Frekvence a výška tónu

Vibrující objekt je zdrojem atmosférických poruch pohybujících se médiem. Jak již víme zdrojem může být například hlas, struna kytary či houslí, ladící vidlice či vibrující membrána reproduktoru atd. Bez ohledu na to, jaký objekt vytvořil zvukovou vlnu se molekuly média pohybují tam a zpět v dané frekvenci.

Frekvence vlny určuje jak často molekuly média vibrují. Frekvence vlny je určována  podle kompletních pohybů molekul tam a zpět v určeném časovém rozmezí. Jestli-že molekuly absolvují 500 kompletních cyklů za 1 sekundu (cps), pak frekvence vlny bude 500 vibrací za sekundu.

Jednotka používaná pro frekvenci je Hertz(Hz) kde

1 Hertz = 1 cyklus/sekundu

Jak zvuková vlna prostupuje médiem, každá molekula média vibruje totožnou frekvencí. Toto je dáno tím, že každá molekula vibruje v reakci na pohyb její nejbližší sousední molekuly.

Jestliže první molekula začne vibrovat frekvencí 500 ukončených cyklů za sekundu pak přenese tuto energii na druhou nejbližší molekulu a tato molekula začne vibrovat tou samou frekvencí. Druhá molekula přenese energii na třetí atd. Tento proces je přenášen skrze médium.

Vibrační pohyb molekul tam a zpět není pouze jediný jev který zaznamenáváme u dané frekvence. Jak již váme zvuková vlna je také vlna tlaková a proto je možné pomocí detektoru zaznamenávat pravidelně měnící se změny tlaku vzduchu.

Tyto změny tlaku se budou opakovat s určitou frekvencí, To znamená že pokud detektor zaznamená 500 vysokých tlaků za sekundu pak frekvence zvukové vlny bude 500Hz. Stejně tak je tomu u záznamu frekvence nízkého tlaku.  Z toho vyplývá že frekvence zvukové vlny odpovídá nejen vibračnímu pohybu molekul ale zároveň změnám tlaku tedy počtu kompresí a rozptylů.

 

Pokud nám detektor ukazuje změny tlaku v časové ose, můžeme lehce vypočítat periodu zvukové vlny pomocí měření mezi špičkami (peaky) vysokého či nízkého tlaku. Jelikož frekvence je přímo úměrná periodě (vlnové délce) pak změny tlaku s krátkým časovám rozmezím budou odpovídat vysokým frekvencím a naopak.

 

Jak je uvedeno na níže uvedeném grafu se záznamem změn tlaku, tento průběh tlaku není zobrazení sinusové zvukové vlny. Tlak je od zvukové vlny posunut o 90º.

 

FREKVENCE

Ucho je orgán který je vlastně velmi citlivý detektor schopný zachytit změny tlaku vzduchu které dopadají na ušní bubínek. Lidský sluch je schopen zachytávat zvukové frekvence velmi velkého rozsahu a to mezi 20Hz – 20000Hz. U většiny z nás je však běžné rozmezí okolo 35Hz – 16000Hz.

Jakákoliv zvuková frekvence pod hranicí 20 Hz se nazývá INFRAZVUK a frekvence nad hranicí 20 000 Hz se nazývá ULTRAZVUK.

Lidé nejsou jedinými tvory schopni zachytávat široký rozsah frekvencí například pes je shopný zachytit zvuk mezi 50 Hz – 45 000 Hz, kočka mezi 45 Hz – 85 000 Hz, netopýr až do 120 000 Hz a delfín je schopný zachytit frekvence až do 200 000 Hz. Zatímco pes, kočka, netopýr či delfín mají nebývalé schopnosti zachytávat ultrazvuk, tak slon má vyjímečnou schopnost zachytit signál zdroje který vibruje rychlostí přibližně 5 cyklů za sekundu tedy v oblasti infrazvuku (5Hz – 10 000Hz).

Limity rozsahu frekvencí lidského sluchu se mění s přibývajícím věkem a nejvíce znatelné tu je u vysokých frekvencí. V průměru se spektrum sníží na hranici 15,000 Hz okolo 40-ti, 12,000 Hz okolo 50-ti  a 10,000 Hz či níže po padesátce. Tyto věkové hranice se však mohou dramaticky snížit pokud sluch bude vystaven dlouhodobě silnému hluku.

VÝŠKA TÓNU (Pitch)

Pokud je frekvence cyklů ve frekvenčním rozsahu od 20Hz-20kHz, jsme schopni změny frekvencí vnímat jako změny ve výšce tónu. Vysokou frekvenci cyklů budeme označovat jako tóny vysoké a s poklesem počtu cyklů budeme zanamenávat snižování výšky tónu.

Některé zvukové vlny znějící současně vytvářejí dohromady tzv. příjemné pocity jakmile jsou slyšeny, tyto vlny jsou tzv. v souladu. Takovéto vlny jsou tvořeny základními hudebními intervaly.

Nejběžněji využívaný interval ve Western Music je oktáva. Oktáva je interval mezi dvěmi frekvencemi jejichž vzájemný poměr je 2:1.

Když znějí současně dva zvuky jejichž poměr je 2:1, tj. mají odstup jedné oktávy výsledný zvuk je příjemný na poslech. To znamená že dva zvuky hrané současně znějí dobře, pokud je frekvence jednoho zvuku dvakrát vyšší než zvuku druhého. Podobné je to u zvuků s poměrem 5:4 čili s intervalem tercie.

Příklady ostatních intervalů zvukové vlny a jejich vzájemný poměr frekvencí vidíte níže.

Interval Poměr frekvencí Příklad
Oktáva 2:1 512 Hz a 256 Hz
Tercie 5:4 320 Hz a 256 Hz
Kvarta 4:3 342 Hz a 256 Hz
Kvinta 3:2 384 Hz a 256 Hz

Schopnost lidí rozeznat výšku tónu je podmíněna frekvencí zvukové vlny dopadající na ucho. Mnoho lidí a speciálně ti kteří byli muzikálně trénováni jsou schopni rozeznat rozdíl mezi dvěmi frekvencemi, již při rozdílu pouhých 2 Hz.

Když dva zvuky s frekvenčním rozdílem vyšším než 7 Hz znějí současně, většina lidí je schopna rozeznat přítomnost složitého vlnového vzorku, který je výsledkem jejich vzájemné interference. Protože  zvukové vlny přenášené vzduchem jsou vlny změn tlaku o určité frekvenci, ucho má schopnost tyto změny tlaku zachytit a náš mozek jim přidruží výšku tónu.

Lidský sluch je schopen rozpoznat frekvence v rozpětí zhruba 10 oktáv. Pokud začneme na 20Hz pak první oktáva je 40Hz, druhá 80Hz, třetí 160Hz atd. Oktávy jsou rozděleny do třech základních skupin a to : basy, středy a výšky. Tyto skupiny jsou pak následně rozděleny do podskupin.

BASY

Spodní basy

Spodní basy jsou v rozsahu mezi první a druhou oktávou (20Hz – 80Hz)

Tyto frekvence jsou asociovány zejména se sílou, plností a dunivostí. ve spodní části tohoto rozsahu je v těchto frekvencích jen velmi málo muzikálního obsahu a tyto frekvence spíše cítíme než slyšíme. V horní části tohoto rozsahu mají svá nejnižší noty nástroje jako je piano, trombón, varhany, kontrabas. V této části má taktéž svá základní frekvence basový buben (kopák). Frekvence v tomto pásmu by měly být používány velmi opatrně jelikož jejich nadměrné využívání či hlasitost může vést k velkému zhutnění a tím nečitenosti skladby

Navíc ne všechny reproduktory jsou schopny reprodukovat nejnižší frekvence tohoto rozpětí.

Horní basy

Toto pásmo je v rozmezí třetí a čtvrté oktávy (80Hz – 320Hz)

Tóny v tomto pásmu jsou zvětšiny zastoupeny nástroji které podporují rytmus, tím může být piano basa, bicí, čelo či trombón. Pokud budou tóny v tomto rozmezí hojně zastoupeny, pak bude skladba znít dunivě. Pokud však tóny budou zastopeny jen zřídka sklaba bude znít slabě či tence. Pokud velni zdůrazníme frekvence čtvrté oktávy pak bude skladba znít jako zateměná (podpolštářová). Pokud je využití frekvencí v druhé a třetí oktávě využito vyváženě pak se nám skladba bude zdát pocitově více plnější a pevnější.

STŘEDY

Toto pásmo obsahuje pátou, šestou a sedmou oktávu (320Hz – 2560Hz)

Frekvence v tomto pásmu se nacházejí fundamentální a nižší harmonické frekvence většiny nástrojů a proto toto pásmo spojujeme s intenzitou zvuku. Frekvence v tomto pásmu nemají až tak příjemný zvuk pro náš sluch. Zvýšený důraz na tyto frekvence může znít rušivě a únavně.

Vyšší středy

Toto pásmo obsahuje osmou oktávu (2.560Hz – 5.120Hz)

Náš sluch je v tomto pásmu nejvíce citlivý. Spodní frekvence této oktávy (2560Hz – 3500Hz)mohou zlepčit srozumitelnost mluveného slova či zpěvu.

VÝŠKY

Toto pásmo obsahuje devátou a desátou oktávu (5120Hz – 20.000Hz)

Toto pásmo se podílí na celkové síle výstupního signálu zhruba 2%.

Jak jsem již zmínil u většlny lidí rozsah sluchu nepřesáhne 16,000Hz. Toto pásmo je spojováno spíše s jasností či jiskřivostí skladby. a to zejméma v horní části deváté a sponí části desáte oktávy. Velký důraz okolo 6.000Hz může způsobit že sklasba bude znít syčivě, na druhou stranu velmi málo důrazu v tomto pásmu bude mít za následek že skladba bude znít mdle. Prostě nebude mít tu správnou jiskru.

Porozumění frekvenčnímu spektru a jeho sonickým kvalitám je pro audio produkci velmi důležité. Více si o tomto povíme v sekci o ekvalizaci.

Tags:

KONTAKT

Napište svoji zprávu a já se s vámi v nejbližší době spojím

Sending

©2018 ADM magazín

Designed by Stan Skrivanek at FineDiv Studio

or

Log in with your credentials

Forgot your details?