什么是谐波
什么是谐波
目录
1. 问题的提出
2. “谐”字在中英文中的原意
2.1 “谐”字在汉语中的原义
2.2 “谐”字对应的英语词的原义
3.“harmonics(谐波)”概念是谁引入物理学中的?
4.“harmonics(谐波)”的数学解释
1. 问题的提出
“谐波”这个术语用于各种学科,包括音乐、物理、数学、声学、电力传输、无线电技术和其他领域。 例如,如果基波频率为 50 赫兹,这是一个普通的交流电源频率,则前三个高次谐波的频率为 100 赫兹(二次谐波)、150 赫兹(三次谐波)、200 赫兹(四次谐波)和任意加法 具有这些频率的波的周期性为 50 Hz。因此,这个概念应用相当广泛,有必要弄清楚它。
2. “谐”字在中英文中的原意
2.1 “谐”字在汉语中的原义
“谐”字,用另一个异体字解释,就是“詥(hé)”,言合(说话合得来,合众意,合众意那自然就顺,就和气,表达的就是这个意思),就是和洽(和睦融洽)。这个词用在音乐中,表达的词义就是“能让人听了之后心平气和的声音,能让人心情愉快的声音,能让人顺和的声音”,人如果听了一段美妙的声音,心情往往就顺畅,产生舒适感;反之,就容易暴怒,甚至投拆别人制造“噪音”。因此,人们喜欢听的声音,就称为“和声”、或者“谐声”、或者“和谐声”、或者“乐声”。没有几个人喜欢听“噪音”而且听了噪音还“心情顺畅”的,或许有,我们一般将之归为“异类”。那么,从物理学上来分析,为什么这两种声音“和谐声”和“噪音”会给人带来两种截然不同的感受呢,它们到底有什么特征上的区别呢,这就是我们后面要回答的问题。
2.2 “谐”字对应的英语词的原义
在英语中,与“谐”字相关的词主要有两个:“harmony”和“harmonic”。下面分别讲一讲它们的词源。
(1) harmony[ˈhɑːməni] n. 始于14世纪晚期,词义为“combination of tones pleasing to the ear (悦耳的融合音调)”,来自古法语“harmonie”和“ armonie”,词义为“和声”,此外,也用于音乐乐器名称(12世纪),来自拉丁语“harmonia”,其又来自古希腊语“harmonia”,在古希腊语中的词义为“agreement, concord of sounds (一致的,和谐的声音)”。可以看出,这个词最初词义来自音乐。
(2) harmonic[hɑːˈmɒnɪk] adj. 始于1560年代,词义为“relating to music(与音乐相关的)”,来自拉丁语“harmonicus”,其又来自古希腊语“harmonikos”,词义为“harmonic, musical, skilled in music(和谐的,音乐的,精于音乐的)”,来自“harmonia ”(见“harmony”),词义“tuneful, harmonious; relating to harmony(悦耳的,和谐的,和和谐相关的)”始于1660年代,1500年代早期词义为“armonical ”,词义为“悦耳的,和谐的”。“harmonic”作为名词使用时,实际是“harmonic tone(谐音、和音、和声)”的简写,始于1777年。
从中英文对应的词来说,“谐”这种意义都来自音乐,即乐声,和声。
3.“harmonics(谐波)”概念是谁引入物理学中的?
在大英百科全书中查到这个词的一段话:
Among Ptolemy’s earliest treatises, the Harmonics investigated musical theory while steering a middle course between an extreme empiricism and the mystical arithmetical speculations associated with Pythagoreanism. Ptolemy’s discussion of the roles of reason and the senses in acquiring scientific knowledge have bearing beyond music theory. (在托勒密最早的论文中,“和声学”研究了音乐理论,同时在极端经验主义和与毕达哥拉斯主义相关的神秘算术推测之间走了一条中间路线。托勒密关于理性和感官在获取科学知识中的作用的讨论超越了音乐理论。)
从这段话来看,最早在声学研究中使用这个概念的人是Ptolemy(公元100年——公元170 年)。也就是说,“harmonic”这个词最早也是和声音相关的。此外,Ptolemy研究声音时著了一部书叫<<Harmonica>>(谐和论,3卷)。在<<谐和论>>这部著作中,Ptolemy阐释了他的数理音乐观:“旨在建立音调是声音的定量属性的一种命题”,Ptolemy认为音调是声音在数量(quantitative)上的一种特性。
而“谐波”这个概念,据传起源于物理电磁学,电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
4.“harmonics(谐波)”的数学解释
根据Fourier定理的数学思想,任意周期函数都可以写成角频率为ω, 2ω, 3ω, 等等的无穷多项正弦函数和余弦函数的和。这些频率中的最小频率(即,ω)称为基础频率或基频(fundamental frequency),而其更高的倍频称为谐波(harmonics)。因此,我们说谐波,一定是基于一个基频而言的。
“harmonic”这个词来自音乐。乐音(a musical sound)——音调(a tone)——是由物质体(如小提琴弦(a violin string)或长笛的气柱(the air column of a flute))有规律的(regular)、周期性的振动(periodic vibrations)产生的。 这些有规律的振动会在耳朵中产生一种音高感(a sense of pitch)(pitch——音高,音符的高低度),可以将其写为乐谱上的音符(musical staff)。相比之下,非音乐性的声音——噪音(noises)——是不规则、随机振动的结果,它们通常缺乏音高感。那么,音乐就是周期性振动的范畴(realm)
乐音的音高由其振动频率决定:频率越高,音调越高。例如,音符(note) C(五线谱上的“中央C”)对应264赫兹(hertz)的频率,或周期每秒;音符 A 高于 C,达到440赫兹,音符C’ 高于C一个八度音阶(octave),达到528赫兹。[8]音程(Musical intervals)对应频率比率(ratios):一个八度音阶对应的比率为 2:1,五度音阶对应3:2,四度音阶对应4:33,依此类推(名称“八度音阶”、“五度音阶”和“四度音阶”源自这些音程在音阶(musical scale)中的位置)。
这个最简单的乐音(musical tone)是纯音(pure tone);它是由正弦波产生的,或者——用一个物理学术语来说——由简单的谐振动(simple harmonic motion)(注:谐,用另一个字解释,就是“詥(hé)”,言合(说话合得来,合众意,合众意那自然就顺,就和气,表达的就是这个意思),就是和洽(和睦融洽);体现在声音中,就是悦耳的声音,相对于读噪声而言。)产生的。纯音可以由电子合成器(electronic synthesizer)产生,但所有乐器产生的自然音调的波形图(wave profiles)虽然是周期性的,但相当复杂(图 1)。然而,根据Fourier定理,这些音调总是可以分解成它们的简单正弦分量——它们的分音(partial tones)。那么,音乐音调是复合音调(compound tones),其组成正弦波是基频(最低)频率的谐波(这些波的频率总是基频率的整数倍)。
-----------------------------图1 一段音乐音调的声波图------------------------
乐音的谐波不仅仅是数学抽象:训练有素的耳朵实际上可以听到它们。事实上,正是这些谐波赋予了音调特有的“色彩(color)”——它的音乐质感(musical texture)。(风琴的)小号(trumpet)之所以能发出美妙的声音,是因为它含有丰富的和声(rich harmonic content); 长笛的声音谐波差,因此“色彩圆润(mellow)(图2)。每种乐器都有其特有的声谱(acoustic spectrum)——谐波成分的特征。令人惊奇的是,人耳可以将复合音分解成其组成的纯音,并分别听到每个纯音,就像棱镜将白光分解成彩虹色(“频谱(spectrum)”的名称由此而来)。 耳朵实际上是一个Fourier分析仪。
------------------------图2 小号(左)和长笛(右)的声谱波形图-------------------
在19世纪,这些想法是新奇的:科学家和音乐家发现很难相信一个音调实际上是其所有谐波分量的代数和。伟大的德国物理学家和生理学家赫尔曼·路德维希·费迪南德·冯·亥姆霍兹(Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz, 1821-1894)通过使用谐振器(Resonator)证明了分音(partial tones)的存在——谐振器是各种尺寸的小玻璃球,每个都能增强复合音中的一个特定频率(图3)。一系列这样的谐振器形成了一个类似于人耳的原始Fourier分析仪。Helmholtz也做了相反的事情:通过组合不同频率和振幅的不同简单音调,他能够模仿实际乐器的声音,预见了现代电子合成器。
------------------------图3 谐振器(Resonator)--------------------------------
当我们在乐谱中写下谐波集 1,2,3,...,我们得到图4所示的音符序列,在音乐理论中,它起着至关重要的作用:正是从这个序列中得出了基本的音程。[12] 这个序列应该与数学级数 1 + 1/2 + 1/3 + ...同名,这并非巧合:后者的项正好是前面项的谐波周期。此外,级数1 + 1/2 + 1/3 + ...的每一项恰好是其前后两项的谐波均值(harmonic mean) (即前后两项的倒数的算术平均值的倒数)[13]。这些只是“谐波”一词在数学中多次出现的两个例子,反映了人类思想的这两个伟大创造之间的密切联系。
------------------------图4 谐波级数(The harmonic series)---------------------
当然,Fourier定理的重要性不仅限于音乐:它是所有周期现象的核心。 Fourier自己将定理扩展到非周期函数,将它们视为周期函数的极限情况,其周期接近无穷大。然后,Fourier级数被表示在所有频率上的正弦波的连续分布的积分所取代。事实证明,这个想法对本世纪初量子力学的发展具有极其重要的意义。Fourier积分的数学比级数复杂,但其核心是构成所有三角学支柱的两个相同函数:正弦和余弦。
因此,从音乐这个角度来说,这种波对应的声音是乐声,是和音,而且是多种和音的合成音;而从数学上来分析,这种波的特点就是存在一个基频,其它波的特点就是它们的频率都是这个基频的整数倍;因为这种和声可以合成,反过来说,满足这种条件的合成音,听起来就是和音,就不是杂乱无单的噪音。
参考资料:
1. <<Trigonometric Delights>> 作者:Eli Maor
2. 大英百科全书(网络版)
3. <<汉语大字典>> 四川辞书出版社,崇文书局
4. 英语词源网:https://www.etymonline.com/
5. 其它网络资源
相关文章:
什么是谐波
什么是谐波 目录 1. 问题的提出 2. “谐”字在中英文中的原意 2.1 “谐”字在汉语中的原义 2.2 “谐”字对应的英语词的原义 3.“harmonics(谐波)”概念是谁引入物理学中的? 4.“harmonics(谐波)”的数学解释 1. 问题的提出 “谐波”这个术语用于各种学科&am…...
技术报告:程序员如何开发一个商城型购物网站
前言随着互联网的快速发展,电商行业正成为越来越多人的选择。而作为电商行业的主要参与者之一,商城型购物网站的开发则成为程序员不可避免的任务之一。本文将对商城型购物网站的开发进行详细阐述,包括需求分析、架构设计、技术选型、前后端开…...
DPDK系列之八虚拟化virtio
一、virtio的介绍 在一篇文章中对virtio进行了简单的说明。在早期的虚拟化的过程中,无论是KVM还是Vmware亦或是Xen,每个平台想当然的是自己搞自己的IO接口。这就和现在国内的互联各个平台都是大而全一样,怎么可能我用你的支付接口呢…...
直播间与2位优秀创作者分享经历
我是卢松松,点点上面的头像,欢迎关注我哦! 昨天,卢松松的直播间好像又被推荐给了2.9万人观看,讲了一个小时后直播间的人数一直攀升,最终冲破了2万人大关。晚些时候,白杨SEO也来到了我的直播间&…...
linux上快速安装 Flarum 指南
一、安装Composer Composer是PHP的依赖管理器(类似于Node.js的npm或Python的 pip ),它可用于当前流行的PHP平台,例如Drupal、Magento等。那么如何安装PHP Composer呢?本文将为大家介绍下在Debian 10上安装PHP Composer的教程。 在安装 Composer 之前,请确保您的 Debian …...
数学不好,英语不行,非本专业,可以学IT吗?
看到很多想入行IT编程的小伙伴,都会问一些比较类似的问题。 比如: 不是计算机专业的,可以学编程吗? 数学一直就不好,可以转行学IT吗? 学编程开发,对英语的要求会不会很高? 01、…...
软件测试13
Linux命令 1.pwd:查看当前所在的路径位置 2.ls:查看当前路径下有哪些文件 3.cd:切换路径 4.touch:创建普通文件,可以创建单文件,也可以创建多文件(touch a,touch b c) 5…...
React(八):引出Hook、useState、useEffect的使用详解
React(八)一、类组件的优劣势1.类组件的优势2.类组件的劣势(1)复杂组件会难以理解(2)复杂的class(3)组件复用状态很难二、Hook初体验useState1.使用Hook的计数器案例2.详解useState&…...
32*4VKL128 LQFP44超低功耗/超低工作电流/抗干扰LCD液晶段码驱动IC/LCD驱动芯片(IC) 适用于激光/红外线测距仪
产品型号:VKL128产品品牌:永嘉微电/VINKA封装形式:LQFP44产品年份:新年份原厂,工程服务,技术支持!VKL128概述:VKL128是一个点阵式存储映射的LCD驱动器,可支持最大128点(3…...
自定义控件(?/N) - 事件分发
一、外部传递到ViewGroup中Activity会通过 getWindow( ) 获取PhoneWindow对象并调用它的superDispatchTouchEvent( ),该方法会调用它(PhoneWindow)的内部类 DecorView 的 superDispatchTouchEvent( ),而它(DecorView&a…...
诗一样的代码命名规范
有文化:落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色;没文化:太阳落山的时候,看见一只鸟在水上飞;日常编码中,代码的命名是个大的学问。能快速的看懂开源软件的代码结构和意图,也是一项必备的能力…...
L1-010 比较大小 L1-030 一帮一 L1-015 跟奥巴马一起画方块 L1-035 情人节
本题要求将输入的任意3个整数从小到大输出。 输入格式: 输入在一行中给出3个整数,其间以空格分隔。 输出格式: 在一行中将3个整数从小到大输出,其间以“->”相连。 输入样例: 4 2 8 输出样例: 2->4->8 // 题目链接 https://pintia.cn/prob…...
打怪升级之如何发送HEX进制的数据出去
Hex数据老大难 不少人都困扰于如何将电脑中读取到的string类型的数据变成整形发送出去。一半来说,不论你调用的通信方式是串口的还是网络的,亦或是PCIE的,其在电脑端的实际情况都是以系统API的形式呈现的。而系统API函数提供的接口ÿ…...
国产8K摄像机拍摄回顾与画面数据反馈
本文分析两款国产8K摄像机,一款是全画幅,一款是M43画幅。一、全新国产全画幅8K B1机器参数数据汇总:全画幅8K 60fps,受益于8K全画幅的优势与大幅升级的图像处理系统,BOSMA 8K摄像机系统提升到新的高度。拍摄支持&#…...
C++中拷贝构造和赋值重载的注意事项以及编译器的优化处理
C中拷贝构造和赋值重载的注意事项以及编译器的优化处理前言1. 拷贝构造和赋值重载的易混淆点和注意事项1.1 易混淆点1.2 注意事项2.编译器对拷贝构造和赋值重载的优化处理前言 本文可以帮助你对下面: (1)何时调用拷贝构造何时调用赋值重载 &a…...
Java设计模式_单例模式
Java设计模式_单例模式 亦称: 单件模式、Singleton 意图 单例模式是一种创建型设计模式, 让你能够保证一个类只有一个实例, 并提供一个访问该实例的全局节点。 [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-a…...
刚刚学完CSS :display float,flex flow 傻傻分不清了
目录 描述 示例: CSS 中的 display CSS 中的 float CSS 中的 flex 描述 刚刚学完CSS ,导致浮动(float),弹性布局(display:flex)好几个字段配置属性已经分不清了。 display float 就同层级别…...
python建立图片索引数据库,根据一段文字,找到存放在电脑上最匹配的图片
python建立图片索引数据库,根据一段文字,找到存放在电脑上最匹配的图片 作者:虚坏叔叔 博客:https://xuhss.com 早餐店不会开到晚上,想吃的人早就来了!😄 一、程序的用处 一键视频 可以根据一…...
MySQL OCP888题解048-letter N in slow query log(慢查询日志里的字母N)
文章目录1、原题1.1、英文原题1.2、中文翻译1.3、答案2、题目解析2.1、题干解析2.2、选项解析3、知识点3.1、知识点1:mysqldumpslow - 总结缓慢的查询日志文件4、实验4.1、实验14.1.1、实验目的4.1.2、实验前准备4.1.3、实验步骤4.1.4、实验结论5、总结1、原题 1.1…...
数据采集 - 笔记 2
1快速实现西门子S7系列PLC数据采集 快速实现西门子S7系列PLC数据采集 - 知乎 2 什么是时序数据库? 时序数据库(Time Series Database)是一种特殊类型的数据库,用于存储和处理时间序列数据。时间序列数据是指按时间顺序排列的数…...
电子技术——数字IC技术,逻辑电路和设计方法
电子技术——数字IC技术,逻辑电路和设计方法 在我们之前的学习中,我们学习了CMOS技术,然而CMOS技术并不是唯一的数字逻辑技术,因此,本节系统的介绍当今使用的数字技术和逻辑电路族。 数字IC技术和逻辑电路族 逻辑电…...
[ROS2 知识] 包依赖关系和rosdep详述
一、说明 如果你建立一个工作空间,试图将所有包的依赖项搞明白,或者期望将包的依赖项全部安装到工作空间中,您看本文是正确选择。本文将解释如何使用 rosdep 管理外部依赖项。 二、介绍rosdep 2.1 rosdep是何物? rosdep 是 ROS 的依赖管理实用程序,可以与 ROS 包和外部库…...
mysql创建索引导致死锁,数据库崩溃,完美解决方案
文章目录写在前面一、短事务场景下,执行DDL语句场景分析1、短事务场景下,执行表字段添加操作2、短事务场景下,执行表字段修改操作3、短事务场景下,执行表字段删除操作(1)往里添加一条数据试试4、短事务场景…...
c++11 标准模板(STL)(std::unordered_map)(八)
定义于头文件 <unordered_map> template< class Key, class T, class Hash std::hash<Key>, class KeyEqual std::equal_to<Key>, class Allocator std::allocator< std::pair<const Key, T> > > class unordered…...
企业ISO体系认证办理,可以自行申请吗?为什么都要找咨询公司?
企业ISO体系认证办理,可以自行申请吗?为什么都要找咨询公司? 很多人认为ISO咨询公司为中介机构,希望直接找认证公司进行认证。其实认证机构担任的是认证审核职责,咨询机构担任的是咨询职责。按中国国家任可监委员会的…...
二、Neo4j源码研究系列 - 单步调试
二、Neo4j源码研究系列 - 单步调试 一、背景介绍 上一篇我们已经把了neo4j的源码准备以及打包流程完成了,本篇将讲解如何对neo4j进行单步调试。对于不了解如何编译打包neo4j的读者,请阅读《一、Neo4j源码研究系列 - 源代码准备》。 大纲: …...
基于Qt WebEngine 的Web仪器面板GUI程控技术
随着IIoT的发展,很多工业仪器也具备了远程管理的GUI。与早期使用串口进行命令交互不同,这些GUI可以直接在远程呈现数据。 作为希望对仪器、软件进行二次开发的小公司来说,会遇到GUI人工操作转自动化的需求。在无法通过串口等传统接口进行自动…...
海康摄像头使用RTSP
1.协议格式。海康威视IP摄像头rtsp协议地址如下:rtsp://[username]:[passwd][ip]:[port]/[codec]/[channel]/[subtype]/av_stream主码流:rtsp://admin:12345192.168.1.64:554/h264/ch1/main/av_streamrtsp://admin:12345192.168.1.64:554/MPEG-4/ch1/mai…...
编程语言分类
目录 ❤ 机器语言 机器语言的编程 ❤ 汇编语言 ❤ 高级语言(编程语言) 编译型 解释型 ❤ 动态语言和静态语言 ❤ 强类型定义语言和弱类型定义语言 ❤ 主流语言介绍 C语言 C java python JavaScript SQL PHP python从小白到总裁完整教程目录:https://blog…...
[nodejs开发] typescript引入js模块或文件
首先更改tsconfig.json 中的compilerOptions属性:"moduleResolution": "Node"假设有一个abc.js其内容如下:var Circle (function () {function Circle() {}Circle.prototype.draw function () {console.log("Cirlce is drawn…...
城乡规划专业招聘信息网/seo优化网站模板
文章目录1.科学计算库2.什么是机器学习3.人工智能主要分支1.人工智能、机器学习和深度学习2.主要分支介绍3.人工智能发展必备三要素:3. 机器学习工作流程1.流程总结2.获取到的数据集介绍3.数据基本处理4. 特征工程1.什么是特征工程2. 为什么需要特征工程(Feature En…...
云南定制化网站建设/网站搜索引擎优化工具
智慧家——火灾警报材料及接线MR开发板火焰传感器模块蜂鸣器示例程序火灾报警,不用我多说,懂我意思吧。 材料及接线 MR开发板 火焰传感器模块 蜂鸣器 接线说明 开发板火焰传感器DOB15vVCCGNDGND 开发板蜂鸣器DOB05vVCCGNDGND 示例程序 from pyb impo…...
o2o网站建设教程/推广普通话手抄报
业务支撑系统(Business Support Systems,简称BSS)主要应用于通信行业,通过该系统对用户执行相应业务操作。它采用省中心/全国中心两级系统架构,两级系统相辅相成,共同构建全网服务/全网运营的运营支撑能力。…...
微信商城系统免费/seo实战密码电子版
经过在草稿纸上分析可知, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 。。。21 1 - - - - - 可以看到3,6,10,15,21对应是负的 它们之间间隔…...
域名备案与网站备案的区别/360竞价推广客服电话
H264 NALU分析 MP4和FLV文件解复用后都不带startcode、sps以及pps帧,只有ts文件解复用后带这些信息,所以MP4和FLV在解复用后,把每一帧解码出来后都要加上startcode,而且在最开始要生成sps与pps帧,这样才能播放 下图是将…...
网站推广的方案设计怎么写/电话营销外包公司
我们在开发基于.NET的面向对象的程序的时候,抽象类和接口的概念和用法经常会搞不清楚。其实理解它们并不困难。 一、什么是抽象类?抽象类是对某一类型的事物,在编程时,为了描述这类事物,而高度抽象、总结出来的一种基础…...