在大自然中，各種物體發(fā)出的聲音各有不同的特點。風(fēng)吹樹葉發(fā)出柔和的沙沙聲，小溪流水發(fā)出輕快的潺潺聲，北風(fēng)呼呼地怒吼，百鳥唧唧地歡叫。

不同的物體發(fā)出的聲音具有不同的特色，或者說具有不同的聲音品質(zhì)，這種品質(zhì)通常叫作音品或音色。

正因為各種不同的發(fā)聲體具有不同的音色，我們才可以區(qū)別不同的發(fā)聲體。

各種樂器，即使是用同樣的音高和聲強奏同樣的曲調(diào)，對其聲音，我們?nèi)阅軈^(qū)別開哪種是二胡的、哪種是笛子的、哪種是小提琴的、哪種是小號的。二胡的音色柔韌，笛子的音色清脆，小提琴的音色細膩，小號的音色激昂。

每個人的聲音都具有與別人不同的音色，所以我們能從電話、廣播的聲音中分辨出是不是熟人，是哪位熟人在講話。如果所有人的聲音都是同樣的音色，那將是一個什么樣的場景？我們從聲音里分辨不出各個不同的人；各個歌唱家的特色幾乎雷同；一部電影中各個人物的音色一律相同，這樣的電影該是多么單調(diào)乏味！

是什么因素的作用使得不同的發(fā)聲體發(fā)出的聲音具有不同的音色呢？

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樂音三要素中的音色

原來，一般物體發(fā)聲時都有多個頻率的聲音同時發(fā)出，這種聲音叫作復(fù)合音。只有音叉等少數(shù)物體發(fā)聲時只發(fā)出單一頻率的聲音，這種單一頻率的聲音叫作純音。復(fù)合音是由很多個純音組成的。

樂音屬于復(fù)合音，它可以分解成有限的多個純音。其中頻率最低的純音的強度最大，這個頻率最低的純音叫作基音，它的頻率決定復(fù)合音的音調(diào)。其他純音的強度都比基音弱，頻率分別是基音的2 倍、3 倍、4 倍、5 倍等整數(shù)倍，我們把這些純音叫作泛音或倍音，且分別稱它們?yōu)槎兑?、三倍音、四倍音、五倍音等。它們決定著復(fù)合音的“色彩”。

以頻率為100 赫的鋼琴聲為例，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)這聲音里除了強度最大的頻率為100 赫的基音外，還有15 個泛音，頻率分別為基音頻率的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、17、18 倍。它們的強度大小參差不齊，但都比基音弱。它們的頻率和振幅如圖2-7 所示，其中振幅標(biāo)示的是相對大小。

而頻率是100 赫的黑管聲，則除了頻率為100 赫的基音外，還有9 個強度較弱的泛音，頻率分別為基音頻率的3、5、6、7、8、9、10、11、12 倍。它們的頻率和振幅如下圖所示。

100赫的鋼琴聲與黑管聲的泛音

音調(diào)是由基音的頻率決定的，因此以上兩個基音頻率相同的鋼琴聲和黑管聲的音調(diào)相同，但聽起來它們各有不同的音色，這不同的音色是由于它們具有不同的泛音。

總之，由于各種發(fā)聲體的泛音個數(shù)、頻率分布、強度分布等不同，形成了各種發(fā)聲體千差萬別、豐富多彩的音色。不同的泛音給基音以各種“裝飾”，就像給同樣的畫面添上了不同的色彩一樣。

掌握了不同樂器的聲音具有不同的泛音的知識，我們可以不用鋼琴而得到鋼琴的聲音。如果要得到頻率是100 赫的鋼琴聲，我們可以用16 個不同頻率的音叉，它們的頻率如上圖所示，并按圖中振幅的大小給各個音叉以不同力量的敲擊，使其發(fā)出與圖所示的相應(yīng)聲強的聲音，那么，這16 個音叉同時發(fā)聲時，聽起來就和頻率是100 赫的鋼琴聲一樣。同樣也可以用10 個音叉組成頻率是100 赫的黑管聲。電子琴能夠模仿各種樂器的聲音，就是運用了這個原理，只不過電子琴是用振蕩器代替音叉罷了。

樂音中的泛音越多，聽起來也就越好聽。其中若高音豐富，則給人以活潑愉快的感覺；若低音豐富，則給人以深沉有力的感覺。

同種樂器也有不同的音色，名貴的小提琴發(fā)聲特別優(yōu)美，具有華麗豐富的泛音，是一般小提琴不能相比的。提琴使用時間越長，發(fā)音也越響亮。

同一件樂器，由于樂手演奏的技巧不同，樂器的音色也會不一樣。同一把小提琴，初學(xué)者可能只能拉出粗糙低啞的聲音，而熟練的琴師演奏時由于指和弓精微巧妙的協(xié)調(diào)，會使琴弦發(fā)出豐富的泛音。

由于發(fā)聲器官和發(fā)聲習(xí)慣不同，不同的人發(fā)出的聲音通常也就有不同的音色。要模仿別人的聲音是很困難的，因而在案件偵破工作中也常用聲譜分析法研究聲紋，即“聲音的指紋”。然而發(fā)聲器官和發(fā)聲習(xí)慣又是可以改變的，例如歌唱者經(jīng)過長期的聲音訓(xùn)練后，能唱出具有豐富泛音的柔美的歌聲來。

除了以上主要因素外，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)音色的不同還與其他一些因素有關(guān)。

音色與聲瞬態(tài)有關(guān)。通過儀器分析會發(fā)現(xiàn)，一個聲音的發(fā)生，有一個由弱至強，達到穩(wěn)定，然后又逐漸減弱直至消失的過程。聲音的起始和結(jié)尾的瞬時狀態(tài)，即音頭和音尾——在聲學(xué)上稱為聲瞬態(tài)，對音色起著重要作用。各種不同的音色，都有自己特有的聲瞬態(tài)，即聲瞬態(tài)是形成音色特性的重要因素。例如，把音頭截掉，就很難分辨出是長笛還是小提琴；把錄音磁帶倒過來放，當(dāng)然頻譜不會改變，但音頭音尾變了，音色就不同了。同一樂器的低音部分和高音部分，以及對同一樂器的演奏方法不同，聲瞬態(tài)都會不同。電子琴自始至終按同一波形包絡(luò)和頻譜去模仿某一種樂器，使人感到呆板，這也是“電子琴模仿什么不像什么”、總帶有“電味兒”的原因。

音色與超聲頻段的高頻倍音有關(guān)。有人做過實驗，把一個樂音中的20 000 ～ 50 000 赫的高頻倍音“切掉”后，音色聽起來有了明顯的改變，這說明雖然人耳聽不見超聲頻段的高頻倍音，但其對音色的變化是有作用的。

音色與傳聲介質(zhì)有關(guān)。這是因為同一音中的各種成分在不同的介質(zhì)中被吸收的程度不同。潛水員在深水中呼吸的高壓氣體是成分不同于空氣的氦氧混合氣，在這種介質(zhì)中傳播的聲音變得與空氣中的不一樣，類似鴨叫，被稱為“鴨語”。語言聲學(xué)正為將它復(fù)原而努力。

音色與基音、泛音在聽音區(qū)中高、低頻段的位置有關(guān)，因為人耳對各種頻率的響度反應(yīng)不同。

音色也與距聲源的距離有關(guān)，因為一個音中的各種成分的衰減不同。

而且，音色還與聽者的生理、心理因素有關(guān)。聽力健全者和有聽覺缺陷的人對音色的感覺不一樣，正如面對同一個辨色板，正常視力者、色弱者、色盲者的感覺不相同一樣。不同的心情也影響對音色的感覺。對音色這種客觀現(xiàn)象的主觀感覺這一課題，一直被人們研究著。

你可以在自己的智能手機上下載一個變聲器軟件，它可以改變你的音色，如男聲變女聲，女聲變男聲，把年輕人的聲音變成老人聲、成年人的聲音變成娃娃聲等，這就是通過改變聲音的基音頻率、泛音多少和強弱組成而實現(xiàn)的。

總之，聲音是由振動產(chǎn)生的，由于振動的快慢不同、強弱不同，以及各種振動的組合不同，因此產(chǎn)生了千姿百態(tài)、豐富多彩的聲音。

從以上樂音三要素的敘述中我們看到，頻率、振幅、泛音是客觀物理量，它們的變化引起了音調(diào)、響度、音色的主觀感受的不同。

尋求"知音"：探索聲音的奧秘

親愛的朋友，以上內(nèi)容來自《 》一書，為您展現(xiàn)了千姿百態(tài)、豐富多彩的聲音世界中的一個片段?！秾で?“知音”：探索聲音的奧秘》是一本向讀者全面介紹聲學(xué)科學(xué)的科普讀物，采用漫談形式，系統(tǒng)、全面地介紹聲學(xué)科學(xué)，闡述關(guān)于聲音的產(chǎn)生、傳播、接收，以及聲音的特性、測試和作用等基本知識。

《尋求“知音”：探索聲音的奧秘》

丁時祺 著

北京：科學(xué)出版社，2025.9

（大學(xué)科普叢書）

ISBN 978-7-03-083192-7

本書前身可追溯至1988年出版的《聲學(xué)趣談》，其“回聲”章節(jié)先后入選北京及全國初中語文試用教材、1992年版統(tǒng)編初中《語文》教材；2001 年，據(jù)此擴充的《聲現(xiàn)象》作為全國中小學(xué)教師繼續(xù)教育必修課教材由人民教育出版社出版。兩本著作獲多領(lǐng)域?qū)W界關(guān)注，有力推動了教材改革。此次擴充升級的新版本，供大中學(xué)生、中等及以上文化程度讀者閱讀，亦為教師、廣大音樂工作者和科普工作者提供參考。值得一提的是，前身著作撰寫時曾獲時任中科院聲學(xué)研究所所長馬大猷院士熱情鼓勵與具體指導(dǎo)，更有多位學(xué)界專家、同仁提供寶貴支持。

聲音兼具魅力與威力，唯有通曉其規(guī)律，方能駕馭它服務(wù)人類。古往今來，無數(shù)聲學(xué)研究者歷盡艱辛探尋其奧秘，他們是通曉聲音的 “知音人”，以癡心與堅守為人類帶來福音，更推動著文明進步。

如今現(xiàn)代化建設(shè)讓聲學(xué)煥發(fā)新生，電聲學(xué)、超聲學(xué)、水聲學(xué)、次聲學(xué)、語言聲學(xué)、噪聲學(xué)、建筑聲學(xué)、音樂聲學(xué)、生物聲學(xué)、生理聲學(xué)、地聲學(xué)十一大分支正領(lǐng)域蓬勃發(fā)展?！秾で?“知音”：探索聲音的奧秘》涵蓋各分支入門知識，更拋出許多待解課題，任你馳騁！

親愛的朋友，科技創(chuàng)新的號角已吹響，歡迎你加入聲學(xué)探索的大軍，成為一名出色的“知音”！

本文摘編自《尋求“知音”：探索聲音的奧秘》（丁時祺著. 北京：科學(xué)出版社，2025.9）一書“第二章 聲音的特性”“前言”“尾聲：尋求“知音””，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

（ 大學(xué)科普叢書）

ISBN 978-7-03-083192-7

責(zé)任編輯：常春娥 張翠霞

本書是一本向讀者全面介紹聲學(xué)科學(xué)的科普讀物，涉及人們生產(chǎn)和生活的多方面知識，全面、系統(tǒng)地敘述關(guān)于聲音的產(chǎn)生、傳播、接收、性質(zhì)及其與其他物質(zhì)相互作用的客觀規(guī)律，介紹聲學(xué)發(fā)展史及現(xiàn)代聲學(xué)的各個分支。通過淺顯的趣談引導(dǎo)讀者通過觀察與實驗了解聲現(xiàn)象的基本規(guī)律與探索聲現(xiàn)象規(guī)律的思路和方法等，激起讀者探索聲現(xiàn)象和大自然的濃厚興趣，引導(dǎo)青少年關(guān)心聲學(xué)科學(xué)，為聲學(xué)的發(fā)展貢獻力量。

本書可供對物理學(xué)知識，尤其是對聲學(xué)相關(guān)內(nèi)容感興趣的讀者和廣大音樂工作者 閱讀，也是社會公眾了解聲音有關(guān)內(nèi)容的重要讀物。

（本文編輯：劉四旦）

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