五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】科学的欣赏流行乐 -- 比的原理

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家园 【原创】科学的欣赏流行乐

此系列文章主要研究声乐的内在科学,普及一些基本的声乐常识,重点关注华语流行乐。

不知道这个话题河里有没有人关注,先发起来试试,如果每人看就不更了。

我的blog: http://bideyuanli.com/

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引子:从一张大家耳熟能详的图说开去。。

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这张图大家耳熟能详吧,差不多随便一个播放器都有类似这种图。比如曾经的千千静听

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itunes

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类似这种图曾经是音乐播放器的标配(现在很多播放器都取消了,或者换小图),这究竟是什么?

这就是频谱图。

那这种图究竟是做什么用的呢?我目测大部分群众理解中,这种图作用就是为了“眩酷”,这也是这种图逐渐从音乐播放器中消失的原因。

频谱图当然不是为了眩酷的,本系列文章旨在揭开此图背后传达的信息。。。

第一章 声音的本质:泛音

首先要纠正一个大家可能一直都有的误区:人声并不是音高确定了之后就只存在某个固定频率范围。相反,无论音高如何,人声都是分布在一个广大的频率区间内。也就是说,人声其实是由若干频率的声音合成而成的。请看视频解读:

[FLASH]http://player.youku.com/player.php/sid/XNzkwODM2NzQ4/v.swf[/FLASH]

http://v.youku.com/v_show/id_XNzkwODM2NzQ4.html

首先,泛音到底是什么,很多人都不知道。标准答案是:泛音是物体局部振动产生的。

啥是局部振动?

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非常清楚的局部振动,一根弦分成四段分别进行振动。这四段的振动频率是一样的。

我常讲的第一泛音,第二泛音就是这样的:

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图上依次是基频,第一泛音,第二泛音。。。

可以看到,分的段越多,形成的频率越高。比如分两段,那频率就是基频的二倍。应该挺容易理解的吧。

真实的声音就是这些振动的叠加,视频里有展示。

泛音形成的原理:驻波

视频里很好的展示了驻波形成的原理,同频波经过反射形成了叠加。所以,能形成驻波,必须是物体长度是1/2波长的整数倍。这样才能形成叠加。

这就是物体振动总是有固定频率和固定音色的原因:只有一些频率的波才能在物体中形成驻波,从而持续下去。其他频率的波很快就会能量消散掉。

所以一个音叉,你怎么敲它,它都是那个振动频率,就是这个道理。

那怎么调节音高?

参考弦乐,一根两端固定好的弦,本身的频率是固定的。改变音高的话:

1. 把弦拉紧一点。

2. 用手指按住一点,让弦的一部分不振动,可振动部分长度缩短。

声带也是一样的道理:

1. 拉紧声带,可以获得更高的音高。放松声带,音高变低。

2. 捏住声带的一部分不发声,让另一部分发声,这样音高就提高了。这就是近年来所谓关闭唱法的基本原理。(关闭唱法的提法可能有问题)

人声的情况

人声的情况要复杂一些,因为声带不是一个简单弦,它是一个立体的东西,更像这个图:

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立体的基频与第一泛音。

人声还有共鸣的问题,会大大改变泛音的构成。

可否存在这些频率之外的波?

可以。有很多种情况,视频里举了主要的几个。

气泡音

(下面的图是什么意思请查看第四章。)

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图上解释的很明显了,需要说明的是,气泡音不止制造了奇怪的基频,气泡音还制造了额外的泛音,形成了完整的低八度音。

怒音/嘶吼/瞎喊

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气泡音怒音撕喉以后会展开说,先按下不表。

比的原理:第二章:人声演示泛音的分离

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家园 非常不错,正是西西河的风格,好久没有这样的技术贴了

特别是图形,都是自己做的吗?

另,关于几位歌手的频率图,能不能多解释解释,比如是图像如何得出的,线形性有什么规律,应该如何解读等等。

家园 楼主这句是不是正好反过来了?

拉长声带,可以获得更高的音高。缩短声带,音高变低

家园 没反

拉长之后,声带变紧,变薄,音高就上去了。琴弦也是一样的。

家园 图是我自己做的

不要急,我会慢慢展开的

家园 第二章:人声演示泛音的分离

这一章分析第一章的三段人声。

1. 为什么选这三段?因为都是稳定的长音,都是清唱,彻底排除伴奏的干扰。而且音比较高,泛音相对较少,容易分离。三个人的共鸣也特别好,适合分析。

2. 分离了之后,每个泛音都是简单的正弦波,听起来是不是特别的“电子”?是的,其实所有声音都可以分解成这种很“电子”的简单正弦波。

3. 第一泛音经常是最强的。第一泛音就是比基频大一倍的那个。这就是为什么各种测音软件总是测高一个八度的原因:很容易抓到第一泛音而忽略基频(频率提升一倍则音高提高一个八度)。不过另一方面来说,其实测音软件很准,只要人为的纠错一个八度,其他就没问题了,基本上不会出现a测成b的局面。

4. 其实这三段的各个泛音都很接近,这也不多见。不过即使差不多振幅的各个泛音,也能明显的听出“音量不等”,这就涉及了人耳对各个频段有不同敏感度的问题:对3000左右的最敏感,以后会展开这里。

5. 泛音比基频强,实在是很正常的一个事。虽然我实在不觉得这个问题有什么可质疑的,但总是有些物理半吊子的人跳出来跟我犟这个问题。现在好了,分解给你看,一目了然了吧。另外,什么“基音管”“泛音管”之类的说法,纯属无稽之谈,我完全不知道这两个词有任何科学性可谈。

6. 单纯一个泛音,听起来完全听不出是什么音吧(比如是开口音还是闭口音,a还是i)?这就是我之前讲过的概念:单纯一个泛音或者基频是没法咬字的,必须多个泛音叠加才能咬字。

7. 高阶的泛音,是不是听着很像海豚音?是的,海豚音跟这个几乎完全一样。海豚音就是几乎完全没泛音的,就一条简单正弦波。重复一遍:海豚音不存在咬字的理论可能性。

比的原理:第三章:共鸣及其原理


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家园 竟然sg水友

骨灰级dota玩家飘过

家园 去,这里也能碰上SG友人

dota玩家遍天下啊~

SG没了真是忧伤,再也不能看你们黑b皇了。

家园 不明觉厉!宝推之!
家园 我只是逛sg没注册

不过burning都退役了 黑不黑没啥区别 又不是你家大酒神

家园 谢谢!

我力争做到深入浅出,一章章看下去应该能看懂的。

家园 请教一下:

你的所谓“基频”是怎么确定的?是事先知道发声者的最低声音频率,以此频率的倍数作取样点,抽取不同频率下的时间波形?还是人为指定一个低频为基频,再等间隔取样?

比如第一张所谓气泡音的图,“基频”是146Hz,为什么定为146Hz?是不是你定为150Hz也能得到一张类似的时间波形曲线?

当然这个不影响你的讲解,只是你这里的“基频”和“泛音”的定义与一般信号分析理论里的有所不同,我想搞清楚一点,便于理解你的这套名词的定义。

家园 专业的来了,前排占位
家园 上次去中关村看到有个招牌叫“中国科学院声学研究”

有种不明觉厉的感觉,今天一看楼主的帖子就想起来了。。

家园 希望楼主后面能讲到立体声的问题。

关于立体声及录音,多年来我一直有个疑问。

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