用Adobe Audition软件探究影响倒水时声音特性的因素

黄雯静 程敏熙

(华南师范大学物理与电信工程学院 广东 广州 510006)

1 引言

在日常生活中，几乎到处都可以听到各种声音，我们发现往不同材质的杯子倒水、从不同高度倒水、往不同形状的杯子倒水，相等时间倒不等量的水发出的声音差别很大.可见，杯子的材料和形状、倒水的高度以及单位时间的水流量都会影响倒水过程的声音特性.针对以上现象，本文采用Adobe Audition软件探究上述因素对倒水时声音特性的影响，进行多次实验，得出定性结论[1～3].

2 软件介绍

Adobe Audition软件简称Au，是由Adobe公司开发的一个专门的音频编辑和混合环境，其采样率为48 000Hz，位深度为32位(浮点)，能提供先进的音频剪辑、混合、控制和效果处理功能.利用该软件对声音进行分析，能够同时得到频谱频率显示图和频谱音调显示图，所得到的声音特征图谱，水平方向为时间轴，竖直方向为频率，显示区域颜色表示振动的幅度，越深代表响度越大[4].

3 实验设计

3.1 探究水杯材料对倒水声音特性的影响

采用底面积和高度都相同的瓷质杯、塑料杯、保温杯和玻璃杯进行实验，控制单位时间水流量相同，从距离杯口10 cm处向杯中倒水，得到频谱频率显示图和频谱音调显示图，结果如图1～8所示[5].

3.1.1 不同材料水杯倒水的频谱频率显示图

图1 瓷质杯的频谱频率显示图

图2 塑料杯的频谱频率显示图

图3 保温杯的频谱频率显示图

图4 玻璃杯的频谱频率显示图

图5 瓷质杯的频谱音调显示图

图6 塑料杯的频谱音调显示图

图7 保温杯的频谱音调显示图

图8 玻璃杯的频谱音调显示图

图1～4为4种不同材料的杯子倒水声音的频谱频率.

通过分析可知，随着倒水量的增多，4个杯子的主体频率都在增大，即空气柱越短，声音频率越高.开始往瓷质杯倒水时，声音比较杂乱，经过一段时间才表现出主体频率，而其他杯子从开始倒水就表现出主体频率，且响度很大.保温杯表现出两种主体频率，但第二种频率逐渐减弱.整个倒水过程中，塑料杯的声音最为嘈杂且响度大，保温杯的响度次之，玻璃杯的响度较小且杂音较少，瓷质杯的响度最小.

3.1.2 不同材料水杯倒水的频谱音调显示图

通过分析可知，瓷质杯的音高范围为1 kHz～1.9 kHz，集中在1.6 kHz～1.9 kHz；塑料杯的音高范围为700 Hz～1.8 kHz，集中在1.2 kHz～1.8 kHz；保温杯的音高范围为700 Hz～1.8 kHz，分布比较零散；玻璃杯的音高范围为900 Hz～1.5 kHz，分布比较零散.

3.2 探究倒水高度对倒水声音特性的影响

控制单位时间水流量相同，从距离杯口5 cm,10 cm,15 cm,20 cm处向同一个玻璃杯倒水，得到频谱频率显示图和频谱音调显示图，实验结果如图9～16所示.

图9 距杯口5 cm的频谱频率显示图

图10 距杯口10 cm的频谱频率显示图

图11 距杯口15 cm的频谱频率显示图

图12 距杯口20 cm的频谱频率显示图

图13 距杯口5 cm的频谱音调显示图

图14 距杯口10cm的频谱音调显示图

图15 距杯口15 cm的频谱音调显示图

图16 距杯口20 cm的频谱音调显示图

3.2.1 不同高度倒水的频谱频率显示图

通过分析可知，对同一个玻璃杯，从不同的高度倒水，主体频率变化不大.离杯口5 cm处倒水，主体频率的响度最小，杂音最少；离杯口10 cm处倒水时，主体频率的响度比离杯口5 cm时更大，且杂音更多；离杯口15 cm处倒水时，主体频率的响度比离杯口10 cm时更大，杂音更多；离杯口20 cm处倒水时，声音整体响度明显增大，且主体频率的响度也增大，声音也最为嘈杂.

3.2.2 不同高度倒水的频谱音调显示图

通过分析可知，距杯口5 cm倒水的音高范围为200 Hz～1.8 kHz，集中在900 Hz～1.8 kHz；距杯口10 cm倒水的音高范围为900 Hz～1.5 kHz，分布比较零散；距杯口15 cm倒水的音高范围为400 Hz～1.4 kHz，集中在800 Hz～1.2 kHz；距杯口20 cm倒水的音高范围为400 Hz～1.8 kHz，集中在1.4 kHz～1.8 kHz.

3.3 探究杯子形状对倒水声音特性的影响

在距离杯口10 cm处，控制单位时间水流量相同，向高度相同的圆柱玻璃杯、四角玻璃杯、八角玻璃杯、九角玻璃杯倒水，得到频谱频率显示图和频谱音调显示图，结果如图17～24所示[6].

图17 圆柱玻璃杯的频谱频率显示图

图18 四角玻璃杯的频谱频率显示图

图19 八角玻璃杯的频谱频率显示图

图20 九角玻璃杯的频谱频率显示图

图21 圆柱玻璃杯的频谱音调显示图

图22 四角玻璃杯的频谱音调显示图

图23 八角玻璃杯的频谱音调显示图

图24 九角玻璃杯的频谱音调显示图

3.3.1 不同水杯形状倒水的频谱频率显示图

通过分析可知，圆柱形玻璃杯和四角玻璃杯的主体频率明显，而八角玻璃杯和九角玻璃杯的主体频率在前期比较明显，随着倒水量的增加，主体频率逐渐模糊.此外，圆柱形玻璃杯和四角玻璃杯的声音响度更大，也更杂乱，而八角玻璃杯和九角玻璃杯除主体频率较突出外，杂音更少，响度小[7～13].

3.3.2 不同水杯形状倒水的频谱音调显示图

通过分析可知，圆柱玻璃杯的音高范围为900 Hz～1.5 kHz，分布比较零散；四角玻璃杯的音高范围为700 Hz～2.2 kHz，分布比较零散；八角玻璃杯的音高范围为1 kHz～2 kHz，分布比较零散；九角玻璃杯的音高范围为1 kHz～2.2 kHz，集中在1 kHz～1.6 kHz.

3.4 探究单位时间水流量对倒水声音特性的影响

3.4.1 不同水流量倒水的频谱频率显示图

通过调节水龙头的开关，得到不同流量的水流，从距离杯口10 cm处流向玻璃杯，录下小水流、中水流、大水流以及满水时的声音，得到频谱频率显示图和频谱音调显示图，实验结果如图25～32所示.

图25 小水流的频谱频率显示图

图26 中水流的频谱频率显示图

图27 大水流的频谱频率显示图

图28 满水时的频谱频率显示图

图29 小水流的频谱音调显示图

图30 中水流的频谱音调显示图

图31 大水流的频谱音调显示图

图32 满水时的频谱音调显示图

通过分析可知，水流量较小时，声音的响度较小，但主体频率比较清晰；当水流量较大时，声音的响度增大，且更为嘈杂，主体频率较为模糊；当水流量更大时，声音响度明显增大，表现出多种主体频率，且大水流的主体频率比小水流的主体频率更高；当满水时，声音的整体频率最高，而频率较低的声音响度很小，而且有一部分频率极低的声音被屏蔽起来了[14].

3.4.2 不同水流量倒水的频谱音调显示图

通过分析可知，小水流的音高范围为700 Hz～2.2 kHz，分布比较零散；中水流的音高范围为1.1 kHz～2.2 kHz，集中在1.6 kHz～2.2 kHz；大水流的音高范围为2 kHz～2.3 kHz，分布相当集中；满水时的音高范围为1.6 kHz～2.5 kHz，集中在2 kHz～2.3 kHz.

4 实验结论

综上所述，本文采用控制变量的方法，利用Adobe Audition软件探究水杯材料、倒水高度、水杯形状以及单位时间水流量对水杯倒水过程的声音特性的影响，实验结果表明以上因素对倒水声音特性有显著影响，详细结果如表1所示.

表1 用Adobe Audition软件探究影响倒水时声音特性的因素

续表1