3 聲音的奧秘
很奇怪啊，為什么同一首歌不同的人唱出來聽起來不太一樣呢？
對，有的聽起來非常華麗，有的聽起來卻很圓潤。
嗯嗯，還有，為什么同一首曲子，鋼琴彈奏出來的調子和小提琴演奏的調子又不一樣呢？
可能是因為它們長得不太像吧。
哦哦，聽完演唱會后，我的腦袋里裝的全是樂器的謎團。
嗯嗯，我也是。我超級喜歡那個薩克斯的聲音啊，我要是會吹薩克斯那得多棒啊。
哈哈，那我們快讓火星博士給我們講講不同樂器都有什么特點吧！
火星數據庫
倫敦交響樂團邀請了世界最著名的三大男高音歌唱家同臺演出，可謂是空前盛況，一票難求。他們分別是：盧恰諾·帕瓦羅蒂、普拉西多·多明戈、何塞·卡雷拉斯。雖然三人都是男高音，但是聲音卻各有特點，或者說差異相當大。帕瓦羅蒂是高音C之王，嗓音豐滿、充沛、透亮，具有干凈的穿透力；多明戈有“歌劇之王”的美稱，他的聲音非常圓潤；卡雷拉斯有一副令人心醉的甜嗓子。為什么三人都是高音還會有如此大的不同呢？原來這一切都是由聲音的三個特性決定的，即響度、音調和音色。
響度
如果你輕輕地敲打鼓面，鼓面只是上下輕微地振動，這個輕微的振動被傳到空氣中，你只能聽到輕微的聲音。如果你用力擊打鼓面，振動就會加劇，你就會聽到比較大的聲音。這種你聽到的聲音大小強弱的主觀感受，我們把它稱為音強，又叫作響度，也就是生活中常說的音量。
聲音的響度取決于振動的幅度。振動的幅度越大，發出聲音的響度越大。人們為了把對聲音的感受量化成可以檢測的指標，就把音量進行分“級”——聲壓級，以便客觀地表示聲音的強弱，其單位稱為“分貝”（dB）。科學家把人耳能聽見的最弱聲音的強度定為0dB，這是聽覺的下限。l0dB相當于微風吹拂樹葉的沙沙聲。分貝數越大，表示聲音越強。
典型聲級示意圖
現代醫學證明，強聲波可以引起人體多方面的生理反應，如血壓升高、淌汗、心跳加快等。多次聽嘈雜的音樂會可能使人產生耳鳴現象；震耳欲聾的樂曲可以穿透人的耳膜，使人永久失聰。所以，減少和防止噪聲污染對于保護人們的正常生活意義重大，常用聲級計來檢測環境中的聲強。
音量還與聲源的距離有關，同時也與音色和音高有關。聲音還有“遮蔽”現象，即當兩個聲音同時發出時，強的聲音就會掩蓋住弱的聲音，也就是說某一聲音越強，響度越大，其遮蔽效應就越明顯。
想一想
鋼琴上有很多鍵，但是每個鍵發出的調子是不一樣的，你知道這是為什么嗎？
音調
聲音不但有強弱，而且有高低。聲音的高低程度叫作音調，不同的音調是怎樣產生的呢？讓我們來做一個小實驗。
1．找一張有彈性的硬紙板，一輛自行車。
2．把自行車支起來，一只手轉動自行車的腳踏板，另一只手拿著硬紙板，讓紙片的一頭伸到自行車后輪的輻條中。
3．先慢慢轉，這時可以聽到紙片的“軋軋”聲；再加快轉速，紙片發出的聲調就會變高；當轉速達到一定程度時，紙片就會尖叫起來了。
很明顯，紙片音調的變化，是和紙片每秒鐘振動的次數有關系的，當車輪旋轉比較慢的時候，紙片每秒鐘振動的次數比較少，發出的聲音比較低沉；車輪旋轉得比較快的時候，紙片每秒鐘振動的次數就多了，發出的聲音就比較尖銳。振動著的物體在1秒鐘里完成的振動次數叫作頻率，頻率的單位是赫茲，符號是Hz。
鋼琴的最低音的頻率是27赫茲，最高音的頻率是4000赫茲，可見鋼琴所包含的頻率范圍非常廣泛，所以它能演奏出豐富多彩的樂曲。像鋼琴這種鍵盤樂器中，靠左邊的鍵發出的音調低，靠右邊的鍵音調高。
勤勞的小蜜蜂用440赫茲的頻率“高調”地飛出去采蜜，當它們滿載而歸的時候，翅膀振動的頻率降到330赫茲，有經驗的養蜂員根據蜜蜂的歌聲，就能判斷出它們是否采到了蜂蜜。
小提琴的四根弦中，最細的弦音調最高，最粗的弦音調最低。
人和一些動物的發聲和聽覺的頻率范圍
頻率／Hz
人對于高音和低音的聽覺有一定的限度，頻率過高或者過低的振動都不能引起聽覺。大多數人能聽到的聲音的頻率范圍是20~20000赫茲之間，頻率低于20赫茲的叫作次聲波，頻率高于20000赫茲的叫作超聲波。
有的動物能聽到或發出超聲，狗能聽見38000赫茲的超聲，蝙蝠能發出和聽到1000~120000赫茲的超聲。有的動物則能聽到次聲，老鼠就能聽到16赫茲以下的次聲，當海洋里發生大風暴或者海嘯的時候，就會向陸地傳播次聲波，人聽不到，老鼠們卻能聽到，它們預感到了危險，就會成群結隊地逃跑。
音色
不同的人即使唱同一首歌，說同一句話，人們依然能區分出每個人的聲音。這是因為每個人的聲帶具有不同的品質，這種獨特的品質叫作音色或者音品。我們常夸一個人有一副好嗓子，就是指他的音品或者音色好。
據科學家研究，絕大多數聲源發出的聲音都不是單獨一種頻率的純音，而是以一種頻率為基礎，伴隨著其他頻率的復合音。例如，鋼琴的琴鍵以100赫茲的主頻率振動的時候，除了發出100赫茲的聲音以外，還有許多較弱的聲音，這些聲音的頻率都是100赫茲的倍數。在復合音中，聲音最強，頻率最低的音叫作基音，那些伴隨基音的、頻率是基音頻率整數倍的叫泛音。基音決定聲音的音調，泛音影響聲音的音色。
想一想
大提琴和小提琴即使演奏同一首曲目，發出的聲音依然區別很大，大提琴深厚低沉，小提琴悠揚婉轉，這是為什么呢？
我們舉個例子，假如小提琴和薩克斯的基音都是100赫茲，但是小提琴發出的聲音包含16個泛音，而薩克斯只含有10個泛音，它們的音色當然完全不同了。每件樂器的音色取決于樂器的發音方式、制作材質、結構等自身條件，此外演奏技巧對樂器的音色也是有影響的。
響度、音調和音色構成了聲音的三要素，千變萬化的聲音都是由這三要素構成的，我們掌握了各種聲音的三要素，就能制造出我們需要的各種音響效果了。
火星實驗室
自制水瓶琴
實驗器材
8個玻璃瓶子 水 小木棒
實驗步驟
1．在8個瓶子里分別裝上高低不同的水，并使它們依次從低到高排列。
2．仔細調節每個瓶子里水的高度，敲擊它們，使它們依次發出“1，2，3，4，5，6，7，1”的聲音來。
3．根據簡譜演奏出一首簡單的樂曲。
實驗現象
敲擊瓶子時，是瓶內水振動發出聲音。當水多時，空氣少，敲時音調低；當水少時，空氣多，敲時音調高。
實驗原理
聲音是由發聲體的振動產生的，振動的頻率越高，音調越高；振動的頻率越低，音調越低。
【火星實驗】
實驗名稱：電子琴
實驗器材：電子琴套件
實驗過程：掃描二維碼，關注“火星人俱樂部”微信公眾號，回復關鍵詞“電子琴”即可觀看精彩視頻內容。
火星故事
孤獨的“52赫茲”
2015年的秋季，一個由科學家和紀錄片攝制團隊組成的考察組出海搜尋世界上“最孤獨”的鯨。這頭鯨自1989年起，美國海軍聲吶系統經常會探測到，它常年游蕩在北太平洋海域，迄今已經有20年了。它發出的聲音的基本頻率是52赫茲，卻沒有一個來自同伴的回應。它的行蹤或東西，或南北，或毫無頭緒，但它從不留戀某處，從不長期駐足。科學家通過分析聲吶錄音發現，大部分雄性長須鯨或藍鯨的歌聲頻率大約在17~18赫茲，這個頻率太低了，人的耳朵是無法聽見的。但這頭孤獨的雄性鯨，它歌唱的聲音頻率竟然是在52赫茲！人們將這頭會發出52赫茲頻率叫聲的鯨稱作“世界上最孤獨的鯨”。
從發現“52赫茲”至今，20多年過去，它的頻率漸漸降低，現在只有50赫茲左右。它到底是誰？是一頭變異的藍鯨？是兩種鯨偶然的雜交后代？還是一個我們從不知道的物種的最后一員？我們唯一能確定的就是，這個聲音會在將來某一天徹底消失。那時如果我們還沒有找到答案，就再沒可能知道答案了。
頭腦大爆炸
課后練習
1．在接聽電話時，我們很容易分辨出熟人的聲音，這主要是根據聲音的（ ）來判斷的。
A．音調
B．音色
C．響度
D．頻率
2．吉他是年輕人喜愛的一種樂器。在演奏前，需要調整琴弦的松緊程度，這樣做的目的是調節琴弦發聲時的（ ）。
A．音色
B．音調
C．響度
D．頻率
3．人耳聽到的聲音超過75分貝會覺得不舒服，這指的是聲音的（ ）。
A．音調
B．響度
C．音色
D．振幅
4．聲音的三要素是____、____、____。
5．樂譜上的“1、2、3、4、5、6”是指聲音的____，公共場合聽歌需要增大音量，實際上增大的是聲音的_____，我們聽聲音就很容易分辨出各種樂器是根據聲音的_____。
6．當一輛救護車迎面駛來的時候，聽到聲音越來越高；而車離去的時候聲音越來越低，這屬于_____效應。
課后拓展
小朋友想一下、為什么吉他和八音盒也能發出不一樣的悅耳聲音呢？