諧波決定音色(樂器篇)

無論是聽音樂還是玩音響,諧波尤為重要。接下來談下自己對諧波的理解。

籠統地講,諧波(Harmonic)是指頻率是原來基本波形頻率(基頻)整數倍的波,兩倍基頻的聲音稱為一次泛音(Overtone),三倍頻稱為二次泛音,依次類推。

舉個例子,國際標準音A4調頻率為440Hz,請聽錄音(只有一條錄音,所以把三段錄音合成了一段,請聽第一段):

440Hz基頻-鋼琴-小提琴來自音頻音樂音響

440.wav0:03

來自音樂與HIFI音響

波形如下圖,是一個很規整的正弦波形:

諧波決定音色(樂器篇)

在頻譜上更簡單,只在440Hz頻率處振幅最大,即能量最大。

諧波決定音色(樂器篇)

但同為A4調的鋼琴和小提琴聲音區別很明顯。首先聽上面錄音的第二段鋼琴和第三段小提琴的A4調。可以從波形和頻譜圖上看出來區別。

上圖三排波形分別是440Hz基頻,鋼琴A4調和小提琴A4調波形。可以看到,鋼琴和小提琴的波形與基礎波形整體上相似,但疊加了各種高頻波形。

再看頻譜圖,鋼琴的頻譜中,440Hz的頻率幅度最大,也檢測到了二次諧波(880Hz)和三次諧波(1320Hz),但幅度較基頻小很多(至少25dB)。

小提琴的頻譜更為豐富。除了440Hz基頻外,還有大量的諧波,從二次諧波一直到19次諧波C9調(8360Hz),並且到五次諧波時幅度衰減僅為18dB。對應小提琴的波形也更雜亂,短週期的諧波更多。

諧波決定音色(樂器篇)

從聽感上,鋼琴聲較為渾厚,與440Hz基頻接近,但清脆些。而小提琴的細節更多,聲音也更尖些。

可見分辨一件樂器的聲音要看其諧波,諧波決定了音色(Tone/Timbre)。

諧波存在於各類物理介質中,彈鋼琴、拉小提琴這類機械運動是讓琴絃產生諧波,電信號經過電路同樣也會產生諧波。通過諧波,我們在聽音樂過程中分辨各類樂器,我們也可以在玩音響過程中感受到聲音和器材的特點。下一篇文章將比較不同種類功放對音色的影響,敬請期待。


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