振动与波

声音的物理与生理特征

音调与基频相关，主观响度取决于声级和听觉，音色反映频谱结构和波形。

同一音符由长笛或小提琴演奏时音色不同；相同物理声级也未必人人感受相同。要区分可测量的物理量与听觉感受。

L_I=10log_{10}!left( rac{I}{I_0} ight) mathrm{dB},qquad I_0=10^{-12} mathrm{W,m^{-2}}

定义: 音调、响度与音色

主观音调主要对应基频。声强级 $L_I$ 是对数物理量，不等同于主观响度；响度还取决于频率、持续时间和听者。音色取决于谐波、频谱及其随时间的变化。

调节频率和谐波以观察压力波形；音调对应基频，音色反映频谱。

声级与频谱

相对参考强度 $I_0$ 的声级以分贝表示；增加10 dB意味着强度增至十倍，但主观响度不会按固定比例增加。纯音只有一个频率，乐器通常发出由基频和谐波组成的复音。

例题: 例题

某声音强度为 $I=10^{-6}$ W/m²，以 $I_0=10^{-12}$ W/m² 为参考，求其声强级。

解答

$L_I=10log_{10}(10^6)=60$ dB。这是声强级；主观响度还取决于听者。

两个声音即使基音音高和声强级相同，也可能因谐波相对振幅不同而音色有别。频谱显示频率成分；时间包络有助于区分发音起始、持续和衰减。听觉还受听力与聆听声级影响，因此仅凭分贝值不能准确预测所有人的感受。

应用模型时，应说明哪些量保持不变，并选择合适的参考系。数值旁标明单位有助于避免混淆不同物理量，或混淆测量值与预测值。计算后检查量纲、符号和极限情况，确认结果符合所用假设，例如小振幅、均匀介质或忽略阻力。若实际条件与假设不同，应解释偏差，而非机械套用公式。

可将特殊情况代入关系式作物理检查，例如平衡位置、最大位移、完整一个周期或不存在相对运动。这些情况常使某个量为零或达到极值，有助于发现符号错误以及周期与频率的混淆。比较实验时，每次只改变一个条件，才能明确结果变化的原因。

若 $I=100I_0$ ，声强级是多少？

两种乐器演奏同一音符时，主要是什么造成音色不同？