來源：聲學(xué)論壇

聲學(xué)理論中影響音質(zhì)（音色）的諸多要素聲學(xué)中影響音高的頻率和影響音量的振幅比較好解釋，而影響聲音的音質(zhì)則是一個(gè)比較復(fù)雜的現(xiàn)象，它涉及多因素，而對音質(zhì)的把握恰恰是計(jì)算機(jī)音樂聲音合成中關(guān)鍵的理論部分。這一章我們專門介紹這方面的聲學(xué)現(xiàn)象。

4.1相位

用來表示聲波振動在某一時(shí)域狀態(tài)下的一個(gè)量叫做相位。相位通常用角度來標(biāo)示，稱為相位角，簡稱相。

一個(gè)圓是360度，所以在一個(gè)波形振動周期之內(nèi)，相位的輪輻點(diǎn)沿著輪子也轉(zhuǎn)動了360度。輪子轉(zhuǎn)動一圈，輪輻點(diǎn)高度的正弦運(yùn)動也完成了一個(gè)周期。在測量一個(gè)波形某一個(gè)特定點(diǎn)的相位之時(shí)，經(jīng)常把波形值為0并且處于上升狀態(tài)的位置作為參考點(diǎn)。當(dāng)波形處于參考點(diǎn)之時(shí)，它的相位是0度。在頂點(diǎn)之時(shí)，波形的相位是90度，當(dāng)波形為0并且呈下降趨勢時(shí)，相位是180度，表示波形正處于一個(gè)360度周期的中間。在波形達(dá)到最小負(fù)數(shù)值之時(shí)，它的相位是270度，然后就返回到其原始起點(diǎn)值0，或者是360度相位。此時(shí)波形已經(jīng)返回到其開始運(yùn)動之點(diǎn)。圖4-1顯示了我們所描述的一個(gè)周期波形相位與一個(gè)圓360度之間的關(guān)系。

相可以用來比較兩個(gè)波形之間的相應(yīng)位置。把其中一個(gè)波形確定為參考波形。然后把另一波形上的位置同其加以比較。如圖4-2，波形a先于波形b，也就是說，它比波形b早一步達(dá)至振幅頂點(diǎn)。為了量化波形之間的關(guān)系，可以用相位來測量它們之間的距離。在圖中，兩個(gè)波形之間的差別是30度，因此就可以說波形a領(lǐng)先波形b30度。也就是說，波形b與波形a的相位差30度。不過，只有波形具有相同的頻率，或者在更為普遍的情況下，當(dāng)頻率的比例為整數(shù)之時(shí)，這兩個(gè)波形之間的相位比較才具有意義。

從相位的角度看正弦波形，我們可以區(qū)分兩種主要形式，即正弦波和余弦波。它們的形狀是相同的，僅僅是相位不同。正弦波的參考相的位置是波形超始值為0并且處于上升趨勢的地方，余弦波的參考相的位置是波形起始值處于其級數(shù)的最高值。圖4-3中，在同一個(gè)軸線上同時(shí)描繪了一個(gè)正弦波和一個(gè)余弦波。應(yīng)該注意，余弦波領(lǐng)先正弦波90度，因此余弦波和正弦波之間相差90度的相位。

4.2相位消長（PhaseCancellation）

相位正負(fù)級（PositiveandNegative）變化形成相位的消長，最終影響合成波的變化。如果兩個(gè)波形正、負(fù)變化一致，則稱為它們相同；如果這種變化完全相反，則稱為它們?yōu)榉聪唷２ㄐ沃g相在時(shí)間上的不同叫做相位偏移，如果將兩個(gè)有相位偏移的波形組合，則在新的波形中會產(chǎn)生相長干擾和相清干擾。從而影響整個(gè)聲音的音色。

這里只是列舉最簡單的合成波與相位消長的三種關(guān)系。下圖中，疊加前的波用深色線表示，合成波用淺色線表示。

圖4-4顯示，a波加b波，兩者振幅不同，但相位相同，相位的正負(fù)級相加，得出了聲音加強(qiáng)了的c波。

a波減b波，振幅不同，相位相反，兩個(gè)波形正負(fù)極相抵消，得出聲音減弱的c波。

疊加了兩個(gè)頻率、振幅相同，相位也完全相同的正弦波，得出的結(jié)果是在聲音的其他參數(shù)不變的前提下，音量（振幅）增大。

 
180度相位的正弦波形同0度相位的正弦波形，其相位正好是相反的。換句話說，當(dāng)0度的波形為正數(shù)值時(shí)，180度的波形是負(fù)數(shù)值。反之亦然。180度的波形經(jīng)常被稱為出相（OutofPhase）。

圖4-7是將前面其中的一個(gè)正弦波拖動半個(gè)周期，相位在180度上，使一個(gè)正弦波相位的正級對應(yīng)另一正弦波相位負(fù)級，形成相位的正負(fù)級抵消，合并后所得出的結(jié)果就是靜音。

在聲音合成中，相位調(diào)節(jié)技術(shù)非常重要，它直接影響一個(gè)聲音信號的頻譜和音質(zhì)。比如一種常用的相位調(diào)節(jié)技術(shù)英文稱作Phasing,或Flanging，國內(nèi)同行流行稱作鑲邊技術(shù)，是將相同的兩個(gè)波信號以非常微小的延持間隔（在25毫秒至10毫秒之間）結(jié)合起來，兩個(gè)信號的結(jié)合影響了頻譜的內(nèi)容。從而形成一種特殊的效果。

4.3簡稭波與復(fù)合波

前面提到，一個(gè)波形振動曲線如果隨時(shí)間按三角函數(shù)正弦的規(guī)律來變化，稱為簡諧振動，簡諧振動產(chǎn)生的波人們稱為正弦波或簡諧波。簡諧波和正弦波是一切（波形）聲音振動的最基本類型。

如果將兩個(gè)或多個(gè)正弦波合在一起時(shí)，被稱作波的疊加，疊加后形成新的波，稱為復(fù)合波。多個(gè)不同頻率、振幅的波同時(shí)出現(xiàn)，可以產(chǎn)生很復(fù)雜的合成現(xiàn)象。我們?nèi)粘＝佑|的聲波往往是多復(fù)合波而不是簡諧波。復(fù)合波理論是解讀聲音音色的最關(guān)鍵因素。

圖4-8顯示了兩個(gè)不同頻率的正弦波相加得出的復(fù)合波波形。

絕大多數(shù)的聲音都由復(fù)合波構(gòu)成，即在聲學(xué)振動方面都是復(fù)合振動。以弦的振動為例：一根空弦在振動的時(shí)候，除了全弦振動（產(chǎn)生基音）之外，該弦還等分為2，3，4，5，...段，各自同時(shí)分段振動，產(chǎn)生許多不同音高組成的泛音列。在聲學(xué)上又稱諧波序列。諧波序列中第一個(gè)音一般稱為基音。

諧波