音乐的数学之美—十二平均律 / 音乐芯片资料

音乐的数学之美—十二平均律 / 音乐芯片资料来源:https://www.bilibili.com/read/cv12005352　　　

摘要：音乐作为人类声音表达和创作的工具，是基于人类对"等差音高序列"的听力偏好发展出来的数学应用技术。：

"律"，即"音律"（intonation），指为了使音乐规范化，人们有意选择的一组高低不同的音符所组成的体系，以及这些音符之间的相互关系。比如大家都知道的do、re、mi、fa、so、la、si，这7个音符就组成了一组音律。研究音律的学问叫做"律学"

 所有的波（包括声波、电磁波等等）都有三个最本质的特性：频率／波长、振幅、相位。对于声音来说，声波的频率（声学中一般不考虑波长）决定了这个声音有多"高"，声波的振幅决定了这个声音有多"响"，而人耳对于声波的相位不敏感，所以研究音乐时一般不考虑声波的相位问题。

律学当然不考虑声音有多"响"，所以律学研究的重点就是声波的频率。一般来说，人耳能听到的声波频率范围是20HZ（每秒振动20次）到20000HZ（每秒振动20000次）之间。声波的频率越大（每秒振动的次数越多），听起来就越"高"。频率低于20HZ的叫"次声波"，高于20000HZ的叫"超声波"。

（BTW：人耳能分辨的最小频率差是2HZ。举例而言就是，人能听出100HZ和102HZ的声音是不同的，但听不出100HZ和101HZ 的声音有什么不同。另外，人耳在高音区的分辨能力迅速下降，原因见后。）

需要特别指出的是，人耳对于声波的频率是指数敏感的。打比方说，100HZ、200HZ、300HZ、400HZ……这些声音，人听起来并不觉得它们是"等距离"的，而是觉得越到后面，各个音之间的"距离"越近。100HZ、200HZ、400HZ、800HZ……这些声音，人听起来才觉得是"等距离"的（为什么会这样我也不清楚）。换句话说，某一组声音，如果它们的频率是严格地按照×1、×2、×4、×8……，即按2n的规律排列的话，它们听起来才是一个"等差音高序列"。

由于人耳对于频率的指数敏感，上面提到的"×2就意味着等距离"的关系是音乐中最基本的关系。用音乐术语来说，×2就是一个"八度音程"（octave）。前面提到的do、re、mi中的do，以及so、la、si后面的那个高音do，这两个do之间就是八度音程的关系。也就是说，高音do的频率是do的两倍。同样的，re和高音re之间也是八度音程的关系，高音re的频率是re的两倍。而高音do上面的那个更高音的do，其频率就是do的4倍。也可以说，它们之间隔了两个"八度音程"。显然，一个音的所有"八度音程"都是它的"谐波"，但不是它的所有"谐波"都是自己的"八度音程"。很自然，用do、re、mi写的歌，如果换用高音do、高音re、高音mi来写，听众只会觉得音变高了，旋律本身不会有变化。这种等效性，其实就是"等差音高序列"的直接结果。

明白了八度音程的重要性，下面来介绍在一个八度音程之内，还有那些音是重要的。这其实是律学的中心问题。也就是说，如果某一个音的频率是F，那么我们要寻找F和2F之间还有那些重要的频率。

如果大家有学习弦乐器（比如吉它、古琴、小提琴）的经验的话，都明白它们能发声是因为琴弦的振动。而琴弦的振动是和琴弦的长度有关系的。如果在一根弦振动的时候，用手指按住弦的中点，即让原来全部振动的弦，变成两根以1/2长度振动的弦，我们会听到一个比较高的音。这个音和原来的音之间就是八度音程的关系。因为在物理上，弦的振动频率和其长度是成反比的。

由于弦乐器是世界各地发展得最早的乐器种类之一，所以这种现象古人早已熟悉。他们自然会想：如果八度音程的2:1的关系在弦乐器上用这么简单一按中点的方式就能实现，那么试试按其它的位置会怎么样呢？数学上2:1是最简单的比例关系了，简单性仅次于它的就是3:1。那么，我们如果按住弦的1/3点，会怎么样呢？其结果是弦发出了两个高一些的音。一个音的频率是原来的3倍（因为弦长变成了原来的1/3），另一个音是原来的3/2倍（因为弦长变成了原来的2/3）。这两个音彼此也是八度音程的关系（因为它们彼此的弦长比是2:1）。这样，在我们要寻找的F～2F的范围内，出现了第一个重要的频率，即3/2F。（那个3F的频率正好处于下一个八度，即2F～4F中的同样位置。）

接着再试，数学上简单性仅次于3:1的是4:1，我们试试按弦的1/4点会怎样？又出现了两个音。一个音的频率是原来的4倍（因为弦长变成了原来的1/4），这和原来的音（术语叫"主音"）是两个八度音程的关系，可以不去管它。另一个音的频率是主音的4/3倍（因为弦长是原来的3/4）。现在我们又得到了一个重要的频率，4/3F。

同一根弦，在不同的情况下振动，可以发出很多频率的声音。在听觉上，与主音F最和谐的就是3/2F和4/3F（除了主音的各个八度之外）。这个现象也被很多民族分别发现了。比如最早从数学上研究弦的振动问题的古希腊哲学家毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前6世纪）。我国先秦时期的《管子·地员篇》、《吕氏春秋·音律篇》也记载了所谓"三分损益律"。具体说来是取一段弦，"三分损一"，即均分弦为三段，舍一留二，便得到3/2F。如果"三分益一"，即弦均分三段后再加一段，便得到4/3F。

得到这两个频率之后，是否继续找1/5点、1/6点等等继续试下去呢？不行，因为听觉上这些音与主音的和谐程度远不及3/2F、4/3F。实际上4/3F已经比3/2F的和谐程度要低不少了。古人于是换了一种方法。与主音F最和谐的3/2F已经找到了，他们转而找3/2F的3/2F，即与最和谐的那个音最和谐的音，这样就得到了（3/2）2F即9/4F。可是这已经超出了2F的范围，进入了下一个八度。没关系，不是有"等差音高序列"吗？在下一个八度中的音，在这一个八度中当然有与它等价的一个音，于是把9/4F的频率减半，便得到了9/8F。

接着把这个过程循环一遍，找3/2的3次方，于是就有了27/8F，这也在下一个八度中，再次频率减半，得到了27/16F。

就这样一直循环找下去吗？不行，因为这样循环下去会没完没了的。我们最理想的情况是某一次循环之后，会得到主音的某一个八度，这样就算是"回到"了主音上，不用继续找下去了。可是（3/2）n，只要n是自然数，其结果都不会是整数，更不用说是2的某次方。律学所有的麻烦就此开始。

数学上不可能的事，只能从数学上想办法。古人的对策就是"取近似值"。他们注意到（3/2）5≈7.59，和23＝8很接近，于是决定这个音就是他们要找的最后一个音，比这个音再高一点就是主音的第三个八度了。这样，从主音F开始，我们只需把"按3/2比例寻找最和谐音"这个过程循环5次，得到了5个音，加上主音和4/3F，一共是7个音。这就是为什么音律上要取do、re、mi等等7个音符而不是6个音符或者8个音符的原因。

这7个音符的频率，从小到大分别是F、9/8F、81/64F、4/3F、3/2F、27/16F、243/128F。

如果这里的F是do，那么9/8F就是re、81/64F就是mi……，这7个频率组成了7声音阶。这7个音都有各自正式的名字，在西方音乐术语中，它们分别被叫做主音（tonic）、上主音（supertonic）、中音（mediant）、下属音（subdominant）、属音（dominant）、下中音（submediant）、导音（leading tone）。其中和主音关系最密切的是第5个"属音"so和第4个"下属音"fa，原因前面已经说过了，因为它们和主音的和谐程度分别是第一高和第二高的。由于这个音律主要是从"属音"so即3/2F推导出来的，而3/2这个比例在西方音乐术语中叫"纯五度"，所以这种音律叫做"五度相生律"。西方最早提出"五度相生律"的是古希腊的毕达哥拉斯（所以西方把按3/2比例定音律的做法叫做Pythagorean tuning），东方是《管子》一书的作者（不一定是管仲本人）。我国历代的各种音律，大部分也都是从"三分损益律"发展出来的，也可以认为它们都是"五度相生律"。

仔细看上面"五度相生律"7声音阶的频率，可以发现它们彼此的关系很简单：do～re、re～mi、fa～so、so～la、la～si 之间的频率比都是9:8，这个比例被称为全音（tone）；mi～fa、si～do 之间的频率比都是256:243，这个比例被称为半音（semitone）。

西方人提出"十二平均律"，大约比朱载堉晚50年左右。不过很快就传播、流行开来了。主要原因是当时西方音乐界对于解决转调问题的迫切要求。当然，反对"十二平均律"的声音也不少。主要的反对依据就是"十二平均律"破坏了纯五度和纯四度。不过这种破坏程度并不十分明显。

"十二平均律"的12声音阶的频率（近似值）分别是：F（C）、1.059F（C#／Db）、1.122F（D）、1.189F（D#／Eb）、1.260F（E）、1.335F（F）、1.414F（F#／Gb）、1.498F（G）、1.587F（G#／Ab）、1.682F（A）、1.782F（A#／Bb）、1.888F（B）。

注意，现在所有的半音都一样了，都是2^1/12，即1.059。以前的自然半音和变化半音的区别没有了。

2),直插10Pin模块COB (十个脚的AC90A直插COB，需要定制)
3),SOP8贴片八脚（主打）,裸片封装可以选择。

和弦八音琴音乐IC / 音乐盒音乐芯片8首常见应用场合： 　　　　　

1, 水晶 音乐盒，音乐琴，电子音乐琴，电子八音琴，八音盒音乐铃，水晶钢琴音乐盒，Musical Movement。
2, 八音盒音乐铃替代，八音盒主要指机械发音器的音乐盒，1796年由瑞士钟表匠安托法布尔发明,转动盒内的链环,可自动演奏音乐。有排布了针头状突起的铜筒或唱盘,随着转筒或唱盘的旋转,针状突起拨动经调谐的钢簧片发声,译码出成段的音乐。
3, 音乐水晶球，魔法水晶球，八音琴音乐铃，圣诞水晶球。魔法森林，音乐城堡等等
4, 相关图样：

芯片大小规格:焊盘尺寸:80umx80um裸片尺寸:X=840um,Y=956um（晶元）

晶片底盘接地或悬空

Note注意事项:
*** The IC substrate must be connected to VSS or Floating. 芯片衬底为接地VSS。
*** At high voltage of 4.5V or higher voltage, VDD Must connected to VSS with a 0.1uF cap for
less power noise. At 3V, VDD may be connected to VSS with a 0.1uF cap.
VDD与VSS之间在4.5伏或者大电流供电时需加一颗104去噪音. 3V供电时建议保留0.1uf电容。
贴片8脚芯片只有播放，选曲，和3HZ busy输出脚。

AC8FB08 八音盒音乐铃封装形式DIP8 / SOP8

AC8FB08- SOP8 八音盒音乐盒芯片28首音乐IC OTP 8脚硬封装芯片资料

最常用音乐盒芯片的硬封装形式： 直插八脚DIP8封装和 贴片八脚SOP8封装 6脚选曲键具有MCU单片机一线通讯功能 MCU模式下第7脚可以改3Hz为常亮（BUSY）功能 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 PIN NAME 1 PWM1 2 PWM2 3 VDD5 4 NC 5 Play Key 6 Selected Key 7 BL 3Hz 8 VSS

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