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用数学计算音乐的傅里叶

(2012-10-12 10:43:20)
标签:

傅里叶

音乐

数学

法国

巴黎

分类: 科学家趣闻
http://www.kedo.gov.cn/photo/bjkpw/upload/Image/kzgs/khjcw/2011/06/1_2555863024.jpg
  • 姓名:傅里叶
  • 简介:傅里叶是法国数学家。1768年3月21日生于奥塞尔,1830年5月16日卒于巴黎。傅里叶一生从事热学研究,1812年获得科学院颁发的关于热传导问题的奖金,1817年任科学院院士,并于1822年成为科学院的终身秘书。1827年又任法兰西学院院士。他的著作《热的解析理论》已成为数学史上一部经典性的文献。
  • 名言:对自然界的深入研究是数学发现的最丰富的源泉。

  数学和音乐有关系吗?如果一提到数学,我们头脑里立刻会闪现这样的词汇:枯燥、乏味、单调、冷漠,但是当说起音乐,身心都不由得会放松起来,音乐给人们的印象一般是丰富的情感,有趣,想象、热情,等等。总之,音乐和数学好像是绝缘的,风马牛不相及的。数学是研究现实世界空间形式数量关系的一门科学,而音乐是研究音响形式以及对其控制的艺术。它们都是使用所有科学艺术中最抽象的符号。数学和音乐处于人类精神活动的两端,其它所有的创造性精神活动都在这两个对立点之间的范围内展开。
  希腊哲学家、数学家毕达哥拉斯曾说过:“音乐之所以神圣而崇高,就是因为它反映出作为宇宙本质的数的关系。”德国哲学家、数学家莱布尼茨也认为:“音乐,就它的基础来说,是数学的;就它的出现来说,是直觉的。”音乐的美与数学密不可分,数学跟音乐一样,也能够唤起人们美感和情趣。世界上哪里有数字,哪里就有美的存在。音乐和数学正如抽象王国里怒放的两朵奇葩,通过这两朵花,人们便把握了人类创造的各种精神文明财富。爱因斯坦开玩笑说:“我们这个世界可以由音乐的音符组成也可以由数学公式组成。”数学家在创造时,情感、意志、等审美元素也参与进来,数学概念、公理、定理、公式好像音乐、戏剧、电影等一样可令人获得美的享受而陶醉其中。
  所以一直以来,人们都想探究数学与音乐的关系到底如何,因此,研究音乐和数学的关系在西方也就成为一个非常古老而热门的课题。从古代的毕达哥拉斯学等人到现当代的计算机科学家,都曾或多或少留意声和数的关系并受到它的影响。傅立叶、开普勒、伽利略、等人都曾钻研过数学与音乐之间的奥秘。
  其中19世纪法国著名的数学家傅里叶成就非常大,他对数学和音乐都很精通。傅里叶经过多年的研究,他用一套数学理论,证明了包括管乐和器乐的所有乐声都可以用数学表达式进行描述。每一声音都包括音调、音量和音色,人们可以这三种品质以图解的形式加以描述和区分,其中音量由曲线的振幅决定,音调由曲线的频率决定,音色由周期函数的形状决定。傅里叶解释了为什么有一些音符合奏时发出的声音悦耳动听而有些音符配在一起却不成曲调。他把隐藏在音乐里的数学关系揭示了出来,也是第一个用数学来计算音乐的人。由此,他提出了一个定理:“任何周期性声音(乐音)都可表示为形如的简单正弦函数之和。”也就是著名的“傅立叶分析”还被称为音乐的“谐波分析”。
  如今,傅立叶分析在现代数字信号处理等应用中发挥了重要作用,它把难以处理的时域信号转换成易于分析的频域信号,是数字信号处理领域一种很重要的算法。

【来源:http://story.kedo.gov.cn/kxjqw/255584.shtml】

    蝌蚪五线谱:http://www.kedo.gov.cn/index.shtml       

     了解更多科知故事:http://story.kedo.gov.cn/index.shtml 

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