听声音(四)：声音的「光谱」

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听声音(四)：声音的「光谱」

在上一篇文章，我们了解到了声音是一种「波」，所以声波当然也跟各种其他形态的波一样，会有互相相加、抵消、干涉等等的反应。我们也示范了调音师为什么光凭听两条弦互相干涉造成的音量变化，就可以知道你家的钢琴准不准。

听声音(三)：调音师怎么知道钢琴准不准？

今天开始的接下来几篇文章，我们要继续深入讨论关于声音频率的问题：我们可以听到的频率范围有多宽？我们感知声波和光波的方式有什么不同？Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si 是怎么来的？为什么这些音是这么高？是谁决定的？为什么我们可以有各种不同高度的Do？⋯⋯

你看得到电磁波

在说声波的频率之前，我们先来聊聊「电磁波」的频率。

我们描述电磁波频率的用语，跟描述声音一样，都是使用「赫兹(注1)」（Hz）这个单位。人类日常生活中使用的电磁波频率，可以低至某些无线电波的3,000 Hz，高至机场海关检查包包用的X 射线的30,000,000,000,000,000,000 Hz。


在这么宽广的电磁波频率范围当中，有其中一小段频率是你的眼睛可以侦测到的，我们把这个范围内的电磁波叫做「可见光」，基本上你每天睁开眼睛看到的所有东西，就是你周遭物体发出或反射的一段特定频率的电磁波。

可见光的频率范围大约是400,000,000,000,000 Hz 到790,000,000,000,000 Hz 左右（或写成400-790 THz，如果你不喜欢写太多0 的话），你的眼睛接受到这个频率范围之内的电磁波，就会把它的频率告诉大脑，然后你的大脑就会觉得它「看」到了一个颜色。

没错，你每天看到的多彩的世界，其实就只是你的大脑侦测到周遭的电磁波之后产生的幻觉而已。

红橙黄绿蓝○紫

然后我们把刚刚说的400 到790 THz 的频率，选择其中一些范围，将它们取名字，我们就可以互相沟通我们侦测（看）到了什么频率的电磁波了。如以下的光谱图，譬如说我们把400-484 THz 的电磁波取名叫做「红色」，606-668 THz 的叫做「蓝色」等等。


到这里你可能会注意到两件有趣的事：

第一是每种颜色名称的范围其实不一样大，像是我们把526-606 THz 这么大一片范围都叫做「绿色」，而「黄色」的范围只有短短的508-526 THz 而已。

第二件事是，这张表并没有七色彩虹中的「靛色」，那是因为牛顿(注2)当时认为的蓝色(blue) 和靛色(indigo)，已经跟现代惯用的说法不同。他那时候说的「蓝色」，其实是我们现在叫做「青色」(cyan) 的东西，而「靛色」才是比较接近现在说的「蓝色」，不过这就是另一个跟音乐主题无关的故事了。

声音的「光谱」

不过别被可见光超大的频率数字吓到了，虽然400,000,000,000,000 Hz 到790,000,000,000,000 Hz 看起来是超级宽的频率范围，但是如果你以比例的方式来看，人眼可见的最低和最高频率的比例，其实才差不多等于1:2 而已。

而如果你对照人耳可以听到的声音范围：20 到20,000 Hz，最低到最高频率可是差距1000 倍了耶，所以以比例的角度来看，我们可以感知的声音频率范围，是比视觉上宽得许多的。

如果你对于20 Hz 到20,000 Hz 的声音听起来是多高完全没有概念的话，使用下面这个YouTube 影片来感受一下人耳的整个听觉范围吧。它从20 Hz 开始慢慢升高，一直到六分钟后爬升到听觉上限20,000 Hz。提醒你先把音量转小一些，免得伤到自己的耳朵喔：


当然20 到20,000 Hz 这个范围，是生物课本上写的乐观估计而已，实际上你能听到的高频率上限，会随着你的年龄增长而衰退。Wiwi 自己现在只能听到大约15,500 Hz 左右而已了，但我有在我的小朋友学生上测试过，有一些人可以听到18,000 Hz 或更高。

Do Re Mi Fa Sol La Si

既然我们可以把不同频率的可见光取名字，那我们是不是也可以把不同频率的声音取名字呢？答案当然是可以的，你所熟知的Do Re Mi Fa Sol La Si，就是我们根据声音的频率不同而给的名字。

但是，我们要怎么决定哪个频率该叫做「Do」呢？只用Do Re Mi Fa Sol La Si 七个名字要怎么涵盖20 到20,000 Hz 这么大的范围呢？甚至，我们为什么要用七个名字呢，为什么不是八个，或九个？关于频率还有好多问题还没有解决，我们下回再继续喔！

（Wiwi）

注1：还记得吗？「赫兹」就是指「每秒钟几次」的意思。譬如，当我们说一个波的频率是60 赫兹，即表示这个波每秒钟会有60 次循环。

注2：没错，「红橙黄绿蓝靛紫」这七个颜色的名称就是牛顿取的。

cnyinpin

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