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【声学语音学】基频、谐波和频谱图

发表时间:2025-09-17 阅读:

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前几篇讲到的都是简单周期波,而自然界中的声源产生的声音基本上都是复杂声波,复杂声波可以分为复杂周期波和复杂非周期波,比如元音是复杂周期波,擦音是典型的复杂非周期波。
复杂周期波可以拆分为多个正弦波,这些正弦波中有一个正弦波的频率和复杂周期波的总体周期频率一样,这个正弦波是基波,它的频率就是基频。而其他正弦波的频率是基频的整数倍,这些就叫谐波。可以说复杂周期波中,除了基波和谐波就没其他波了(工程上可能有特殊情况)。
比如有一个复杂周期波的频率是100HZ,总共可以分解为三个正弦波,那么它的基波是频率为100HZ的正弦波基波的频率是基频(语音学教程中管基波叫“基音”),第二谐波是频率为200HZ的正弦波,第三谐波是频率为300HZ的正弦波。就是整数倍。
频谱图就是把这些谐波按照顺序画到一个横坐标是频率,纵坐标是振幅的坐标系中。
比如,图1中是一个声源频谱,这个频谱中,一千赫兹以内有五个尖尖,第一个是基波的尖尖,其他依次是第二,第三,第四谐波的尖尖,如果基波的频率是200HZ,那么第二谐波频率是400,第三是600,第四是800HZ。
图2中A是一个特殊波形“三角波”的波形图和频谱图,三角波是一种人造波,它的谐波频率都是基频频率的奇数倍的波,他的基频是125HZ,第三谐波375 hz ,第五谐波是625 hz。
图2中B是一个人发元音[a]时候的波形图和频谱图,基频是125赫兹,第二谐波250,第三谐波375赫兹。
看波形图,他们的频率都差不多8毫秒,但他们的频谱图不一样,为什么?
首先,频谱图是把这个八毫秒以内的波形分解为多个谐波的图(谐波都是正弦波)
所以即便这两个图的基频一样(8毫秒),但是他们其他谐波的振幅不一样,这是第一,(三角波的基频的振幅最大)
谐波的频率也不一样(三角波没有偶数谐波,而且[a]是经过声腔调音过的)
这里需要知道的是以下几点:
复杂周期波可以分为多个正弦波,也可以说复杂周期波的多个正弦波的集合。
这些正弦波中,频率和复杂周期波的频率一样的正弦波是基波,它的频率是基频,其他正弦波是谐波,他们的频率是基频的整数倍。
频谱图是把复杂周期波的一个周期内的基波和所有谐波依次画到了 频率-振幅坐标系中得到的图。

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