我们听到的每一个声音都处于一定的频率。当我们说某人的声音低沉时,我们是在描述产生低频的声音。同样,如果我们说某人的声音很高,我们是在描述产生更高频率的声音。那么,什么是频率?
什么是频率?
从技术上讲,频率是一秒钟内产生的波形数。例如,如果您按下钢琴上的中 C 键,钢琴中的琴弦每秒将前后振动约 261 次。这会产生每秒重复261次的声波。因此,中间C的频率是每秒261个周期(声波)。
赫被用作频率的测量单位,以纪念德国物理学家海因里希·赫兹在无线电波方面的工作
1930年,赫兹一词没有使用“每秒声波”或“每秒周期”,而是被采用为频率的国际SI单位。赫兹用作赫兹的缩写形式。一赫兹等于每秒一个波形或一个周期。
作为公制单位,前缀千 (k) 用于较大的数字。例1:1000Hz的频率也可以称为1kHz,通常简称为1k。示例 2:10k 是 10kHz 或 10,000Hz 的缩写。
音乐和频率
我们之前看到音符中间C的频率为261Hz(更准确地说是261.626Hz)。在88键钢琴上,最低的A音符是27.5Hz。最高的A音符是3520Hz。下表给出了钢琴上每个八度音阶的每个A音符的频率,从最低开始。
答0 | 答1 | 答2 | 答3 | 答4 | 答5 | 答6 | 答7 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
27.5赫兹 | 55赫兹 | 110赫兹 | 220赫兹 | 440赫兹 | 880赫兹 | 1760赫兹 | 3520赫兹 |
从这张表中可以看到几个有趣的点。首先,任何音符的频率都会随着你上升一个八度而加倍。因此,当你下降一个八度时,任何音符的频率都会减半。其次,钢琴的大多数音符的频率都在1000Hz以下。
有趣的是,与大多数其他乐器相比,钢琴的频率范围非常宽。有关一些示例,请参见下表(频率四舍五入到最接近的整数赫兹)。
仪器 | 最低频率 | 最高频率 |
---|---|---|
低音提琴 | 41赫兹 | 247赫兹 |
大提琴 | 65赫兹 | 988赫兹 |
吉他 | 82赫兹 | 880赫兹 |
单簧管 | 165赫兹 | 1567赫兹 |
小提琴 | 196赫兹 | 3136赫兹 |
长笛 | 262赫兹 | 3,349赫兹 |
人声的频率范围也有限。下表给出了不同类型歌手的频率大致范围。
歌手类型 | 最低频率 | 最高频率 |
---|---|---|
低音 | 82赫兹 | 330赫兹 |
男中音 | 87赫兹 | 350赫兹 |
男高音 | 130赫兹 | 525赫兹 |
女 低音 | 175赫兹 | 700赫兹 |
女高音 | 260赫兹 | 1,050赫兹 |
谐波
虽然以上所有内容都很有趣,但乐器和声音并不只是为上面列出的每个音符产生一个基本频率。它们还产生所谓的谐波。谐波是基频的倍数。例如,如果您产生 1000Hz 的声音,则也会有 2000Hz、3000Hz、4000Hz 等不同级别的声音。下表可能会有所帮助:
名字 | 频率 | 公式 |
---|---|---|
基频 | 1000赫兹 | 基频 x 1 |
一次谐波 | 2000赫兹 | 基频 x 2 |
二次谐波 | 3000赫兹 | 基频 x 3 |
三次谐波 | 4000赫兹 | 基频 x 4 |
等 | 等 | 等 |
关键是,任何麦克风、放大器和扬声器系统都需要能够再现不仅仅是基本的基频。此外,在调整任何乐器或声音的音调时,还需要考虑谐波频率。在后面的文章中会详细介绍这一点。
我们的频率范围
人们普遍认为,人类的听力范围是20Hz至20,000Hz(20kHz)。虽然随着年龄的增长,我们失去了听到更高频率的能力,但 20Hz 到 20kHz 通常被认为是人类的听力范围。如果任何音响系统的频率范围也是 20Hz 到 20kHz,那也很好。然而,很少有音响系统能够达到这种全范围 - 特别是在底端(较低频率)。也不是所有的音响系统都不一定需要能够达到20到20kHz - 这完全取决于预期用途(和预算)。
知道如何阅读显示扬声器或麦克风频率响应的频率图表很有用。以下是扬声器的频率图表示例。
首先要注意的是底部的比例。在此图表上,它从 50Hz 开始,显示 100Hz、500Hz、1kHz、5kHz、10kHz、20kHz 和 40kHz 的数字。请注意,它不是线性的,而是分布在较低频率上,并在较高频率上聚集更多。这个对数刻度也与我们在查看钢琴频率范围时看到的频率分布非常匹配。
蓝线表示被测扬声器的频率响应。该扬声器在整个可听频率范围内具有相当平坦的响应,在70Hz左右的底端下降。您可能会看到扬声器和麦克风的此类图表。它们有助于提醒我们频率响应中的任何主要低谷或峰值,这些低谷或峰值需要处理才能获得良好的声音 - 请注意,如果有主要峰值或低谷,您可能会听到它听起来不正确。