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聽聲音(四):聲音的「光譜」

2015/02/09 | | 標籤:

作者 官大為(Wiwi)

在上一篇文章,我們了解到了聲音是一種「波」,所以聲波當然也跟各種其他形態的波一樣,會有互相相加、抵消、干涉等等的反應。我們也示範了調音師為什麼光憑聽兩條弦互相干涉造成的音量變化,就可以知道你家的鋼琴準不準。

聽聲音(三):調音師怎麼知道鋼琴準不準?

今天開始的接下來幾篇文章,我們要繼續深入討論關於聲音頻率的問題:我們可以聽到的頻率範圍有多寬?我們感知聲波和光波的方式有什麼不同?Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si 是怎麼來的?為什麼這些音是這麼高?是誰決定的?為什麼我們可以有各種不同高度的 Do?⋯⋯

你看得到電磁波

在說聲波的頻率之前,我們先來聊聊「電磁波」的頻率。

我們描述電磁波頻率的用語,跟描述聲音一樣,都是使用「赫茲(註1)」(Hz)這個單位。人類日常生活中使用的電磁波頻率,可以低至某些無線電波的 3,000 Hz,高至機場海關檢查包包用的 X 射線的 30,000,000,000,000,000,000 Hz。


在這麼寬廣的電磁波頻率範圍當中,有其中一小段頻率是你的眼睛可以偵測到的,我們把這個範圍內的電磁波叫做「可見光」,基本上你每天睜開眼睛看到的所有東西,就是你周遭物體發出或反射的一段特定頻率的電磁波。

可見光的頻率範圍大約是 400,000,000,000,000 Hz 到 790,000,000,000,000 Hz 左右(或寫成 400-790 THz,如果你不喜歡寫太多 0 的話),你的眼睛接受到這個頻率範圍之內的電磁波,就會把它的頻率告訴大腦,然後你的大腦就會覺得它「看」到了一個顏色。

沒錯,你每天看到的多彩的世界,其實就只是你的大腦偵測到周遭的電磁波之後產生的幻覺而已。

紅橙黃綠藍○紫

然後我們把剛剛說的 400 到 790 THz 的頻率,選擇其中一些範圍,將它們取名字,我們就可以互相溝通我們偵測(看)到了什麼頻率的電磁波了。如以下的光譜圖,譬如說我們把 400-484 THz 的電磁波取名叫做「紅色」,606-668 THz 的叫做「藍色」等等。

到這裡你可能會注意到兩件有趣的事:

第一是每種顏色名稱的範圍其實不一樣大,像是我們把 526-606 THz 這麼大一片範圍都叫做「綠色」,而「黃色」的範圍只有短短的 508-526 THz 而已。

第二件事是,這張表並沒有七色彩虹中的「靛色」,那是因為牛頓(註2)當時認為的藍色 (blue) 和靛色 (indigo),已經跟現代慣用的說法不同。他那時候說的「藍色」,其實是我們現在叫做「青色」(cyan) 的東西,而「靛色」才是比較接近現在說的「藍色」,不過這就是另一個跟音樂主題無關的故事了。

聲音的「光譜」

不過別被可見光超大的頻率數字嚇到了,雖然 400,000,000,000,000 Hz 到 790,000,000,000,000 Hz 看起來是超級寬的頻率範圍,但是如果你以比例的方式來看,人眼可見的最低和最高頻率的比例,其實才差不多等於 1:2 而已。

而如果你對照人耳可以聽到的聲音範圍:20 到 20,000 Hz,最低到最高頻率可是差距 1000 倍了耶,所以以比例的角度來看,我們可以感知的聲音頻率範圍,是比視覺上寬得許多的。

如果你對於 20 Hz 到 20,000 Hz 的聲音聽起來是多高完全沒有概念的話,使用下面這個 YouTube 影片來感受一下人耳的整個聽覺範圍吧。它從 20 Hz 開始慢慢升高,一直到六分鐘後爬升到聽覺上限 20,000 Hz。提醒你先把音量轉小一些,免得傷到自己的耳朵喔:


當然 20 到 20,000 Hz 這個範圍,是生物課本上寫的樂觀估計而已,實際上你能聽到的高頻率上限,會隨著你的年齡增長而衰退。Wiwi 自己現在只能聽到大約 15,500 Hz 左右而已了,但我有在我的小朋友學生上測試過,有一些人可以聽到 18,000 Hz 或更高。

Do Re Mi Fa Sol La Si

既然我們可以把不同頻率的可見光取名字,那我們是不是也可以把不同頻率的聲音取名字呢?答案當然是可以的,你所熟知的 Do Re Mi Fa Sol La Si,就是我們根據聲音的頻率不同而給的名字。

但是,我們要怎麼決定哪個頻率該叫做「Do」呢?只用 Do Re Mi Fa Sol La Si 七個名字要怎麼涵蓋 20 到 20,000 Hz 這麼大的範圍呢?甚至,我們為什麼要用七個名字呢,為什麼不是八個,或九個?關於頻率還有好多問題還沒有解決,我們下回再繼續喔!

(Wiwi)

註1:還記得嗎?「赫茲」就是指「每秒鐘幾次」的意思。譬如,當我們說一個波的頻率是 60 赫茲,即表示這個波每秒鐘會有 60 次循環。

註2:沒錯,「紅橙黃綠藍靛紫」這七個顏色的名稱就是牛頓取的。

延伸閱讀:
可見光:http://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum
電磁波:http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum
靛色:http://en.wikipedia.org/wiki/Indigo
顏色:http://en.wikipedia.org/wiki/Color#Spectral_colors

轉載自MUZiK ONLiNE 名家隨筆

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