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聽聲音(三):調音師怎麼知道鋼琴準不準?

2015/02/05 | | 標籤:

作者 官大為(Wiwi)

在上一篇文章,我們發現了人類的大腦會將頻率相近的聲音作連結,也了解了為什麼鋼琴可以同時扮演這麼多種角色,而聽眾依然不會互相混淆。

聽聲音(二):你為什麼可以聽到旋律?

今天我們要繼續討論關於聲音頻率的問題:為什麼鋼琴音不準的時候聲音會「抖抖的」?以及調音師如何光憑用聽的,就知道你的鋼琴準不準,甚至連兩條弦的頻率差距有多少都可以知道?

聲音的 1 + 1 = 2

你一定在很小的時候,就已經知道「1 + 1 = 2」這件事:你吃了一個餅乾,然後你再吃一個餅乾,你的體內總共有兩個餅乾。

再長大一點,你發現「1 + (-1) = 0」這件事:你在 party 的時候喝了一整瓶威士忌,然後你把整瓶威士忌吐出來,你的體內總共剩下零瓶威士忌。

你可能還不知道的事情是,這兩個算式也可以套用在聲音上。

相加和抵消

我在以前的文章,曾經解釋過聲音是一種「疏密波」:你之所以可以聽到音響放出的聲音,是因為喇叭的震膜在前後移動的過程中,把某些位置的空氣分子壓縮比較密集,而某些位置的空氣變得比較稀疏。

數位音樂科技(一):聲音檔案裡面是什麼?

我們可以把一個單純頻率造成的空氣密度變化,畫成像是以下的圖表:

而當有兩個來源同時發出聲音時,兩個來源的聲波會互相影響。如果在空間中的某個位置,兩個聲波來源的空氣疏密變化是剛好同步的話,因為聲波會互相相加(建設性干涉),那麼在那個位置聽到的聲音就會比較大。反過來說,如果在空間中的某個位置,兩個聲音來源的空氣疏密變化剛好相反的話,因為聲波會互相抵消(摧毀性干涉),所以在那個位置聽到的聲音就會比較小。


移動你的頭,聽聽看!

我接下來要在喇叭的左右聲道,播放同一個聲波,試試看在我播放的途中,稍微移動你的頭到空間中的不同位置。聽聽看是不是在某些位置聽起來聲音比較大聲,另外一些位置聽起來比較小聲?


兩個喇叭播放同一個聲音時,互相干擾的結果會像是下圖,黑線代表聲波空氣密度最高的地點,而由每個黑線交會點連成的藍線,就是你聽到聲音最大的位置。而反過來,灰色虛線代表的黑線沒有交會的地方,也就是聽起來聲音最小的位置。


當然如果你是戴著耳機的話,因為左右聲道的聲波並沒有在空氣中交會,所以你將不會聽到這個效果。

抖來抖去

如果我們的兩個聲音來源,播放的是稍微不同的頻率的話,就更好玩了。

因為兩個不同頻率的聲音,達到空氣最密集和最稀疏的時間週期不一樣,這導致它們同時播放的時候,會在某些時候呈現相加的狀態,另一些時候又呈現抵銷的狀態,也就是說你在定點聽到的聲音會忽大忽小,好像在「抖動」的感覺。


我現在要先在左聲道播放一個每秒振動 440 次(440 Hz)的聲音,然後在右聲道一個播放 441 Hz 的聲音,最後再將兩個聲音一起播放。你將會聽到它們各自都是一個音量穩定的聲音,但合在一起播放的時候,卻有一個抖動的感覺。


這件事另外一個神奇的地方是,就算你是用耳機聽,你還是聽得到這個效果。左右耳這兩個不同頻率的聲音,會在你的大腦內混合,然後互相干涉,產生有如在空氣中互相干涉的效果。

我們把這種兩個頻率相近的聲音互相干涉而產生的「抖動效果」,叫做「拍頻」(beating)。

差多少就抖多快

再聽一次剛剛的這個聲音範例,這一次注意它們互相干擾時,音量抖動的速度有多快呢?差不多一秒鐘一次對不對?

當我們再繼續實驗把兩個聲道的頻率差距加大,你會發現當兩個聲音的頻率差距越來越大,它們交互干涉時的抖動也越來越快。聽聽看接下來的幾個聲音範例:

左聲道 440 Hz,右聲道 441 Hz:

左聲道 440 Hz,右聲道 442 Hz:

左聲道 440 Hz,右聲道 443 Hz:

左聲道 440 Hz,右聲道 444 Hz:

左聲道 440 Hz,右聲道 445 Hz:

然後我們就得到了有趣的結論:兩個聲音相差的 Hz 數,剛好就是它們交互干涉時每秒鐘抖動的次數。

你家的鋼琴,在音不準的時候聲音聽起來會抖抖的,就是因為這個原因(關於鋼琴聲音的故事,就要放到另外一篇文章了)。而調音師也就是藉由聽兩條弦交互干擾的抖動速率,來得知兩條弦的頻率差距有多少。

閱讀更多

想要了解更多的話,繼續看看下面的兩篇參考文章吧,我們下期專欄再見拉!

干涉(中文維基百科)

拍頻(英文維基百科)

(Wiwi)

轉載自MUZiK ONLiNE 名家隨筆

關於作者

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