乐音感知系列(八)乐器的声学模型

本期将介绍一种简单的模型来描述各种乐器的声学特性，该模型主要用来解释弦乐器、木管乐器、打击乐器以及歌声的声学特性。

任何声学乐器都可以认为是由两大部分构成：声源和声音修饰器（声源是指乐器的振动源，声音修饰器指乐器的其他部分）。在我们所描述的简单模型中，声源称为 “输入”，而声音修饰器称为“系统”，输入经过系统后产生的结果称为“输出”。完整的“输入——系统——输出”模型如图所示。

这种模型为较好的说明、重新认识和理解各种乐器的声学特性提供了一个有用的框架。

需要注意的是，这里所说的输出是指真正的乐器输出，而不是人们听到的输出，因为听到的输出是经过了乐器演奏所在房间声学特性修饰了的。

下面将阐述怎样将“输入——系统——输出”模型扩展到包含乐器演奏环境的声学特性。当需要对乐器在某个房间里的演奏效果进行建模时，输出应该是人 们所听到的声音，而不是乐器本身产生的输出。房间成为了另一个声音修饰器，因此，在“输入——系统——输出”模型中，它应看成是系统的一部分，声学环境模块的输入应该是乐器的输出。因此，乐器在房间中演奏的完整且实用的“输入——系统——输出” 模型如下图所示，其中乐器的输出就是房间的输入。

为了使模型具有一定的实用性，必须掌握“输入”和“系统”模块的更为详细的声学特性，这样才能最终确定“输出”。

关于房间的作用，虽然我们在2020年4月发表了《厅堂声学》的文章做了介绍，但介绍得过于简单，所以ACOUTEC将在后期展开对其进行详细介绍，请持续关注我们。

2020年6月，ACOUTEC发表了一期名为《声音与听觉系列知识 Part 8 — 常见乐器发声频率》的文章，介绍了常见乐器的发声频率，以及各种乐器的几何模型与发声频率的关系，感兴趣的同学请爬楼去阅读。当然由于篇幅有限，没有对每一种乐器的模型进行展开介绍，如果大家希望我们给大家展开，请联系我们。

弦乐器、木管乐器、打击乐器以及歌声的“输入”和“系统”特性，它们详细的声学信息可以通过对其工作原理进行理论分析得到，也可以通过实验测试得到。

在实验测试中，应保证录音环境对录制的声音没有影响，或者在有影响的情况下，其影响的大小已知，并可以用数学式子反映出来。

所谓对声音没有影响的环境是指房间里不存在反射声，其理想状态称为“自由空间”。实际上，自由空间可以在消声室里获得。在消声室里，所有到达侧墙、地面和天花板的声音完全被尺寸较大的尖劈状的吸声材料所吸收。在实际应用中，也可以用无风天气下广阔的草坪来近似自由空间，这时要求录音或测试在离开地面合理的高度进行。

上图是常见乐器的发声频率图，有需要的同学可以参考（ACOUTEC在《常见乐器发声频率》那一期也用表格罗列过，大家自行收集）。

如果私信要求我们展开讲解各种乐器声学模型的同学较少，下一期我们将开始介绍音色感知。

请持续关注ACOUTEC。