O prizvokih in harmonijah se na splošno govori v povezavi z viri zvoka. Ta dva pojma se pogosto zamenjujeta in se včasih uporabljata zamenljivo.
To ni presenečenje, saj se v določenih situacijah na koncu sklicujejo na isti nabor frekvenc. Čeprav je mogoče, da so harmoniki prizvoki in da so prizvoki harmoniki, je mogoče imeti tudi harmonike, ki niso prizvoki, in prizvoke, ki niso harmoniki.
Hitrost valovanja, valovna dolžina in frekvenca
Pred razpravo o harmoniki in prizvokih je pomembno razumeti osnove vala.
Valovi so motnja v mediju, ki se širi z enega kraja na drugega z nihanjem točk v mediju. Zvok je le en primer tega, toda tudi oceanski valovi, valovi na vrvici itd.
Thedolžina valaje razdalja med zaporednimi vrhovi valov. Thefrekvenca valovanjaje število ciklov na sekundo vala. Inhitrost valovanjaje zmnožek valovne dolžine in frekvence.
Resonančne frekvence
Če je razmnoževalna motnja omejena na medij, se lahko odraža nazaj in moti samo sebe. Pri določenih frekvencah to ustvari trajni stoječi val. To se zgodi, ko potrgate kitarsko struno, pihate v piščalko ali celo spustite ključ na tla - vpliv padca povzroči, da se ključ ob določeni frekvenci "zazveni", ko za kratek čas zavibrira vpliv.
Pokličejo se frekvence, na katerih se lahko pojavijo takšni stoječi valoviresonančne frekvence,vrednosti teh frekvenc za dani medij pa so odvisne od lastnosti tega medija. Na primer, frekvenca, pri kateri nastane stoječi val na vrvici, je odvisna od masne gostote strune, napetosti strune in dolžine strune.
Kot boste videli v naslednjem poglavju, ima večina predmetov več različnih frekvenc, pri katerih lahko vibrirajo in te različne frekvence so pogosto povezane med seboj in z geometrijo predmeta sama.
Kaj je prizvok?
Resonančna frekvenca je naravna frekvenca vibracij predmeta. To je frekvenca, s katero nekaj zavibrira in ustvarja vzorec stoječih valov. Za kateri koli predmet je običajno več frekvenc, pri katerih se to zgodi. Najnižja taka frekvenca se imenujeosnovna frekvencain je pogosto označena kotf1.
Anprizvokje ime katere koli resonančne frekvence nad osnovno frekvenco ali osnovnim tonom.
Seznam zaporednih prizvokov za objekt se imenujeserija prizvokov. Prvi prizvok kot tudi vsi nadaljnji prizvoki v seriji so lahko celo celo večkratnik osnovnega. Včasih je razmerje tako preprosto, drugič pa bolj zapleteno, odvisno od lastnosti in geometrije vibrirajočega predmeta.
Na primer, na krožni membrani, kot je glava bobna, so prizvoki pri 1,59f1, 2.14f1, 2.30f1, 2.65f1, 2.92f1in številne druge vrednote. Ti prizvoni se pojavijo pri frekvencah, za katere se na membrani lahko pojavi dvodimenzionalni stoječi val. Kot lahko sumite, je matematika za izpeljavo teh vrednosti veliko manj enostavna kot za določanje načinov stoječih valov na nizu!
Kaj so harmoniki?
Harmonske frekvenceso celo število, večkratniki osnovne frekvence ali najnižje frekvence vibracij.
Razmislite o vibrirajoči vrvici. Vsi načini vibracij so večkratniki osnovnega in so povezani z dolžino strune in hitrostjo valovanja. Višje frekvence najdemo prek razmerja
f_n = nf_1
valovna dolžina:
\ lambda = \ frac {2L} {n}
kjeLje dolžina niza.
Od tega dobišharmonska serija. Druga harmonikaf2 = 2f1in tretja harmonikaf3 = 3f1 in tako naprej. Upoštevajte tudi, da je valovna hitrost - zmnožek valovne dolžine in frekvence - enaka za vse vrednostin.
V tem primeru z nizom so vsi prizvoki harmoniki in vsi harmoniki so prizvoki. Vendar to ni vedno tako, kot je razvidno iz primera glave bobna in kot boste videli tudi v naslednjem poglavju.
Razlika med prizvoki in harmoniki
Kot smo že omenili, so harmoniki celoštevilni večkratniki osnovne frekvence. Pri teh frekvencah lahko objekt doživi resonanco ali pa tudi ne. Nasprotno pa so prizvoki vsaka frekvenca, pri kateri pride do resonance nad osnovno. To se lahko zgodi samo pri harmonikah ali samo pri določenih harmonikah ali pri drugih vrednostih.
Poglejmo primer stoječih zvočnih valov v odprti cevi (ali vibrirajoči struni): V tem primeru so harmoniki in prizvoki enaki. Pri zaprti cevi pa se prizvoki pojavijo le pri nenavadnih harmonikah.
Na pravokotni ali krožni membrani, kot je glava bobna, dobite po malem vsega. Na pravokotni membrani so nekateri prizvoki tudi harmoniki, nekateri pa ne.
Na primer, na pravokotni membrani, katere dolžina je 1,41-krat večja od njene širine, se prizvoki pojavijo pri 1,41f1, 1.73f1, 2.00f1, 2.38f1, 2.71f1, 3.00f1, 3.37f1 in tako naprej. Na krožni membrani večina ali vse harmonike na koncu nimajo prizvokov.
Vibracijski načini glave bobna so primeri neharmoničnih ali neharmoničnih prizvokov. Te se pojavljajo tudi pri činelah in drugih tolkalih.
Glasbila
Glasbeni instrumenti, vključno z pihali, medeninami, godalnimi instrumenti in drugimi. Predstavljajo primere resonančne uporabe in razlikovanje med prizvoki in harmoniki.
Nekateri instrumenti ponavadi ustvarjajo note na harmonikah, drugi na nenavadnih harmonikah, drugi pa imajo neharmonične prizvoke. Z uporabo različnih tipk na klavirju, različnih godal na kitari ali spreminjanjem prstov na flavti se spremenijo tudi možni prizvoki in harmoniki.
Tudi zato je pomembno, da nekatere instrumente občasno nastavljamo. Opomba, ki jo igra oskubljena kitarska struna, je odvisna od masne gostote strune, pa tudi od napetosti. Po nekaj časa igranja se lahko struna nekoliko raztegne in napetost se lahko spremeni. S prilagoditvijo napetosti je mogoče obnoviti pravilno osnovno frekvenco vibracij.
Kakovost zvoka in zvoka
Temberje zaznana kakovost zvoka note v glasbi. Čeprav lahko na kitari igrate isto noto kot na klavirju, vaše uho opazi razliko. Zakaj je tako, čeprav je frekvenca enaka? Odgovor je povezan s prizvoki.
Ko je kitarska struna oskubljena, ustvari dano noto z vibriranjem na svoji osnovni frekvenci istočasno vibrira tudi pri vrednostih pretonov, vendar z veliko manjšo amplitudo (nižjo glasnost). Predstavljajte si znakovni val, ki se, ko ga povečate, prikaže "zvit" ali obložen z veliko manjšo lastno krivuljo znaka.
Enako se zgodi pri igranju klavirske tipke in razlike v fizičnih lastnostih teh instrumentov dajejo različne kombinacije in relativne jakosti prizvokov, kar ustvarja različen ton zvoka ali kakovost zvoka, ki omogoča razlikovanje med njima instrumenti.
Drugi dejavniki, ki lahko vplivajo tudi na kakovost note, so napad, razpad, vzdrževanje in čas izdaje. Med predvajanjem note se amplituda poskoči do vrha, se za nekaj časa zniža na konstantno raven, nato pa se konec note spusti na nič.
Napadje čas med začetkom predvajanja note do največje amplitude.Propadanjeje čas med največjo amplitudo in trajno amplitudo, pri kateri se predvaja nota.Vzdržije čas, v katerem se nota predvaja s konstantno amplitudo.Sprostiteje čas, potreben za prehod s trajne amplitude na nič, ko se note konča.