如果我们使用两把音叉,频率相差很小,例如1000Hz和1001Hz。当我们分别敲击两把音叉时,我们听不出两把音叉的音高有什么区别。也就是说,两把音叉振动频率的差别远小于人耳对音高的分辨能力。
如果我们同时敲击这两把音叉,我们仍然会听到一个单音。但是,这个单音的大小也就是声音的响度是在忽强忽弱地变化着。声音响度的变化频率,正是每秒一次,也就是1Hz。
我们都知道,声音的大小也就是响度表示声音的功率大小,声音“忽强忽弱”说明功率在周期性变化,所以声音的“拍”,正是功率周期性变化的频率。
事实上,“拍”(beat)这个词汇,最早就是对人们声音的研究而产生的。
顺便说一句:我上初中三年级时,物理课上老师就曾经给我们演示过用两个频率相差很少的音叉敲击振动产生“拍频”的实验,可以清晰地听到声音的强弱变化,至今记忆犹新。
如果两个音叉频率相差较大,例如1000Hz和1050Hz(此频率差已经接近音乐中的“半音”,一般人都能够分辨),那么同时敲击两音叉时拍频为50Hz。50Hz已经是人耳可听闻的频率,但两个音叉同时振动,人耳并不能听到50Hz的声音,只是感到和一个音叉发出的声音相比较,声音“不稳”,有些“颤动”。实际上这就是人耳对声音强度以50Hz频率变化的感觉。
所以,“拍频”是功率这个物理量周期性变化的频率。
各位如果看到过钢琴内部,就会发现:钢琴每个键对应的弦并不是一根,而是每个键对应并排的两根或者三根弦。钢琴上每个键按下时,通过一组杠杆(击弦机)带动一个外面包着毛毡的木制小锤敲击这两根或者三根琴弦。
钢琴调音师在为钢琴调音时,有的把对应同一键的两根弦或三根弦调到音高完全一致,有的把两根弦或者三根弦调得略为差一点点。这个“差一点点”,就会产生拍频,使钢琴发出的声音与三根弦完全一致有差别,有“拍”的效果,声音有一些“颤动”,这个“颤动”就造成了一种特殊的音色。
不过,钢琴发出的声音“颤动”并不像两个频率很接近的音叉产生的“颤动”那么强,这是因为钢琴发出的并不是纯音,也就是说,不是正弦波,而是含大量谐波的声音。两根弦振动时,基波恰好互相加强的时刻,二次谐波却不一定恰好互相加强,很可能是互相抵消,基波互相抵消时,二次谐波可能是互相加强,三次、四次谐波也是如此,所以“拍”也就是声音响度变化不大。经过良好训练的调音师能够听出来(经常以此为依据来调音),普通人往往就听不出来“拍频”,只是感到音色不同而已。
较大型键盘式手风琴右手每一个键对应两个簧片,当气流吹动两个簧片时两个簧片产生的基波声音频率并不相同,相差几Hz。这也会产生“拍频”,造成颤音效果,也造成了手风琴的特殊音色。俄罗斯钮扣式手风琴——巴扬,右手键盘每个钮扣只对应一个簧片,因此没有拍频造成的颤音,所以俄罗斯手风琴的音色与普通手风琴不同,独具一格。
说到“音色”,早期认为不同的音色是谐波含量不同造成的。例如吉他的空弦,靠近弦的中间拨弦和靠近弦的根部拨弦,人耳听上去音高相同,但能够分辨出两个声音并不相同。如果你不曾接触吉他演奏,问问圈圈即可。@computer00因为两种拨弦方式产生的声音谐波含量是不同的,所以人们认为不同的音色是谐波含量不同造成的。
后来人们发现,两个频率相差不太多的振动,听上去是一个单音,但因拍频所产生的“颤动”也造成音色不同。这一点前面已经叙述过了。
再晚一些的研究又发现:人耳听到不同的乐器,例如小提琴和长笛演奏同一音高的声音,很容易分辨出是哪种乐器演奏的,显然两种乐器的音色不同。但使用电子技术把这段声音的开始部分和结束部分去掉,只留下中间那段,人耳却难以分辨,听不出有什么不同。那么,“音头”和“音尾”也就是振动开始时的不稳定状态和结束时的不稳定状态也会影响音色。竖琴和吉他都是拨弦乐器,但竖琴和吉他发出的声音音色不同,很容易分辨出来,这是因为竖琴和吉他弦的固定方式有一些不同。
可见音色是非常复杂,而且带有很大主观成份的。