我們談論音調、響度、音色的時候，我們到底在談論什麼？（下）

二、音調

音調是人對聲調或者說音高的主觀感受。音調的衡量單位為美（Mel），而非赫茲。通常定義響度為40方的1000赫茲純音信號的音調為1000美。主觀上調子高一倍為2000美，低一倍為500美，以此類推。

對於純音信號，音調主要由頻率決定，也和其他因素相關。

音調與頻率的關係如圖：

在500Hz以下，音調和頻率基本成線性，但是對於中高頻則並非如此。

聲壓對於音調的影響如圖：

縱坐標為音調偏移百分比，一般不會超過3%，可見影響並不大。

純音音調還和聲音的持續時間有關，對於ms量級甚至更短的聲音，人無法分辨其音調。對於10-50ms的聲音，人會覺得音調在不斷變大，超過50ms的聲音，音調才會趨於穩定。

當然，實際生活中我們很少聽到純音信號。那麼對於複音，其音調又是如何確定的呢？

首先考慮一個簡單情況：這個複音是由一串諧波信號組成。所謂諧波，是指頻率為基頻整數倍的信號，k次諧波，就是說該信號頻率為基頻的k倍。比如，100Hz，200Hz，300Hz，400Hz，就是一串諧波信號，其中100Hz為基頻，200Hz為二次諧波，300Hz為三次諧波，400Hz為四次諧波。

一個基本的實驗事實是，由基頻和它的二次諧波、三次諧波直到k次諧波組成的信號，其音調主要由基頻的頻率決定。比如100Hz，200Hz，300Hz，400Hz信號，其音調基本等同於100Hz的純音信號。

另一個實驗事實是，如果去掉這串信號的基頻，該信號的音調不會發生變化，這種現象稱為「缺失基頻效應」。也就是說，200Hz，300Hz，400Hz信號，其音調也基本等同於100Hz的純音信號。

這不禁讓人感到好奇，人耳到底是如何分辨一串諧波信號的音調的？

於是有了以下實驗：

1、給定100Hz，300Hz，500Hz，700Hz這種只含有奇次諧波的信號，人耳感知的音調等同於100Hz。去掉100Hz基頻，人耳感知到的音調不變。由此可知，人耳不是通過差頻來確定音調的。

2、給定1040Hz，1240Hz，1440Hz信號，人耳感知到的音調近似207Hz。207Hz的5次諧波、6次諧波、7次諧波分別為1035Hz，1242Hz、1449Hz。而1040Hz，1240Hz，1440Hz本身是40Hz的26次、31次、36次諧波。由此可知，人耳對於信號的感知有一定的模糊範圍，並且傾向於把一串信號理解為連續的、次數較低的諧波信號。

我們尤其關心諧波信號的音調，這是因為大多數樂器演奏的聲音，就是一串諧波信號，如圖所示。

那麼，非諧波信號，其音調是如何確定的呢？

對於這種信號，人們通常是根據其能量主要集中的頻段，有一個模糊的音調感覺，並不能準確分辨其音調。

三、音色

音色是這三種中最複雜的。影響音色的要素非常多，頻譜中的大部分要素都會影響到音色，除此之外，聲音的瞬態狀況（如音頭和音尾），與音源的距離不同導致不同成分的衰減不同，都會影響音色。在這些因素里，對音色影響最大也是最直觀的要素就是諧波的包絡，基本可以理解為頻譜的樣子。兩段音調相同，響度相同的聲音，如果其頻譜看起來差距很大，就可以說兩者有著不同的音色。

參考資料：霍華德. 音樂聲學與心理聲學[M]. 北京:人民郵電出版社, 2010.