Звуковой спектр

В музыкальных акустиках, звуковой спектр относится к спектру частот от звуков , вытекающих из числа и прочности резонирующих обертонов звука.

Частотные спектры разных типов музыкальных инструментов

Музыкальные инструменты можно разделить на две категории:

  • Мелодия ведущих музыкальных инструментов:
Человеческое ухо может назначить на шаг к этим звукам . Периодические вибрации часто являются важной частью этих звуков . Воспринимаются основным тон соответствует основной частоте этого колебания. Частотный спектр периодических колебаний представляет собой линейчатый спектр , при этом самая низкая частота соответствует основной частоте ( основной тон ), а другие частоты являются целыми числами, кратными основной частоте ( обертонам ).
Человеческое ухо часто не может определить высоту звука этих звуков. Многие из этих звуков характеризуются непериодическими или случайными звуковыми процессами. Частотный спектр этих звуков непрерывный спектр или линейчатый спектр , в котором частота , участвующая не в целочисленных отношениях друга к другу.

Музыкальные инструменты также можно разделить на следующие группы по типу вибрационного возбуждения:

  • Одномерные преобразователи:
С помощью этих инструментов колебания могут распространяться только по одному пути. К ним относятся, например, струнные инструменты (струна колеблется вверх и вниз, колебания могут распространяться только вдоль струны) или певческий голос и духовые инструменты (столб воздуха колеблется вверх и вниз по трубе, колебания могут распространяться только вдоль трубы). В случае одномерных осцилляторов путь, по которому могут распространяться колебания, предопределен. В конце линии (точки зажима колонны, конец трубы) движение больше невозможно, здесь амплитуда колебаний равна нулю. В случае основного колебания вся струна или столб воздуха колеблется синхронно. В дополнение к основной вибрации стабильны только те колебания, которые находятся в покое в точках зажима струны или на конце трубы. Однако это применимо только к частотам, которые являются целыми кратными от основного колебания. Другие колебания здесь нестабильны, потому что для них потребуется, например, чтобы струна могла двигаться в точке зажима, это сильно ограничено конструкцией.
  • Многомерные преобразователи:
С помощью этих инструментов вибрации могут распространяться по поверхности. К ним относятся, например, барабаны , тарелки, а также колокольчики . Колебания могут распространяться в разных направлениях на мембране или металлической оболочке. Возбужденные частоты зависят от материала, формы и размеров вибрирующего тела. Здесь тоже есть ограничения на возможные колебания (амплитуда колебаний равна нулю при ограничении барабанной перепонки). Но даже с этими ограничениями возможно множество различных сигналов. Таким образом, вы также получаете линейный спектр с барабаном, но частотные линии больше не находятся в соотношении маленьких целых чисел друг к другу. В бассейнах так много возможностей колебания, что существует более непрерывный шумоподобный спектр. В случае колокольчиков пытаются ограничить колебания относительно небольшими частотами с помощью формы. Даже если частоты не находятся в соотношении малых целых чисел друг к другу, колебание колокола близко к периодическому колебанию.

Частотные спектры реальных музыкальных инструментов

Звуковой спектр баритона с пропетой гласной u

С настоящими музыкальными инструментами частотный спектр не может быть описан только принципами возбуждения вибрации (например, периодической вибрации).

Более сложные частотные отношения между основной и обертонами

В реальных музыкальных инструментах основной тон и обертоны не всегда колеблются точно относительно друг друга в небольших целых числах. Это явление называется негармоничностью . Одна из причин этого заключается в том, что корпус музыкального инструмента также стимулируется к вибрации. В духовых инструментах это приводит к z. Б. Небольшие изменения длины трубки, у струнных инструментов изменения длины вибрирующей струны. Однако основным фактором сдвига обертона в струнных инструментах является прочность на изгиб используемого материала струн. Это может привести к несколько иным условиям вибрации для обертонов, чем для основной частоты. Небольшое отклонение частот обертона от кратных базовой частоты может привести к образованию ударов , которые способствуют индивидуальному звуковому характеру инструмента и z. Б. ассоциируется с фортепиано с «теплотой» и «живостью» звука.

Непериодические порции

В случае реальных музыкальных инструментов, помимо периодических колебаний (например, струны или столба воздуха), также добавляются непериодические составляющие или составляющие шума. Примеры этого - поразительные шумы в струнных инструментах и ​​шумы в духовых инструментах и ​​органных трубах. Итак, з. Б. широкополосная стимуляция при ударе по струне. Вибрации вне мод колебаний струны (основной тон и обертоны) нестабильны и сильно затухают, в то время как гармонические колебания струны (основной тон и обертон) очень стабильны. Это означает, что через несколько десятых секунды ударный шум стихает, и остаются только периодические колебания.

Однако непериодические компоненты могут влиять на звуковое впечатление. (Вы вряд ли узнаете звук свирели без шума воздуха, который возникает, когда вы в нее дует.)

Спектральные изменения тона хода

Звуковой и спектральный анализ иллюстрирует форманты гласных как частотные диапазоны с повышенной интенсивностью.

Во многих музыкальных инструментах частотный спектр этого тона изменяется при воспроизведении тона. Отдельные гармоники периодического колебания нарастают с разной скоростью в начале тона. Помимо кратковременных ударных или дующих шумов, это приводит к значительному изменению частотного спектра музыкального тона вначале. В стабильном состоянии отдельные гармоники ослабляются в разной степени, так что даже когда звук затухает, частотный спектр непрерывно изменяется.

Спектральные изменения, возникающие при вибрации струны или столба воздуха, часто формируют звук музыкального инструмента. Если пропустить первые десятые доли секунды, многие музыкальные инструменты трудно будет идентифицировать.

Изменения частоты

Кроме того, частота тона может изменяться во время его воспроизведения. Существуют периодические изменения частоты (например, вибрато на флейтах) или непериодические изменения частоты (например, на фортепиано высота звука при ударе немного выше, чем при затухании, см. Также растяжение (музыка) )

Смотри тоже

литература

  • Юрген Мейер: Акустика и практика музыкального исполнения . Издание Бочинского, серия: Серия учебников Das Musikinstrument, Франкфурт, 1999, ISBN 3-923-63901-5

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. Мириам Ноэми Валенсуэла: Исследования и методы расчета качества звука тембров фортепиано . Herbert Utz Verlag, 1998, ISBN 978-3-89675-343-4 ( google.de [доступ 24 мая 2016 г.]).