A felhangokat és a harmonikusokat általában a hangforrásokhoz viszonyítva tárgyalják. Ezt a két fogalmat gyakran összekeverik egymással, és néha felcserélhető módon használják.
Ez nem meglepő, mivel bizonyos helyzetekben végül ugyanazokra a frekvenciákra utalnak. Bár lehetséges, hogy a felharmonikusok felhangok és a felhangok harmonikusok, lehetséges, hogy vannak olyan harmonikusok is, amelyek nem felhangok, és felhangok, amelyek nem harmonikusak.
Hullámsebesség, hullámhossz és frekvencia
A harmonikusok és felhangok megvitatása előtt fontos megérteni a hullám alapjait.
A hullámok egy közegben bekövetkező zavarok, amelyek az egyik helyről a másikra terjednek a közeg pontjainak rezgésein keresztül. A hang csak egy példa erre, de ugyanígy az óceán hullámai, a húr hullámai stb.
Ahullámhosszaz egymást követő hullámcsúcsok közötti távolság. Ahullám frekvenciaa hullám másodpercenkénti ciklusainak száma. És ahullámsebességa hullámhossz és frekvencia szorzata.
Rezonáns frekvenciák
Ha egy terjedő zavar egy közegben korlátozódik, az visszaverődhet és zavarhatja önmagát. Bizonyos frekvenciákon ez tartós állóhullámot hoz létre. Ez akkor fordul elő, amikor gitárhúrot penget, sípba fúj, vagy akár kulcsot dob a földre - a csepp hatása a villáskulcsot egy bizonyos frekvencián „ding” -re okozza, amikor röviden rezeg hatás.
Meghívjuk azokat a frekvenciákat, amelyeken ilyen álló hullámok előfordulhatnakrezonáns frekvenciák,és ezeknek a frekvenciáknak az értéke egy adott közegre az adott közeg tulajdonságaitól függ. Például a húron álló álló hullám létrehozásának frekvenciája függ a húr tömegsűrűségétől, a húr feszültségétől és a húr hosszától.
Amint a következő részben láthatja, a legtöbb objektumnak több különböző frekvenciája van, amelyeken rezeghetnek természetesen, és ezek a különböző frekvenciák gyakran kapcsolódnak egymáshoz és a tárgy geometriájához maga.
Mi az a csengőhang?
A rezonáns frekvencia egy tárgy természetes rezgési frekvenciája. Ez az a frekvencia, amelyen valami rezeg, állandó hullámmintát hozva létre. Bármely adott objektum esetében általában több frekvencia létezik. A legalacsonyabb ilyen frekvenciát nevezzükalapvető frekvenciaés gyakran jelölikf1.
Anfelhangaz a név, amelyet az alapfrekvencián vagy az alaphangon felüli bármely rezonáns frekvenciának adnak.
Az objektum egymást követő felhangjainak listáját nevezzükfelhangsorozat. Az első felhang, valamint a sorozat összes következő felhangja lehet vagy nem lehet az alap egész számának többszöröse. Néha a kapcsolat ilyen egyszerű, máskor pedig összetettebb, a rezgő tárgy tulajdonságaitól és geometriájától függően.
Például egy kör alakú membránon, például egy dobfejen, felhangok vannak 1,59-nélf1, 2.14f1, 2.30f1, 2.65f1, 2.92f1és sok más érték. Ezek a felhangok olyan frekvenciákon fordulnak elő, amelyeknél kétdimenziós állóhullám fordulhat elő a membránon. Mint azt gyaníthatnád, az értékek levezetésének matematikája sokkal egyszerűbb, mint az állóhullámú üzemmódok meghatározása egy húron!
Mik azok a harmonikusok?
Harmonikus frekvenciákaz alapfrekvencia egész számszorzatai, vagy a legalacsonyabb rezgési frekvencia.
Vegyünk egy rezgő húrt. A rezgési módok mind az alap sokszorosai, és összefüggenek a húr hosszával és a hullám sebességével. Magasabb frekvenciák találhatók a kapcsolat révén
f_n = nf_1
hullámhossz:
\ lambda = \ frac {2L} {n}
holLa húr hossza.
Ettől kapod aharmonikus sorozat. A második harmonikusf2 = 2f1a harmadik harmonikusf3 = 3f1 stb. Vegye figyelembe azt is, hogy a hullámsebesség - a hullámhossz és a frekvencia szorzata - an.
Ebben a konkrét példában a húrral minden felhang harmonikus, és minden harmonikus felhang. Ez azonban nem mindig így van, ahogy a dobfej példában látható, és amint a következő részben is látni fogja.
Különbség a felhangok és a felharmonikusok között
Amint azt korábban említettük, a harmonikusok az alapfrekvencia egész sokszorosai. Ezen frekvenciákon az objektum rezonanciát tapasztalhat, vagy nem. Ezzel szemben a felhang minden olyan frekvencia, amelynél a rezonancia az alapszint fölött történik. Ezek történhetnek csak harmonikusokon, vagy csak meghatározott harmonikusokon, vagy teljesen más értékeken.
Tekintsük a nyitott csőben álló hanghullámok (vagy a rezgő húr) példáját: Ebben az esetben a harmonikusok és a felhangok megegyeznek. Zárt cső esetén azonban a felhangok csak páratlan harmonikusoknál fordulnak elő.
Egy téglalap alakú vagy kör alakú membránon, például egy dobfejen, egy kicsit mindenhez jut. Egy téglalap alakú membránon a felhangok egy része szintén harmonikus, de néhány nem.
Például egy téglalap alakú membránon, amelynek hossza 1,41-szerese, a felhangok 1,41-nél fordulnak előf1, 1.73f1, 2.00f1, 2.38f1, 2.71f1, 3.00f1, 3.37f1 stb. Kör alakú membránon a felharmonikusok többsége vagy egésze végül nem felhang.
A dobfej rezgési módjai példák a nem harmonikus vagy inharmonikus felhangokra. Ezek a cintányérokban és más ütőhangszerekben is előfordulnak.
Hangszerek
Hangszerek, beleértve fúvós hangszereket, rézfúvós hangszereket, vonós hangszereket és másokat. Példákat mutatnak be a rezonancia alkalmazására, valamint a felhangok és a felharmonikusok megkülönböztetésére.
Egyes hangszerek hajlamosak a harmonikusokra, mások a páratlan harmonikusokra, mások harmónikus felhangokkal rendelkeznek. Ha különböző billentyűket használunk egy zongorán, különböző húrokat használunk egy gitáron vagy megváltoztatjuk az ujjait egy fuvolán, megváltoznak a lehetséges felhangok és harmonikusok is.
Ezért is fontos bizonyos hangszereket periodikusan hangolni. A pengetett gitárhúr hangja a húr tömegsűrűségétől, de a feszültségtől is függ. Egy ideig játszva a húr kissé megnyúlhat, és megváltozhat a feszültség. A feszültség újbóli beállításával visszaállítható a helyes alapvető rezgési frekvencia.
Timbre és hangminőség
Timbrea hangjegy észlelt hangminősége a zenében. Bár előfordulhat, hogy ugyanazt a hangot játszik gitáron, mint egy zongorán, a füled meg tudja különböztetni. Miért van ez így, annak ellenére, hogy a frekvencia ugyanaz? A válasz a felhangokkal kapcsolatos.
Amikor a gitár húrját pengetik, az adott hangot úgy állítja elő, hogy az alapvető frekvenciáján rezeg egyszerre rezeg a felhangértékeken is, de sokkal kisebb amplitúdóval (alacsonyabb hangerő). Képzeljen el egy jelhullámot, amely a nagyításkor „kacskaringósnak” tűnik, vagy egy sokkal kisebb előjelgörbével szegélyezve.
Ugyanez történik, amikor a zongorabillentyűt játszják, és ezeknek a hangszereknek a fizikai tulajdonságai közötti különbségek különböző kombinációkat kölcsönöznek és a felhangok relatív erőssége, létrehozva a különböző hangszínt vagy hangminőséget, amely lehetővé teszi a kettő megkülönböztetését eszközök.
További tényezők, amelyek szintén befolyásolhatják a hangminőséget, a támadás, bomlás, fenntartás és felszabadulás ideje. Egy hang lejátszása közben az amplitúdó egy csúcsra ugrik, egy ideig állandó szintre süllyed, majd a hang végére nullára csökken.
Támadásaz az idő, amely között a hangot elkezdték lejátszani a csúcsamplitúdóig.Hanyatlása csúcsamplitúdó és a tartós amplitúdó közötti idő, amelyen a hangot játsszák.Fenntartásaz az idő, amely alatt a hangot állandó amplitúdóval játsszák.Kiadásaz az idő, amely alatt a tartós amplitúdóból nullára kell lépni, amikor a hang véget ér.