【知乎】不同的乐器，音高相同时，音色为何不同？
原文链接：http://www.guokr.com/question/493830/
35
0
白鸟大学小老师 ， 环境卫道士ψ 2013-08-17 21:27
支持者： 艾特君 口耳之学 上海交大数学四人团 未元物质 黑色翅膀 更多
这个恰巧写过文，应@moogee 老师要求搬过来，全文在这里：http://songshuhui.net/archives/16556
仔细分辨，每个乐器发出的乐音都不是单个音高，否则，它们的声音就会扁平得好像拿起电话听见的滴滴声，钢琴和铜管也就没有分别了。
用小提琴拉出一个音符的时候，因为弦的振动叠加，会同时发出若干个高于预期频率的波，好像图上画的这样，声强最大的这个频率就是我们平常唱的哆来咪，实际上是振动中的基音，而在它频率的整数倍频率上，一般会出现多个泛音，泛音的声音强度迅速衰减，未经训练的耳朵经常觉察不到它们的存在。
两种声音的频谱示意图
不同乐器的发音原理不同，共鸣腔结构不同，形成了不同的泛音结构。好像我们可以通过分析人声的频谱确定人的身份一样，这样一张频谱图，就成了各种乐器的身份证。
比如说，小提琴、大提琴这样的弦乐器，泛音的衰减很快，波形是在基音之后每一级泛音迅速减弱，把每个波峰的顶点连起来看是一个比较陡的坡；而双簧管、英国管这样的木管乐器，泛音衰减的很慢，把波的顶点连起来看，从基音的陡坡下来后就是很平缓的小坡了；打击乐中的三角铁、铃鼓的低频泛音微弱而高频泛音特别突出。
所有这些频谱经过我们精妙的耳朵，传到饱尝各类感觉的脑子里，被赋予了特别的意义，不需要看频谱仪分析的结果，不需要在脑子里存储频谱图数据库，单是听一听，我们就能分辨出哪个是钢琴，哪个是人声。而且，我们还能听出每个声音的色彩。
泛音衰减快的乐器，听上去给人感觉柔和，声音的穿透力强；而木管乐器这样衰减慢的乐器，音色显得坚硬而有金属质地；高频突出的打击乐常常让人觉得金光四射；中频泛音影响着音乐的清晰度；低频泛音让人感到浑厚和空间感……每一种流传下来的乐器，都是用人耳选择的，不同频率泛音完美组合的进化杰作。
8条讨论
7
0
進擊的Kanato程序员 编曲爱好者 2013-08-20 23:07
支持者： 白鸟 口耳之学 沙漠Rose 加意氪 柯北 更多
音色由多种因素综合决定。其中我认为最重要的有幅频特性、相频特性，以及时域特性。另外还有伴随乐音的噪音等。
幅频特性和相频特性学过理工科的应该都清楚，一楼的回答解释幅频特性也已经比较明白了。
声波信号有相频特性，而人又有两只耳朵，听到的内容是不同的。如果排除掉环境的影响，那么区别就体现在左右耳听到的声波有时间差。如果再加上环境作用，房间里的物品、房间本身的声学特性以及空气的低通滤波作用等都会影响音色。
音色的时域特性一般是指一个音发出后其各种参数随时间的变化。拿振幅来说，分析的时候往往分为attack、decay、sustain、release四个阶段，举例来说钢琴的attack时间较短，sustain时间也较短，release时间较长，而拉弦乐器和吹奏乐器普遍sustain时间较长。通俗地说，最明显的表现也就是钢琴的音发出后会不断衰减直至零。而拉弦乐器和吹奏乐器只要演奏不停止，振幅就可以保持不变，甚至变大也可以。其他方面来说，乐器的频率随时间变化（比如颤音），相位差随时间发生变化（如合成音色中加了flanger效果器），或声像随时间变化（如不断在左右耳来回穿梭），这些都可以认为是音色的一部分。
另外一般来说乐器在不同的演奏力度下音色也是不一样的。如钢琴在大力度敲击下，击弦的噪音就会很大，同时也会造成attack和decay阶段之间的幅度差较大。小提琴在大力度下，擦弦音占的比重就会变大。等等。
影响音色的因素还有很多。总之，音色所囊括的东西是十分广泛和复杂的。“音色”这个概念基本可以指用以决定一种声音的一切要素。
35
0
白鸟大学小老师 ， 环境卫道士ψ 2013-08-17 21:27
支持者： 艾特君 口耳之学 上海交大数学四人团 未元物质 黑色翅膀 更多
这个恰巧写过文，应@moogee 老师要求搬过来，全文在这里：http://songshuhui.net/archives/16556
仔细分辨，每个乐器发出的乐音都不是单个音高，否则，它们的声音就会扁平得好像拿起电话听见的滴滴声，钢琴和铜管也就没有分别了。
用小提琴拉出一个音符的时候，因为弦的振动叠加，会同时发出若干个高于预期频率的波，好像图上画的这样，声强最大的这个频率就是我们平常唱的哆来咪，实际上是振动中的基音，而在它频率的整数倍频率上，一般会出现多个泛音，泛音的声音强度迅速衰减，未经训练的耳朵经常觉察不到它们的存在。
 |
两种声音的频谱示意图
不同乐器的发音原理不同，共鸣腔结构不同，形成了不同的泛音结构。好像我们可以通过分析人声的频谱确定人的身份一样，这样一张频谱图，就成了各种乐器的身份证。
比如说，小提琴、大提琴这样的弦乐器，泛音的衰减很快，波形是在基音之后每一级泛音迅速减弱，把每个波峰的顶点连起来看是一个比较陡的坡；而双簧管、英国管这样的木管乐器，泛音衰减的很慢，把波的顶点连起来看，从基音的陡坡下来后就是很平缓的小坡了；打击乐中的三角铁、铃鼓的低频泛音微弱而高频泛音特别突出。
所有这些频谱经过我们精妙的耳朵，传到饱尝各类感觉的脑子里，被赋予了特别的意义，不需要看频谱仪分析的结果，不需要在脑子里存储频谱图数据库，单是听一听，我们就能分辨出哪个是钢琴，哪个是人声。而且，我们还能听出每个声音的色彩。
泛音衰减快的乐器，听上去给人感觉柔和，声音的穿透力强；而木管乐器这样衰减慢的乐器，音色显得坚硬而有金属质地；高频突出的打击乐常常让人觉得金光四射；中频泛音影响着音乐的清晰度；低频泛音让人感到浑厚和空间感……每一种流传下来的乐器，都是用人耳选择的，不同频率泛音完美组合的进化杰作。
8条讨论
7
0
進擊的Kanato程序员 编曲爱好者 2013-08-20 23:07
支持者： 白鸟 口耳之学 沙漠Rose 加意氪 柯北 更多
音色由多种因素综合决定。其中我认为最重要的有幅频特性、相频特性，以及时域特性。另外还有伴随乐音的噪音等。
幅频特性和相频特性学过理工科的应该都清楚，一楼的回答解释幅频特性也已经比较明白了。
声波信号有相频特性，而人又有两只耳朵，听到的内容是不同的。如果排除掉环境的影响，那么区别就体现在左右耳听到的声波有时间差。如果再加上环境作用，房间里的物品、房间本身的声学特性以及空气的低通滤波作用等都会影响音色。
音色的时域特性一般是指一个音发出后其各种参数随时间的变化。拿振幅来说，分析的时候往往分为attack、decay、sustain、release四个阶段，举例来说钢琴的attack时间较短，sustain时间也较短，release时间较长，而拉弦乐器和吹奏乐器普遍sustain时间较长。通俗地说，最明显的表现也就是钢琴的音发出后会不断衰减直至零。而拉弦乐器和吹奏乐器只要演奏不停止，振幅就可以保持不变，甚至变大也可以。其他方面来说，乐器的频率随时间变化（比如颤音），相位差随时间发生变化（如合成音色中加了flanger效果器），或声像随时间变化（如不断在左右耳来回穿梭），这些都可以认为是音色的一部分。
另外一般来说乐器在不同的演奏力度下音色也是不一样的。如钢琴在大力度敲击下，击弦的噪音就会很大，同时也会造成attack和decay阶段之间的幅度差较大。小提琴在大力度下，擦弦音占的比重就会变大。等等。
影响音色的因素还有很多。总之，音色所囊括的东西是十分广泛和复杂的。“音色”这个概念基本可以指用以决定一种声音的一切要素。
