音色：声音的“色彩” | 寻求 “知音”：探索声音的奥秘

在大自然中，各种物体发出的声音各有不同的特点。风吹树叶发出柔和的沙沙声，小溪流水发出轻快的潺潺声，北风呼呼地怒吼，百鸟唧唧地欢叫。

不同的物体发出的声音具有不同的特色，或者说具有不同的声音品质，这种品质通常叫作音品或音色。

正因为各种不同的发声体具有不同的音色，我们才可以区别不同的发声体。

各种乐器，即使是用同样的音高和声强奏同样的曲调，对其声音，我们仍能区别开哪种是二胡的、哪种是笛子的、哪种是小提琴的、哪种是小号的。二胡的音色柔韧，笛子的音色清脆，小提琴的音色细腻，小号的音色激昂。

每个人的声音都具有与别人不同的音色，所以我们能从电话、广播的声音中分辨出是不是熟人，是哪位熟人在讲话。如果所有人的声音都是同样的音色，那将是一个什么样的场景？我们从声音里分辨不出各个不同的人；各个歌唱家的特色几乎雷同；一部电影中各个人物的音色一律相同，这样的电影该是多么单调乏味！

是什么因素的作用使得不同的发声体发出的声音具有不同的音色呢？

本文谈谈声音的“色彩”——

乐音三要素中的音色

原来，一般物体发声时都有多个频率的声音同时发出，这种声音叫作复合音。只有音叉等少数物体发声时只发出单一频率的声音，这种单一频率的声音叫作纯音。复合音是由很多个纯音组成的。

乐音属于复合音，它可以分解成有限的多个纯音。其中频率最低的纯音的强度最大，这个频率最低的纯音叫作基音，它的频率决定复合音的音调。其他纯音的强度都比基音弱，频率分别是基音的2 倍、3 倍、4 倍、5 倍等整数倍，我们把这些纯音叫作泛音或倍音，且分别称它们为二倍音、三倍音、四倍音、五倍音等。它们决定着复合音的“色彩”。

以频率为100 赫的钢琴声为例，经过分析，发现这声音里除了强度最大的频率为100 赫的基音外，还有15 个泛音，频率分别为基音频率的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、17、18 倍。它们的强度大小参差不齐，但都比基音弱。它们的频率和振幅如图2-7 所示，其中振幅标示的是相对大小。

而频率是100 赫的黑管声，则除了频率为100 赫的基音外，还有9 个强度较弱的泛音，频率分别为基音频率的3、5、6、7、8、9、10、11、12 倍。它们的频率和振幅如下图所示。

100赫的钢琴声与黑管声的泛音

音调是由基音的频率决定的，因此以上两个基音频率相同的钢琴声和黑管声的音调相同，但听起来它们各有不同的音色，这不同的音色是由于它们具有不同的泛音。

总之，由于各种发声体的泛音个数、频率分布、强度分布等不同，形成了各种发声体千差万别、丰富多彩的音色。不同的泛音给基音以各种“装饰”，就像给同样的画面添上了不同的色彩一样。

掌握了不同乐器的声音具有不同的泛音的知识，我们可以不用钢琴而得到钢琴的声音。如果要得到频率是100 赫的钢琴声，我们可以用16 个不同频率的音叉，它们的频率如上图所示，并按图中振幅的大小给各个音叉以不同力量的敲击，使其发出与图所示的相应声强的声音，那么，这16 个音叉同时发声时，听起来就和频率是100 赫的钢琴声一样。同样也可以用10 个音叉组成频率是100 赫的黑管声。电子琴能够模仿各种乐器的声音，就是运用了这个原理，只不过电子琴是用振荡器代替音叉罢了。

乐音中的泛音越多，听起来也就越好听。其中若高音丰富，则给人以活泼愉快的感觉；若低音丰富，则给人以深沉有力的感觉。

同种乐器也有不同的音色，名贵的小提琴发声特别优美，具有华丽丰富的泛音，是一般小提琴不能相比的。提琴使用时间越长，发音也越响亮。

同一件乐器，由于乐手演奏的技巧不同，乐器的音色也会不一样。同一把小提琴，初学者可能只能拉出粗糙低哑的声音，而熟练的琴师演奏时由于指和弓精微巧妙的协调，会使琴弦发出丰富的泛音。

由于发声器官和发声习惯不同，不同的人发出的声音通常也就有不同的音色。要模仿别人的声音是很困难的，因而在案件侦破工作中也常用声谱分析法研究声纹，即“声音的指纹”。然而发声器官和发声习惯又是可以改变的，例如歌唱者经过长期的声音训练后，能唱出具有丰富泛音的柔美的歌声来。

除了以上主要因素外，随着研究的深入，发现音色的不同还与其他一些因素有关。

音色与声瞬态有关。通过仪器分析会发现，一个声音的发生，有一个由弱至强，达到稳定，然后又逐渐减弱直至消失的过程。声音的起始和结尾的瞬时状态，即音头和音尾——在声学上称为声瞬态，对音色起着重要作用。各种不同的音色，都有自己特有的声瞬态，即声瞬态是形成音色特性的重要因素。例如，把音头截掉，就很难分辨出是长笛还是小提琴；把录音磁带倒过来放，当然频谱不会改变，但音头音尾变了，音色就不同了。同一乐器的低音部分和高音部分，以及对同一乐器的演奏方法不同，声瞬态都会不同。电子琴自始至终按同一波形包络和频谱去模仿某一种乐器，使人感到呆板，这也是“电子琴模仿什么不像什么”、总带有“电味儿”的原因。

音色与超声频段的高频倍音有关。有人做过实验，把一个乐音中的20 000 ～ 50 000 赫的高频倍音“切掉”后，音色听起来有了明显的改变，这说明虽然人耳听不见超声频段的高频倍音，但其对音色的变化是有作用的。

音色与传声介质有关。这是因为同一音中的各种成分在不同的介质中被吸收的程度不同。潜水员在深水中呼吸的高压气体是成分不同于空气的氦氧混合气，在这种介质中传播的声音变得与空气中的不一样，类似鸭叫，被称为“鸭语”。语言声学正为将它复原而努力。

音色与基音、泛音在听音区中高、低频段的位置有关，因为人耳对各种频率的响度反应不同。

音色也与距声源的距离有关，因为一个音中的各种成分的衰减不同。

而且，音色还与听者的生理、心理因素有关。听力健全者和有听觉缺陷的人对音色的感觉不一样，正如面对同一个辨色板，正常视力者、色弱者、色盲者的感觉不相同一样。不同的心情也影响对音色的感觉。对音色这种客观现象的主观感觉这一课题，一直被人们研究着。

你可以在自己的智能手机上下载一个变声器软件，它可以改变你的音色，如男声变女声，女声变男声，把年轻人的声音变成老人声、成年人的声音变成娃娃声等，这就是通过改变声音的基音频率、泛音多少和强弱组成而实现的。

总之，声音是由振动产生的，由于振动的快慢不同、强弱不同，以及各种振动的组合不同，因此产生了千姿百态、丰富多彩的声音。

从以上乐音三要素的叙述中我们看到，频率、振幅、泛音是客观物理量，它们的变化引起了音调、响度、音色的主观感受的不同。

寻求"知音"：探索声音的奥秘

亲爱的朋友，以上内容来自《 》一书，为您展现了千姿百态、丰富多彩的声音世界中的一个片段。《寻求 “知音”：探索声音的奥秘》是一本向读者全面介绍声学科学的科普读物，采用漫谈形式，系统、全面地介绍声学科学，阐述关于声音的产生、传播、接收，以及声音的特性、测试和作用等基本知识。

《寻求“知音”：探索声音的奥秘》

丁时祺 著

北京：科学出版社，2025.9

（大学科普丛书）

ISBN 978-7-03-083192-7

本书前身可追溯至1988年出版的《声学趣谈》，其“回声”章节先后入选北京及全国初中语文试用教材、1992年版统编初中《语文》教材；2001 年，据此扩充的《声现象》作为全国中小学教师继续教育必修课教材由人民教育出版社出版。两本著作获多领域学界关注，有力推动了教材改革。此次扩充升级的新版本，供大中学生、中等及以上文化程度读者阅读，亦为教师、广大音乐工作者和科普工作者提供参考。值得一提的是，前身著作撰写时曾获时任中科院声学研究所所长马大猷院士热情鼓励与具体指导，更有多位学界专家、同仁提供宝贵支持。

声音兼具魅力与威力，唯有通晓其规律，方能驾驭它服务人类。古往今来，无数声学研究者历尽艰辛探寻其奥秘，他们是通晓声音的 “知音人”，以痴心与坚守为人类带来福音，更推动着文明进步。

如今现代化建设让声学焕发新生，电声学、超声学、水声学、次声学、语言声学、噪声学、建筑声学、音乐声学、生物声学、生理声学、地声学十一大分支正领域蓬勃发展。《寻求 “知音”：探索声音的奥秘》涵盖各分支入门知识，更抛出许多待解课题，任你驰骋！

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本文摘编自《寻求“知音”：探索声音的奥秘》（丁时祺著. 北京：科学出版社，2025.9）一书“第二章 声音的特性”“前言”“尾声：寻求“知音””，有删减修改，标题为编者所加。

（ 大学科普丛书）

ISBN 978-7-03-083192-7

责任编辑：常春娥 张翠霞

本书是一本向读者全面介绍声学科学的科普读物，涉及人们生产和生活的多方面知识，全面、系统地叙述关于声音的产生、传播、接收、性质及其与其他物质相互作用的客观规律，介绍声学发展史及现代声学的各个分支。通过浅显的趣谈引导读者通过观察与实验了解声现象的基本规律与探索声现象规律的思路和方法等，激起读者探索声现象和大自然的浓厚兴趣，引导青少年关心声学科学，为声学的发展贡献力量。

本书可供对物理学知识，尤其是对声学相关内容感兴趣的读者和广大音乐工作者 阅读，也是社会公众了解声音有关内容的重要读物。

（本文编辑：刘四旦）

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