Стоячие волны и резонанс

Тембр звука

Децибел - это логарифмическая единица измерения уровня звука, показывающая минимально слышимое изменение громкости. А динамический диапазон нашего слуха (разница между самым тихим и самым громким воспринимаемым звуками) составляет 120 дБ.

Заниматься корректировкой и обработкой звука надо при достаточно высокой громкости в контрольных акустических системах (80-90 дБ - уровень, сравнимый с шумом в вагоне метро). Иначе повышается вероятность ошибки, так как на низких уровнях наш слух становится менее чувствительным к высоким и низким частотам.

Что отличает звук фортепиано от звука другого инструмента, хотя у каждого есть способность извлекать высокие и низкие, громкие и тихие звуки? Все объясняется довольно просто: реальные звуки представляют из себя созвучия, состоящие из нескольких простых волн. От комбинаций этих волн и зависит тембр инструмента.

У каждого созвучия есть основной тон - волна определенной частоты, которая имеет наибольший уровень. Например, у ноты «Ля» первой октавы эта волна имеет частоту 440 Гц. Но вместе с ней звучат и другие волны, частота которых в 2, 3, 4 раза и т.д. выше, чем у основного тона (вы уже знаете, что эти звуки располагаются через октаву). В музыке они называются обертонами. В акустике принята немного другая терминология. И основной тон, и обертона называются гармониками и имеют порядковый номер в зависимости от высоты: основной тон — первая гармоника, первый обертон — вторая гармоника и т.д.

Чуть позже мы познакомимся с устройствами (и программами) корректировки звука, которые называются эквалайзерами. Они работают по принцип понижения или повышения уровня тех или иных частотных полос, то есть с их помощью можно менять уровень тех или иных гармоник и, соответственно изменять тембр.

Звуковая волна, которая встречает на своем пути перпендикулярную твердо поверхность (например, стену), отражается от нее и возвращается по тому ж самому пути. Две волны движущиеся в противоположные стороны способны производить так называемые стоячие волны, которые окрашивают звук новыми гармониками (то есть изменяют тембр звука). Например, в замкнуто прямоугольном помещении стоячие звуковые волны находятся точно посередине комнаты. И если вы встанете в это место, то услышите, как изменился звук (чаще всего в худшую сторону).

Если длина волны источника звука становится кратна длине помещения, то фаза отраженной волны совпадает с фазой прямой волны, в результате чего происходит их взаимное усиление. А так как в прямоугольном помещении звук отражается от стен несколько раз, то происходит многократное усиление громкости звука. То есть, возникает воздушный резонанс — частный случай стоячей волны.

Любое помещение имеет некую критическую частоту звука, при которой возникает резонанс. Причем у помещений с разными геометрическими размерами будут разные критические частоты. Эту частоту называют частотой резонанса. Резонанс чаще всего возникает именно на низких частотах, так как длина волны низких звуков сравнима с длиной и шириной помещения. Кстати, бас-гитаристы, репетирующие дома, отлично знакомы с таким эффектом: некоторые взятые на инструменте ноты неожиданно усиливаются при этом начинают угрожающе звенеть стекла в окнах и шкафах.

Резонанс в большинстве случаев явление крайне неприятное. Поэтому в музыкально используемых помещениях с ним борются всеми возможными способами. Например, ликвидируют параллельные поверхности — студийно комнаты очень часто проектируются таким образом, что все углы имеют величину больше 90 градусов. Однако резонанс не всегда бывает вреден. В духовых инструментах и органах это явление используют для усиления звука получения характерного тембра.

Дата добавления: 2014-12-29