對“好壞碗”所發聲音的討論

物理新教材第一章《聲現象》有這樣一個問題：“買瓷碗時，人們常會敲一敲碗，通過聲音來判斷碗是否有破損。這個方法是應用了聲音的什么特征？”一見這個問題，我們根據老經驗會不假思索地回答是根據“音色”，因為以前做過一道這樣的題：“鑒別碗的質量好壞是根據碗的音色”。隨后翻看教學參考書，答案卻是：“根據碗的音色和音調的，主要是音調”。這不禁讓我們大感意外，第一反應就是“教參一定是弄錯了”。但隨后冷靜下來反思：我們自己會不會弄錯了？

首先我們在概念上仔細揣摩：音調和音色有什么區別？查教師用書，音調是指聲音頻率的高低，頻率高的音調高，頻率低的則音調低。而音色較復雜，這是因為一般物體發聲時往往會有多個頻率的聲音同時發出，其中頻率最低的聲音叫基音，它的頻率就決定了物體所發聲音的音調；其他頻率聲音的強度都比基音弱，頻率都是基音的整數倍，我們把它們叫做泛音。從波形圖中則可以清楚地看出不同音色聲音的本質。由課本中的圖1．3－5可以看出，音叉、鋼琴和長笛的基頻(振幅最大的振動的頻率)相同，但是在基頻的基礎上還有一些附加的小的振動，這些小的振動和大的振動一同決定了聲音的音色。

單憑這比較抽象的概念還是難以解釋清楚。我們不得不再去尋找證據：唐朝開元年間，洛陽有一個姓劉的和尚，他的房間內掛著一幅磬，有一天，劉和尚沒有敲磬，磬卻自動響起來了。這使他大為驚奇，他的一位好朋友曹紹夔精通音律，聞訊前來探望劉和尚。經過一番觀察，他發現每當寺院里的鐘響起來時，和尚房里的磬也跟著響了。于是曹紹夔拿出刀來把磬磨去幾處，從此以后就不再自鳴了。曹紹夔說：“這個磬的律跟你們鐘樓里那口大鐘的律正好相同。因此只要飯堂里的大鐘一響，這個磬就跟著響起來。我用銼把磬銼了幾下，它們的律就不相同了。所以撞那口大鐘的時候，這個磬就不再跟著響了。”曹紹夔所說的“律”，就是現在我們所說的樂器的“頻率”。把磬銼了幾下，就改變了磬的頻率。磬的頻率和大鐘不相同了，就不會再跟大鐘發生共鳴了。把大鐘挫幾下后可理解為大鐘有些破損，因而改變了大鐘音調。所以，瓷碗有破損時，會造成缺一小塊或一道裂縫，結構會改變。因此，音色會不同。 而同時，因為碗原本振動的完整的“圓軌”也破壞了，振動的部分變長，帶動了頻率變慢，音調會降低，所以利用音調為主，利用音色為輔。再譬如，兩個原來能發生共振的音叉由于銹蝕或磕碰或刻劃會造成頻率的改變，不再發生共振。

在辨別不同的樂器時，我們主要是根據音色的不同來區分的，但在上面的問題中，壞碗由于內部損傷，其內部結構與好的碗不同，因此敲擊時它所發出聲音的音色和音調與好的碗都不相同，但最明顯的是音調不同。因此，我們主要是根據碗的音調不同來判斷他們好壞的。