草根影响力新视野 编译/陕红宇

人耳是一个了不起的传感器，它可以检测各种声音，但通常无法分辨相似音调之间的细微差异。人脑也不能“录制”声音并进行回放和分析，但这种能力可以帮助购物者寻找优质乐器，还可以帮助声乐教练。 现在有两个青少年正在寻求此类技术来应对这种声学挑战。

15岁的伊莎贝尔与14岁的汉娜•舒在一个科学竞赛项目中，对音乐音调进行了详细的数学分析，并成功进入决赛。

声音分析

汉娜从八岁起就一直拉小提琴，她对此感到疑惑：高价的小提琴会比廉价的小提琴产生更好的音乐吗？ 为了回答这个问题，她转向数学求助，并用数学来比较不同乐器产生的音调。

十几岁的她用不同的小提琴在智能手机上录制了相同的音符。然后计算机软件将这些记录的声音转换为图形。在她的图表中，强大的音调频率以亮黄色显示，柔和的紫色描绘较弱的音调。 汉娜使用这些图表来评估每个小提琴的整体音质。

理论上音符具有单一频率，汉娜指出实际上并非如此。她解释说，诸如小提琴之类的弦乐器产生的“音符”包含一定范围的频率。主导音应该是所谓的基频，也就是弦作为一个整体来回振动时发出的声音。 琴弦运动的高频成分会产生泛音。当弦以波浪状的方式来回振动时，它们就会发展。弦的一端与另一端之间的波数越大，该特定泛音的频率越高。

通常如果基频大于其泛音，则音乐音调会令人愉悦。但是劣质乐器并不总是会发出这样的音调。基本面可能仅比其泛音高一点。 在某些情况下，泛音可能占主导地位。

汉娜测试的八种最昂贵的小提琴平均价格都超过8,000美元，最便宜的略高于1,250美元。最昂贵的乐器往往会产生更好的音调，但一些低成本的乐器听起来几乎与昂贵的小提琴一样好。

她现在建议，她所做的分析类型可能会帮助小提琴购物者理智选择。

音速靶心（Sonic bull’s-eye）

伊莎贝尔说，当专业音乐家指代音乐音调时，他们经常使用“胖”，“明亮”或“柔和”之类的词，很含煳且有多重解释。外行人听会很困惑。因此，伊莎贝尔决定用数学方式清晰的描绘音调，提供对所有人同样有用的数据。

伊莎贝尔记录并分析了弦乐器产生的音乐音调，并使用了汉娜测试中其中三个品牌的钢琴。

她首先分析了每种乐器的10种不同的所谓中间C音符录音，它的基本频率约为261赫兹。 她为每个品牌计算了中间C基调的平均强度或音量，她对音符的前六个泛音都进行了相同的处理，然后她绘制了每种品牌钢琴的七个频率。

她表示，每种品牌的钢琴都有不同的频率平衡，她使用不同颜色的戒指来描绘自己的频率图。生成的地图看起来像弓箭手的目标。靶心的蓝色中心代表基本频率，外面是绿色的环，它描绘了第一个泛音。那个戒指外面依次是黄色、橘子色、紫色、黑色和深绿色的戒指，每个环的宽度与该泛音的音量有关。

这样的地图为该乐器提供了笔记的“指纹”类型，只需稍作练习，就可以学会阅读图形并解释音符的频率平衡。

她五颜六色的靶心可以找到多种用途。例如，这可以用来监视钢琴音调随时间的变化情况；声乐教练可以记录学生的声音，然后显示其频率混合。最后，教练可以将指纹与专家演唱的该音符的理想频率混合进行比较。

资料来源：https://www.sciencenewsforstudents.org