ويژگيهاي امواج صوتي

غالباً براي درك يك صوت پيوسته مثل نت يك ابزار موسيقيايي سه بخش مجزا را بايد تشخيص داد: بلندي صدا، زيري يا بمي صدا (پيچ) و طنين صدا. بلندي همانگونه كه قبلاً توضيح داده شد معياري براي شدت موج صوتي است. پيچ، فركانس جزء اصلي صدا – فركانسي تكرار موج صوتي توسط خودش – مي‌باشد.

طنين صدا از دو جزء قبلي پيچيده‌تر است و با تعيين محتواي همساز صدا تعيين مي‌گردد. شكل شمارة 3 دو موج را كه هر دو از جمع يك موج سينوسي يك كيلوهرتزي با دامنة يك و يك موج سينوسي سه كيلوهرتزي با دامنة يك دوم به وجود آمده‌اند نشان مي‌دهد. تفاوت آنها در آن است كه در شكل b جزء با فركانس بالاتر ابتدا معكوس شده و سپس با موج دوم جمع شده است. علي‌رغم موجهاي در دامنة زمان بسيار متفاوت اين دو صوت يكسان به نظر مي‌رسند. اين به خاطر آن است كه شنوايي انسان بر اساس دامنة فركانسهاست و نسبت به فاز آنها بسيار غير حساس است. شكل موج صوتي در دامنة زمان فقط به صورت غير مستقيم با شنوايي رابطه دارد و معمولاُ در سيستمهاي صوتي در نظر گرفته نمي‌شود.

عدم حساسيت گوش به فاز صدا با توجه به روش پخش شدن آن در محيط قابل درك است. فرض كنيد كه شما در يك اتاق به صحبتهاي فردي گوش مي‌دهيد. بيشتر صداهايي كه گوش شما دريافت مي‌كند حاصل بازتاب صداي اصلي از ديوارها، سقف و كف اتاق است. از آنجا كه انتشار صدا بستگي به فركانس آن دارد و ميرايي ،بازتاب و مقاومت در برابر صدا بر روي آن تأثيرگذار است فركانسهاي متفاوتي از مسيرهاي متفاوت به گوش مي‌رسد. اين به اين معني است كه وقتي شما جاي خود را در اتاق عوض مي‌كنيد فاز هر يك از فركانسها تغيير مي‌كند. چون گوش اين تغيير فازها را ناديده مي‌انگارد با وجود تغيير مكان شما تغييري در صداي شخص صحبت كننده احساس نمي‌كنيد. از ديدگاه فيزيكي فاز يك سيگنال صدا در هنگام پخش در يك محيط پيچيده به صورت تصادفي تغيير مي‌كند. از طرف ديگر گوش به فاز صدا غير حساس است زيرا اين جزء داراي اطلاعات قابل استفادة بسيار كمي مي‌باشد.

3

شكل شمارة 3 – تشخيص فاز توسط گوش انسان. گوش انسان نسبت به فاز نسبي سينوسيهاي مركب بسيار غير حساس است. براي نمونه اين دو موج يكسان به نظر خواهند رسيد، زير دامنة اجزاء آنها يكسان است اگر چه فاز نسبي آنها متفاوت است.

در حالت كلي نمي‌توان گفت كه گوش نسبت به فاز كاملاً ناشنواست. چرا كه تغيير فاز مي‌تواند باعث تغيير آرايش زماني يك سيگنال صوتي شود. اما چنين امري يك پديدة نادر است كه در محيطهاي شنيداري طبيعي اتفاق نمي‌افتد.

فرض كنيد از يك نوازندة ويولون خواسته‌ايم نتي را بنوازد. وقتي كه موج صوتي ايجاد شده بر روي اسيلوسكوپ نشان داده شود يك موج دندانه‌اره‌اي مانند شكل شمارة 4 (a) مشاهده مي‌شود. شكل شمارة 4 (b) نشان مي‌دهد كه اين صوت چگونه توسط گوش دريافت مي‌شود. گوش يك فركانس اساسي (در مثال شكل 220 هرتز) را و همسازهايي را در 440، 660، 880 و… هرتز دريافت مي‌كند. اگر اين نت بر روي ابزار ديگري نواخته شود گوش هنوز هم همان 220 هرتز (همان فركانس اساسي) را دريافت مي‌كند. و از اين لحاظ دو صوت مشابهند كه گفته مي‌شود اين دو صوت پيچ يكساني دارند ولي چون دامنة همسازها متفاوت است دو صوت يكسان نيستند و گفته مي‌شود كه طنين دو صوت متفاوت است.

4

شكل شمارة 4 – موج صوتي ويولن. ويولن موج دندانه‌اره‌اي ايجاد مي‌كند (شكل a)، صداي دريافت شده شامل فركانس اساسي و همسازهاي آن است (شكل b)

اغلب گفته مي‌شود كه طنين صدا از روي شكل موج صوتي تعيين مي‌گردد. اين مسأله درست است ولي كمي گمراه كننده است. احساس طنين صدا از روي ميزان هارمونيكهاي تشخيص داده شده توسط گوش تعيين مي‌گردد. در حالي كه هارمونيكها از روي شكل موج صوتي تعيين مي‌گردد عدم حساسيت گوش به فاز رابطه را بسيار يك طرفه مي‌كند. به همين دليل هر موج صوتي فقط يك طنين دارد حال آن كه يك زنگ خاص متعلق به تعداد بي‌نهايتي از موجهاي صوتي است. آهنگسازي و تنظيم

گوش بيشتر براي شنيدن هارمونيكهاي اساسي تنظيم شده است. اگر يك شنونده به صدايي كه حاصل تركيب دو موج صوتي سينوسي 1 كيلوهرتز و 3 كيلوهرتز است گوش دهد آن را مطلوب و طبيعي توصيف خواهد كرد حال آن كه اگر از موجهاي 1 كيلوهرتزي و 3.1 كيلوهرتزي استفاده شود براي شنونده شكايت برانگيز خواهد بود. اين مسأله اساسي براي اندازه‌ها و اختلافهاي استاندارد ابزارهاي موسيقيايي فراهم مي‌آورد.
نگاره