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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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物理實驗

傅立葉合成與音色

把一根根正弦波疊起來:奇次諧波疊出方波、全諧波疊出鋸齒波,還能親耳聽出差別。同樣的音高、不同的諧波配方=不同的音色——小提琴與長笛的差異就在頻譜裡。
t = 0.00 s

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

波形配方
基頻 f₀
諧波數 N(方波/鋸齒/三角)

即時資訊

基頻(音高)
Hz
使用中的諧波數
音高 vs 音色
音高由 f₀ 決定,音色由諧波比例決定
頻譜=音色的指紋

畫面符號圖例

  • 上:合成波形;下:頻譜 |bₙ|=各諧波強度;多個正弦波疊加成方波/鋸齒波

實驗任務

  1. 疊出方波:選方波、N 從 1 慢慢加到 16——看正弦波一根根疊上去, 波形越來越方。但角落永遠有過衝的小角(Gibbs 現象),加再多諧波都消不掉。
  2. 同音高、不同音色:f₀ 固定 220 Hz,輪流播放純音、方波、鋸齒波—— 音高一樣(都是 A3),聽起來卻完全不同。差別全在頻譜:哪些諧波、各多強。
  3. 奇偶的祕密:方波與三角波只有奇次諧波(1、3、5…),鋸齒波奇偶都有。 切到自訂模式,只開 1f 和 2f——加入偶次諧波後聲音變「圓潤」了嗎? 單簧管聽起來「空」,正是因為偶次諧波弱。
  4. 調出你的樂器:自訂模式自由調 8 個滑桿,試著調出接近小提琴 (諧波豐富、衰減慢)或長笛(幾乎只有基頻)的音色。頻譜就是音色的配方表。

模型與假設

模型:傅立葉級數 y(t)=Σ bₙ·sin(2πnf₀t)。 方波 bₙ=4/nπ(奇 n);鋸齒 bₙ=2/nπ·(−1)ⁿ⁺¹;三角 bₙ=8/n²π²(奇 n,正負交替)。 聲音以 Web Audio PeriodicWave 由相同係數合成,所見即所聽。
假設:穩態波形(未模擬樂器的起音與衰減包絡——真實音色辨識中 attack 也很重要); 音量已限制在安全範圍。