波形仍然是基音的频率,所以音高是由基音决定的;但是加入泛音组成后波形的形态不再单纯,根据泛音的组成不同,波形会有不同的细节,由此产生了各种音色。
    泛音是吉他以及其他一些弦乐器的一个常用技巧之一。使用泛音技术可以发出更纯净、更明亮的高音。那么它是怎么产生的呢?其实泛音不是制造出来的,而是分离出来的。


    基音泛音

    声音就是声能,声能产生于有形物质间的摩擦振动,物质摩擦振动过程中碰撞出的一种能量就是声能,这种能量传递的是物质振动的频率,以纵波的形式前进,运动过程中需要媒介才能传输(所以声波无法在真空中传播),由于媒介本身的黏滞性、热传导性和分子弛豫过程,声能量不断被物质转化为热运动能量及其他形式能量而被吸收掉。

    无论人声、歌声,还是乐器的声音,它们都不是一个单音,而是一个复合音。也就是由声音的基音和一系列的泛音所构成。这些泛音都是基音频率的倍数,物理学叫分音,电声学叫谐波,音乐中叫泛音。它对音色的特性有非常重要的影响。基音是波形里振幅最大,频率最小的组成波;而泛音是基音的整数倍,跟基音叠加在一起后整体波形仍然是基音的频率,所以音高是由基音决定的;但是加入泛音组成后波形的形态不再单纯,根据泛音的组成不同,波形会有不同的细节,由此产生了各种音色。这些泛音的数量和泛音幅度的不同构成音色的频率特性曲线。这条曲线就体再了音色的表现力。



    音调

    音调又称音高,是人耳对声音调子高低的主观评价尺度。音调的高低主要决定于频率,频率越高,音调越高,频率越低,音调越低。但是音调和振幅的大小也有一定的关系。

    人耳对音调变化的感受不是线性关系,而是对数关系。也就是说,音调感觉是由于频率的相对变化而形成的,即不论原来频率是多少,相同倍数的频率变化对人耳总是产生相同音调变化的感觉。例如把频率增加一倍,比如从100赫变为200赫或从1千赫变为2千赫,音调变化在听觉感受上都是一样的,即提高了所谓的“八度音”,又称为“倍频程”。正是因为音调变化和频率相对变化的对数(或倍数)成正比,所以在表示频率的曲线图中,频率坐标常采用对数尺度,图形均衡器中的中心常按“1/2倍频程”或“1/3频程”设定的原因也是如此。

    人耳对音调的感觉也受振幅的影响。当振幅较大时,耳膜受到较大的刺激而有变形,从而影响到神经对音调的感受。一般来说,响度增加时,人耳感到音调有所降低,频率愈低,感到降低愈多。



    音色

    人耳除对响度和音调有明显的辨别能力外,还能准确判断声音的音色。不同乐器的频率构成大不相同,比如,小提琴和钢琴即使演奏同样高音的音符,人们还是能迅速分辨出哪个是钢琴的声音,哪个是小提琴的声音,而不至于相互混淆。这是因为它们在演奏同一音符时基音虽然相同,但它们的谐波成分(泛音)不论是在数量上、频率上还是强度上都是非常不同的缘故。正是由于这些谐波的不同组成,才赋予每种乐器特有的音色。音色主要和声音的频率结构有关。事实上,乐器的振动绝大多数都不是简单的简谐振动,而是由许多个不同的简振动叠加而成的,并且这些简谐振动的振动频率之间满足整倍数关系。其中,最低的一个频率称为基频,基频对就应的简谐波称为基波,频率是基频整数倍的简谐波称为谐波,在音乐词汇中被称为泛音。正是由于谐波的不同组成比例,才赋于各种乐器、人声以特有的音色。如果没有谐波成分,单纯的基音简谐信号是没有音乐感的。



    音域

    在人声中,基音就是嗓子发出来的原始声音,即没有加任何修饰的大本嗓,也是发声在口腔中的大白声。泛音就是带有共鸣的声音。产生带有共鸣声音由腹腔、胸腔、鼻腔等。基音和泛音组成人发出的声音。

    人的音域范围是指一个人能够发出的所有音高的范围,从最低音到最高音之间的范围。人耳听觉的频率范围是:20 ~ 20K Hz。不同人的音调和音域不一样,演唱者也可以通过训练能拓宽。每个人的声音特性不同,比如,一些男性歌手声显得更深沉,而一些女性歌手声显得比较高亢。根据实际情况,一般人正常人的音域范围为以下频率:
    低音 110 ~ 450 Hz,中音 450 ~ 2500 Hz,高音 2500 ~ 10000 Hz,最高音 10000 ~ 14000 Hz。

    在合唱中,一般分四个声部,这四个声部的音域(频率范围)分别是:
    女高音 246.9 ~ 987.8 Hz,女低音 164.8 ~ 659.2 Hz,
    男高音 110 ~ 440 Hz,男低音 73.4 ~ 293.7 Hz。
    深沉的男低音发出的最低音的频率可达 65.4 Hz。
    花腔女高音发出的最高音的频率可达 1177.2 Hz。


    人耳能够感知到的声音频率范围约为 20 ~ 20K Hz。但由于人群、实际情况不同,可听到的声音频率有所差异。多数成年人可听到的声音频率为 30 ~ 16K Hz。人耳耳腔的谐振频率是 1K ~ 4K Hz,所以人耳对这个频率也是非常敏感的,对其中 1K ~ 3K Hz 的声音最为敏感。

    人声能量主要集中在中频范围,大约在 300 ~ 3K Hz 之间。这个频率范围使得我们能够辨识和理解他人的语言和表达。能判断声音的音色和韵律。而人声低音主要在低频 100 Hz 以下,如人的低沉的嗓音等。

    在人声中,清晰度主要由中高频段负责。频率范围大约在 2K ~ 5K Hz。中高频段能够帮助区分声音的不同之处,使人们的声音更加清晰易懂。这个频段通常被称为“中频带”或“人声频带”,它包含了人的语音、对话和大部分语言信息。在这个频段内,人声的清晰度、细节和辨识度较高,因此它对于理解和感知人声非常重要。

    人声的清晰度受到高频段的影响,尤其是 5K Hz 以上的频段。人类语言中的大多数音节都是由高频率的声音组成的,例如“s”、“t”、“f”等。高频段的增强可以提高人声的清晰度和可听性。由于高音频段频率高,星状细胞数量少,所以在老年人中,高音频的接收能力逐渐降低,随之发音清晰度也会受到影响。

    在音频处理、录音和放音设备中,对于人声的处理和增强,通常会特别关注中高频段的均衡和调整,以提升人声的清晰度和可听性。人声的清晰度不仅仅由单一的频段决定,还受到其他因素的影响,例如音量、声音的质量、发音清晰度等。音频处理和音响设备的调整应该综合考虑多个因素,以获得最佳的人声清晰度效果。在音频处理和后期制作中,也会采用一些技术手段(比如激励器、压缩器、效果器等)调整高频段的音量和频率,以达到更好的声音效果。