3 声音的奥秘
很奇怪啊，为什么同一首歌不同的人唱出来听起来不太一样呢？
对，有的听起来非常华丽，有的听起来却很圆润。
嗯嗯，还有，为什么同一首曲子，钢琴弹奏出来的调子和小提琴演奏的调子又不一样呢？
可能是因为它们长得不太像吧。
哦哦，听完演唱会后，我的脑袋里装的全是乐器的谜团。
嗯嗯，我也是。我超级喜欢那个萨克斯的声音啊，我要是会吹萨克斯那得多棒啊。
哈哈，那我们快让火星博士给我们讲讲不同乐器都有什么特点吧！
火星数据库
伦敦交响乐团邀请了世界最著名的三大男高音歌唱家同台演出，可谓是空前盛况，一票难求。他们分别是：卢恰诺·帕瓦罗蒂、普拉西多·多明戈、何塞·卡雷拉斯。虽然三人都是男高音，但是声音却各有特点，或者说差异相当大。帕瓦罗蒂是高音C之王，嗓音丰满、充沛、透亮，具有干净的穿透力；多明戈有“歌剧之王”的美称，他的声音非常圆润；卡雷拉斯有一副令人心醉的甜嗓子。为什么三人都是高音还会有如此大的不同呢？原来这一切都是由声音的三个特性决定的，即响度、音调和音色。
响度
如果你轻轻地敲打鼓面，鼓面只是上下轻微地振动，这个轻微的振动被传到空气中，你只能听到轻微的声音。如果你用力击打鼓面，振动就会加剧，你就会听到比较大的声音。这种你听到的声音大小强弱的主观感受，我们把它称为音强，又叫作响度，也就是生活中常说的音量。
声音的响度取决于振动的幅度。振动的幅度越大，发出声音的响度越大。人们为了把对声音的感受量化成可以检测的指标，就把音量进行分“级”——声压级，以便客观地表示声音的强弱，其单位称为“分贝”（dB）。科学家把人耳能听见的最弱声音的强度定为0dB，这是听觉的下限。l0dB相当于微风吹拂树叶的沙沙声。分贝数越大，表示声音越强。
典型声级示意图
现代医学证明，强声波可以引起人体多方面的生理反应，如血压升高、淌汗、心跳加快等。多次听嘈杂的音乐会可能使人产生耳鸣现象；震耳欲聋的乐曲可以穿透人的耳膜，使人永久失聪。所以，减少和防止噪声污染对于保护人们的正常生活意义重大，常用声级计来检测环境中的声强。
音量还与声源的距离有关，同时也与音色和音高有关。声音还有“遮蔽”现象，即当两个声音同时发出时，强的声音就会掩盖住弱的声音，也就是说某一声音越强，响度越大，其遮蔽效应就越明显。
想一想
钢琴上有很多键，但是每个键发出的调子是不一样的，你知道这是为什么吗？
音调
声音不但有强弱，而且有高低。声音的高低程度叫作音调，不同的音调是怎样产生的呢？让我们来做一个小实验。
1．找一张有弹性的硬纸板，一辆自行车。
2．把自行车支起来，一只手转动自行车的脚踏板，另一只手拿着硬纸板，让纸片的一头伸到自行车后轮的辐条中。
3．先慢慢转，这时可以听到纸片的“轧轧”声；再加快转速，纸片发出的声调就会变高；当转速达到一定程度时，纸片就会尖叫起来了。
很明显，纸片音调的变化，是和纸片每秒钟振动的次数有关系的，当车轮旋转比较慢的时候，纸片每秒钟振动的次数比较少，发出的声音比较低沉；车轮旋转得比较快的时候，纸片每秒钟振动的次数就多了，发出的声音就比较尖锐。振动着的物体在1秒钟里完成的振动次数叫作频率，频率的单位是赫兹，符号是Hz。
钢琴的最低音的频率是27赫兹，最高音的频率是4000赫兹，可见钢琴所包含的频率范围非常广泛，所以它能演奏出丰富多彩的乐曲。像钢琴这种键盘乐器中，靠左边的键发出的音调低，靠右边的键音调高。
勤劳的小蜜蜂用440赫兹的频率“高调”地飞出去采蜜，当它们满载而归的时候，翅膀振动的频率降到330赫兹，有经验的养蜂员根据蜜蜂的歌声，就能判断出它们是否采到了蜂蜜。
小提琴的四根弦中，最细的弦音调最高，最粗的弦音调最低。
人和一些动物的发声和听觉的频率范围
频率／Hz
人对于高音和低音的听觉有一定的限度，频率过高或者过低的振动都不能引起听觉。大多数人能听到的声音的频率范围是20~20000赫兹之间，频率低于20赫兹的叫作次声波，频率高于20000赫兹的叫作超声波。
有的动物能听到或发出超声，狗能听见38000赫兹的超声，蝙蝠能发出和听到1000~120000赫兹的超声。有的动物则能听到次声，老鼠就能听到16赫兹以下的次声，当海洋里发生大风暴或者海啸的时候，就会向陆地传播次声波，人听不到，老鼠们却能听到，它们预感到了危险，就会成群结队地逃跑。
音色
不同的人即使唱同一首歌，说同一句话，人们依然能区分出每个人的声音。这是因为每个人的声带具有不同的品质，这种独特的品质叫作音色或者音品。我们常夸一个人有一副好嗓子，就是指他的音品或者音色好。
据科学家研究，绝大多数声源发出的声音都不是单独一种频率的纯音，而是以一种频率为基础，伴随着其他频率的复合音。例如，钢琴的琴键以100赫兹的主频率振动的时候，除了发出100赫兹的声音以外，还有许多较弱的声音，这些声音的频率都是100赫兹的倍数。在复合音中，声音最强，频率最低的音叫作基音，那些伴随基音的、频率是基音频率整数倍的叫泛音。基音决定声音的音调，泛音影响声音的音色。
想一想
大提琴和小提琴即使演奏同一首曲目，发出的声音依然区别很大，大提琴深厚低沉，小提琴悠扬婉转，这是为什么呢？
我们举个例子，假如小提琴和萨克斯的基音都是100赫兹，但是小提琴发出的声音包含16个泛音，而萨克斯只含有10个泛音，它们的音色当然完全不同了。每件乐器的音色取决于乐器的发音方式、制作材质、结构等自身条件，此外演奏技巧对乐器的音色也是有影响的。
响度、音调和音色构成了声音的三要素，千变万化的声音都是由这三要素构成的，我们掌握了各种声音的三要素，就能制造出我们需要的各种音响效果了。
火星实验室
自制水瓶琴
实验器材
8个玻璃瓶子 水 小木棒
实验步骤
1．在8个瓶子里分别装上高低不同的水，并使它们依次从低到高排列。
2．仔细调节每个瓶子里水的高度，敲击它们，使它们依次发出“1，2，3，4，5，6，7，1”的声音来。
3．根据简谱演奏出一首简单的乐曲。
实验现象
敲击瓶子时，是瓶内水振动发出声音。当水多时，空气少，敲时音调低；当水少时，空气多，敲时音调高。
实验原理
声音是由发声体的振动产生的，振动的频率越高，音调越高；振动的频率越低，音调越低。
【火星实验】
实验名称：电子琴
实验器材：电子琴套件
实验过程：扫描二维码，关注“火星人俱乐部”微信公众号，回复关键词“电子琴”即可观看精彩视频内容。
火星故事
孤独的“52赫兹”
2015年的秋季，一个由科学家和纪录片摄制团队组成的考察组出海搜寻世界上“最孤独”的鲸。这头鲸自1989年起，美国海军声呐系统经常会探测到，它常年游荡在北太平洋海域，迄今已经有20年了。它发出的声音的基本频率是52赫兹，却没有一个来自同伴的回应。它的行踪或东西，或南北，或毫无头绪，但它从不留恋某处，从不长期驻足。科学家通过分析声呐录音发现，大部分雄性长须鲸或蓝鲸的歌声频率大约在17~18赫兹，这个频率太低了，人的耳朵是无法听见的。但这头孤独的雄性鲸，它歌唱的声音频率竟然是在52赫兹！人们将这头会发出52赫兹频率叫声的鲸称作“世界上最孤独的鲸”。
从发现“52赫兹”至今，20多年过去，它的频率渐渐降低，现在只有50赫兹左右。它到底是谁？是一头变异的蓝鲸？是两种鲸偶然的杂交后代？还是一个我们从不知道的物种的最后一员？我们唯一能确定的就是，这个声音会在将来某一天彻底消失。那时如果我们还没有找到答案，就再没可能知道答案了。
头脑大爆炸
课后练习
1．在接听电话时，我们很容易分辨出熟人的声音，这主要是根据声音的（ ）来判断的。
A．音调
B．音色
C．响度
D．频率
2．吉他是年轻人喜爱的一种乐器。在演奏前，需要调整琴弦的松紧程度，这样做的目的是调节琴弦发声时的（ ）。
A．音色
B．音调
C．响度
D．频率
3．人耳听到的声音超过75分贝会觉得不舒服，这指的是声音的（ ）。
A．音调
B．响度
C．音色
D．振幅
4．声音的三要素是____、____、____。
5．乐谱上的“1、2、3、4、5、6”是指声音的____，公共场合听歌需要增大音量，实际上增大的是声音的_____，我们听声音就很容易分辨出各种乐器是根据声音的_____。
6．当一辆救护车迎面驶来的时候，听到声音越来越高；而车离去的时候声音越来越低，这属于_____效应。
课后拓展
小朋友想一下、为什么吉他和八音盒也能发出不一样的悦耳声音呢？