一些声音小常识

一些声音小常识


本文章，希望从声音的概念与基础出发，让大家可以从日常生活中发掘声音带来的乐趣，进而对音乐、声响、噪音有更全面的认识！

一般来说，声音(Sounds)来自物理能量(physical energy)的转换，例如拍手造成空气的挤压。气压的转变会被转换为一连串的震动(vibrations)-即声波(Sound Wave)-并透过空气传递。声音的振动同样可以透过其他介质传递，例如墙壁或地板。



如果震动并非照着可预期的模式，这样的声音称为“噪音noise"。

在waveform的重复循环中，一个完整的振动被称为一个循环，完成一次振动的时间称为一个周期，也就是波型完整走完一个pattern的过程。在每秒钟发生的周期数量会决定该波形的基础音高(basic pitch)，通常被我们称为“频率”(frequency)。

音调、泛音、谐波与分音  Tones, Overtones, Harmonics, and Partials

一个声音的频率被称作它的基音或基频(fundamental tone)，而除了简单正弦波之外，大部分的声音都包含基频与其他不同的频率。

这些Non Fundamental tones如果是基频的整数倍，则被称为泛音(overtones)或谐波(harmonics)；如果是非正整数倍，例如2.5倍，则被称为分音(partials)；而若为基频的几分之几，则称为subharmonic。

fundamental tone被视为第一泛音(first harmonic)，通常比其他harmonics大声。
在第一谐波两倍频率的音色被称为第二泛音(second harmonic)，以此类推。
Bells, xylophone blocks, and many other percussion instruments produce harmonically unrelated partials.
每种从基频产生的不同谐波，都会产生不同声音质感(timbral quality)。
大体来说，整数倍或能被整数（如八度音程、奇数或偶数泛音）除尽的泛音听起来都更具“音乐感”。不是整数倍或不能被整数除尽的音调称为不和谐陪音或分音音调。当大量这类不和谐陪音组合在一起时，听起来就会显得“嘈杂”。

傅立叶定理和泛音

“任何周期性波都可以看作某个波长和振幅的正弦波的迭加，这些正弦波的波长有着调和的关系（小数字的比率）”。这称为“傅立叶定理”。大体上用更接近音乐术语的话来说，这意味着任何带某个音高的音调都可以被当作一个正弦音调的混音。这包含了基本的基础音调及其泛音（陪音）。例如：在频率为 220 Hz 时，基本振荡（基础音调或第一泛音）为“A”。第二个泛音的频率加倍(440 Hz)，第三个则以3 倍(660 Hz) 速度振荡，接下来的泛音以4 倍和5 倍速度，以此类推。

频谱 The Frequency Spectrum

当一个基频结合了许多不同强度的harmonics，我们会接收到一个声音(Sounds)。这些声音元素的相对大小会随着时间不断变化(通常受Envelopes控制)。频谱可以显示声音中的各个声音元素(Sonic elements)。它的横轴由左而右地显示了低至高频，相对强度则是以纵轴表示。




如图，此可视化的频谱显示了某个瞬间，基频与其它谐波的相对大小与频率关系。这些关系会随着时间进行不断变动，频谱也会随之改变，进而影响听到的声音。

其他的波型参数 Other Waveform Properties

• 振幅(Amplitude)

波形的振幅显示了气压改变量(the amount of air pressure change.)，可以最大垂直高度与零气压（zero air pressure，即寂静状态）的距离衡量。 Put another way, amplitude isthe distance between the horizontal axis and the top of the waveform peak, or the bottom of the waveform trough.

• 波长(Wavelengh)

在给定的频率下，每个循环周期的距离。频率越高，波长越短。

• 周期(Period)

The (wave) period is the amount of time it takes to complete one full revolutionb of a waveform cycle. The higher and faster the frequency, the shorter the wave period.

• 相位(Phase)

描述两个或更多波形间的时间差。以角度来衡量，从0 to 360。假设两个复杂的波形彼此有相互延迟的状况时，每个频率将有它自己的相位差。当两个波形在同一时间开始，它们被称为in phase或phase aligned。当两个波型间有些微的延迟，则被称为out of phase。相位移动的度数被视为两个正弦波之间的时间差距，其中也会有频率的问题。时间差距一样，不同的频率会有不同的相位移动。复杂的波形，像所有录制的音轨和人工合成的波形(除了正弦波之外)都含有许多频率。

•相位效果 Phase effect

虽然在整个波形周期中，持续的相位移动通常难以察觉，但如果一个波形的相位不断随时间变化，则成为人耳可听见的效果，例如Flanging或Phase Shifting

•相位抵消 Phase canceling

当两个独立的声音out of phase，将会有部分的谐波互相抵消。当同样的频率以相同能量互相交叉时，将会使声音完全抵销，只剩下寂静(producing silence)