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怎样按听感重新刻一把频率的尺子:梅尔刻度

上一课把纵轴改成按倍数刻,理由是音乐里一个八度就是频率翻一倍。可人耳并不完全按倍数听。有个老实验能说明这件事:C2 升到 C4,和 G6 升到 A6,两次的振动快慢只差 196 和 192 —— 几乎一样;可前者听起来跨了两个八度,后者只跨一个全音。同样的差值,听感差 12 倍。这一课把频率轴换成一把按听觉实验刻出来的尺子,再用十个三角形把 1025 行压成 10 行。

二十三课中的第十七课,把频率轴换成按听感刻的梅尔刻度

完整代码在第 17 课脚本,运行环境沿用课程总纲里的一次性配置。

一个实验:同样差两百赫兹

拿两对音来听。下面每个音后面括号里那个数是它的频率也就是一秒振动多少次,单位写作 Hz,读作赫兹。

  • 第一对:C2(65.41 Hz)升到 C4(261.63 Hz)
  • 第二对:G6(1567.98 Hz)升到 A6(1760.00 Hz)
C2 -> C4  差 196.22 Hz
G6 -> A6  差 192.02 Hz
两者相差 1.02 倍,几乎一样

可听起来完全不是一回事。 用音乐里的半音去量——钢琴上相邻两个键就是一个半音——结果是:

C2 -> C4  跨 24 个半音(两个八度)
G6 -> A6  跨  2 个半音(一个全音)
两者相差 12 倍
两对音在赫兹上间隔几乎相同,在音程和梅尔刻度上却相差很多

图 1:横轴是赫兹。两个括号一样宽,只是位置不同。下面三行是同一对音在三把不同的尺子下量出来的结果。

赫兹这把尺子量的是「振动快了多少」,不是「听起来差多远」。 低频那一段,人分得极细——几十赫兹的变化就是一个明显的音程;高频那一段,同样几十赫兹几乎听不出来。

上一课已经处理过这件事的一半:纵轴改成按倍数刻之后,一个八度不管在高音区还是低音区都占一样的高度。但那只是音乐的结构。人耳的实际反应比「按倍数」更复杂,尤其在很低的频率上。

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