声音基础知识

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声音基础知识
在考虑使用合成器中的任何发声组件前，请务必先了解一下声音。

从技术上来说，声音是物理能量（如拍手）到空气压力扰动的转换。空气压力中的这种改变通过空气以一连串振动（声波）的形式传播。声音振动也可以通过其他介质传播，如墙壁或地板。

如果振动以周期形式传播，我们就说声音具有波形。


上图显示了正弦波的示波图（图形显示），这是一种最简单的波形。

如果振动不以可辨别的形式传播，则声音就称为噪声。


波形的重复（示波器中的每个波峰和波谷）被称为循环。每秒钟发生的循环数决定波形的基本音高，通常称为频率。Logic Pro 中的大多数乐器都具有 Hz（赫兹）或频率控制，它确定每秒的循环数，并从而确定音高。

音调、陪音、泛音和分音
声音的频率被称为基础音调。

所有声音的波形（基本正弦波除外）都由基础音调和不同频率的多种其他音调组成。基础音调整数倍的非基础音调被称为陪音或泛音。不是整数倍的非基础音调被称为分音。由基础音调的频率分开的音调被称作次泛音。

基础音调被称为第一泛音。它通常比其他泛音声音更大。

以两倍于第一泛音频率弹奏的音调称为第二泛音。

以四倍于第一泛音频率弹奏的音调称为第四泛音，以此类推。

这些泛音中的每一个都拥有不同于基础音调的音色质量。大体来说，整数倍或能被整数（如八度音程、奇数或偶数泛音）除尽的泛音听起来都更具“音乐感”。

不是整数倍或不能被整数除尽的音调称为不和谐陪音或分音音调。当您将大量这类不和谐陪音组合在一起时，听起来就会显得“嘈杂”。

频谱
将基础音调与不同电平的多种泛音结合起来时，听起来就会像声音。这些声音元素之间的电平关系会随时间改变（由包络控制，在本附录的后面部分会讲到）。大量泛音的合并被称为泛音频谱，或者更常见的说法是频谱。

频谱显示声音中的所有单个声音元素。从左到右，由低到高显示。所有泛音的相应电平以垂直方式表示，尖峰脉冲越高表示电平越高。


插图显示在特定的时间点，基础音调和泛音之间的电平和频率关系。这些关系会随时间不断变化，造成频谱的不断变化，从而引起声音的变化。

其他波形属性
正如我们以前所探讨过的，声波具有频率。声波的其他属性包括振幅、波长、周期和相位。

Figure. Waveform properties, showing wavelength and amplitude.
振幅： 波形的振幅表示空气压力改变的量。可以视为从零空气压力或“静止”（在插图中的 0 dB 处显示为水平线）开始的最大垂直距离。换一种说法，振幅是水平轴和波形峰值顶部（或波形波谷底部）的距离。
波长： 波长是给定频率波形的重复循环间的距离。频率越高，波长越短。
周期： （波）周期是完成一次整个波形循环旋转所花费的时间。频率越高越快，波的周期就越短。
相位： 相位与波形之间的时间形成对比，以 0 到 360 度计算。
当两个波形在同一时间开始，就称它们相位符合或相位对齐。如果一个波形稍微迟于另一个波形，则称它们偏离相位。

备注： 要辨别整个波周期的固定相位差异并不容易，但是如果其中一个波形的相位随时间改变，那就可以听出来。这在常见的音频效果（如镶边和相位移动）中会发生。

当您播放两个偏离相位的相同声音时，某些频率组件（泛音）会相互抵消，从而在这些区域中生成静音。这被称为相位消弱，发生在相同频率在同一电平处交叉的情况中。


傅立叶定理和泛音
“任何周期性波都可以看作某个波长和振幅的正弦波的叠加，这些正弦波的波长有着调和的关系（小数字的比率）”。这称为“傅立叶定理”。大体上用更接近音乐术语的话来说，这意味着任何带某个音高的音调都可以被当作一个正弦音调的混音。这包含了基本的基础音调及其泛音（陪音）。例如：在频率为 220 Hz 时，基本振荡（基础音调或第一泛音）为“A”。第二个泛音的频率加倍 (440 Hz)，第三个则以 3 倍 (660 Hz) 速度振荡，接下来的泛音以 4 倍和 5 倍速度，以此类推。