- This topic has 14 replies, 1 voice, and was last updated December 15, 2019 at 11:58 by
.
-
Posts
-
– Ar muzika sudaryta iš impulsų?
– Ne, bet yra manančių priešingai.
– Kas yra impulsas?
– Pasidėk ant stalo plytą ir iš šono pamatysi impulso grafinį vaizdą.
– Ar galima įrašyti garso impulsą ir jį paklausyti?
– Impulso nei įrašysi, nei atkursi, nei paklausysi. Impulsų nepriima jokie mikrofonai, juos užblokuotų signalo kelyje esantis pirmasis kondensatorius arba transformatorius. Impulso atkurti negali kolonėlės ir impulsų smegenims negalėtų perduoti klausos organai. Kažką girdėtume, bet tai būtų impulso šešėlis. Impulsai naudojami GAS tyrinėjimams, bet su muzika tai turi mažai bendro.Jei supykote, pabandykite pirštu braukti per stalą, apvesti padėtą plytą ir paklausyti impulsą.
– Nieko neišgirdote? Paimkite lengvą pagaliuką ir paskubėkite apvesti plytą – gal išgirsite.
Jei išgirdote barkštelėjimą į plytą, reiškia skambėjo ne impulsas, bet pagaliukas. Jei bandysite sunkia lazda – girdėsite lazdą, plytą, bet ne lazdos impulsinio judesio garsą. Jei vietoje plytos būtų įtempta jaučio oda, tada vienoks virpančios odos garsas būtų nuo prisilietusių pirštų, kitoks nuo pagaliuko ar lazdos ir dar kitoniškas nuo kirvio smūgio. Kirvio ašmenys į kertamą odą skambėtų kitaip, negu samurajus smogtų kardu, kai išgirstume oro šuorą ir mažesnį, bet aukštesnio tono trumpą skrodžiamos odos garsą. Galėtume šnekėti apie kitonišką oro ir odos virpesių sužadinimą, bet garsą sukeltų oro, odos, smūgį žadinančio įrankio virpesiai ir atspindžiai, bet ne išgalvotas garso impulsas.Impulsas prasideda ramybėje, tada amplitudė šoka į viršų ir ten pabuvusi vėl sparčiai nusileidžia į ramybės būseną:
Garsas su visa muzika yra periodiniai virpesiai. Gali būti visokie: harmoniniai iš rezonuojančių stygų lyg sinusoidė, elektroninių instrumentų sukurti stačiakampiai signalai, į pjūklą panašūs ir visokiausi periodiniai kietų kūnų arba oro virpesiai. To matematiškai aprašomo arba grafiškai nubraižomo “impulso” jokiu instrumentu pagroti nepavyks, nes nereikalingų muzikos instrumentų žmonės tiesiog negamina.
Garso impulsas gali būti elektronikos specialisto sukurtas signalas arba matematinė formulė, nes šiems nereikia masės. Elektroninio signalo impulsai plačiai naudojami analizuojant įrenginius, nes tai patogus būdas. Su muzika impulsų sieti nereikėtų.Naudojant labai trumpus impulsus – tokie vadinami vienetiniais – galima išmatuoti kolonėlių impulsinę charakteristiką, dažninę ir kitus parametrus. Trumpas ir aštrus impulsas yra toks geras stimulas, kad nuo jo visais savo rezonansais suskamba kolonėlės, ausinės ar stiprintuvas. Belieka išmatuoti tiriamojo įrenginio atsaką ir rezultatus suprantamai atvaizduoti.
Nuotraukoje 1986 metais Stereophile laboratorijoje atlikti AS matavimai, kai buvo panaudotas 50 mks trukmės impulsas:
Šiais laikais programiškai suformuotais vienetiniais impulsais ir skaitmeniniais metodais išmatuojame dar daugiau, dar paprasčiau ir dar tiksliau.– Kodėl muzikoje tokių impulsinių garsų nėra?
– Jų tiesiog nereikia. Skambėtų lyg ant kepurės nukritęs meteoritas ar skardos lapas. Trumpas, žaižus trakštelėjimas, lyg klausytume perskilusią vinilo plokštelę. Garsas neturėtų tono (neturėtų muzikinės natos), neprimintų gamtoje esančio garso ar muzikos instrumento.
Tokio ar panašaus impulso net nesukurtume! Statiems frontams reikia labai lengvos masės, bet dideliam garsumui būtinas didelis spinduliuotuvas. Mechanikoje tokie prieštaringi reikalavimai negalimi, tad palikime tuos impulsus inžinieriams…– O jei būtų ne vienintelis impulsas, bet jų seka?
– Bet kurios formos pasikartojantys signalai turi periodą ir dažnį, todėl tai jau muzika. Stačiakampių, į pjūklą panašių ar kitokių impulsų forma priklauso nuo harmonikų ir jų tarpusavio išsidėstymo. Periodas (dažnis) ir amplitudė gali būti tokia, kad derėtų į muzikinį kūrinį, o signalo forma suteiktų tembrą, garso spalvą. Paprastai šnekant, bet koks periodinis signalas ne tik garsas, bet kartu ir kūrybinė medžiaga muzikantams.
– Jei garso spektras sudėtingas, kažkoks impulsinis, galbūt tokiam signalui atkurti reikia ypatingai plačios dažnių juostos?
– Pateiksiu svarbią ypatybę, leidžiančią nesisieloti dėl patefono plokštelės, FM radijo ar CD grotuvo dažnių juostos iki 15 ar 22 kHz. Daugiausiai muzikos atkūrimo problemų sukelia kolonėlės, bet dabar jų nelieskime.Pagrindinis stačiakampius impulsus formuojantis instrumentas yra su fuzeriu grojanti elektrinė gitara, kai fuzerinio pedalo sustiprinti ir stipriai apriboti visų natų signalai. Bet pažiūrėkime – aukščiausia gitaros nata siekia tik 1174 Hz. Nesunkiai bus įrašomos ir atkuriamos aukščiausios fuzuotos natos iki 7-os ar dar aukštesnės harmonikos, todėl gerai girdėsime net impulsais grojančią gitarą.
Iki 15 kHz dažnius transliuojantys FM imtuvai gerai perteikia aukščiausių gitarinių natų garsus, o ir iki 10 kHz ar iki mažiau girdintiems nesunku atskirti kada klauso bliuzinę, o kada fuzuotą elektrinę gitarą.Dėl impulsų atkūrimo nusiraminti padeda paminėtas psichoakustinis reiškinys, kai mūsų klausa aukštuosius dažnius girdi nufiltruotus; klausos AD filtras bet kokį sudėtingo spektro signalą aukštesnėse muzikos oktavose paverčia panašų į paprastą sinusoidę, todėl visi bet kurių instrumentų aukščiausieji garsai supanašėja. Ne tik gitaros, bet fortepiono būgnų ar didžiausių vargonų aukščiausios natos skamba nepalyginamai skurdžiau, nei žemosios.
Žinoma, jaunam klausytojui ausų filtras įsijungia prie aukštesnių, o vyresniems prie kažkiek žemesnių dažnių, bet esmės tai neturi – visi aukščiausias instrumento natas pradedame girdėti lyg klausytume sinusinį (harmoninį) signalą. Aukščiausiųjų muzikos garsų spektras susitraukia iki kelių ar vienos spektro linijos (vieno dažnio) ir nebėra reikalo stengtis turėti GAS su super-AD garsiakalbiais ir ultra-signalo šaltiniu.Sugeneravau 200, 1000, 2500 ir 5000 Hz stačiakampius periodinius 192 bit-rate, no dithering stereo signalus ir išmatavau jų spektrą 40 dB diapazone:
Paklausykite tų kelių signalų seką, atkreipdami dėmesį kaip keičiasi aukštesniųjų dažnių girdimo garso spektras. Pabaigoje vėl įrašiau 200 Hz stačiakampių impulsų signalą pasitikrinimui.
Paveikslėlyje signalų spektrai:
Matome, kad visų stačiakampių periodinių signalų spektrai panašūs, vyrauja nelyginės – 3, 5, 7 ausims nemielos harmonikos.
Mūsų klausa pasižymi AD filtravimu, kai aukštesnių dažnių garse pradedame girdėti mažiau harmonikų. Lyg iš stačiakampio ar kitokios sudėtingos formos signalas pasikeistų į siauresnio spektro paprastesnį signalą. Ši sąvybė leidžia sumažinti reikalavimus GAS dažninei ir šia savybe mes galime pasinaudoti.
Galbūt jautrūs muzikos mylėtojai pergyvena ne dėl elektrinių impulsinių, o dėl kažkokių akustinių signalų stačiais frontais ar akustinių impulsų?
Paieškokime impulsų akustikoje.
Į būgną atskriejusi lazda priverčia membraną virpėti staiga ir turime vieną į impulsą panašų frontą. Jei smūgiuojama minkštesne su veltiniu ant galo, būgnas įsibėgės lėčiau, garso frontas bus lėkštesnis. Kieta lazdelė privers pradėti rezonuoti greičiau, o ir mušamojo instrumento garsas (spektras) pasikeis; lengva-ilga lazdelė po smūgio ims pati vibruoti, papildydama iš būgno sklindantį garsą aukštų dažnių savais garsais.
Žemiau paveikslėlyje smūgio į būgną sukeltų vibracijų grafikas, parodantis, kad būgno garsas ne impulsinis, o panašesnis į Helmholco rezonatorių.
Staigų garso frontą ir labai platų spektrą skleidžiančio solinio būgnelio su prie apatinio plastiko besiliečiančiomis metalinėmis spyruoklėmis išmatuoti parametrai. Smūgiavus stipriai, solinio būgnelio spektras nusidriekia net iki 20 kHz, kai garso stiprumas ten sumažėja 100 kartų. Gera ta žinia, kad aukštosios garso harmonikos bus ne sudėtingi, bet paprasti sinuso formos signalai.
Suformavau būgno signalą ir epizodus padauginau taip, kad kiekvienas kitas skambėtų per oktavą aukščiau. Kadangi signalas virtualus, o ne tikro instrumento, visų epizodų spektras išlieka mažai pakitęs.
Impulsų būgnuose nesuradome, bet siūlau paklausyti kaip pasikeičia aukštėjančio būgno garsas. Kad būtų lengviau išgirsti vis “mažesnio” būgno garsą, pabaigoje pakartojau žemąjį būgną.Būgno signalas yra eksponentiškai slopstantys virpesiai. Būgno korpusas, o taip pat vibracijų atspindžiai papildo būgno membranos virpėjimą, todėl garsas įgauna specifinį tembrą.
Mano suformuoto būgno galėjote paklausyti aukščiau esančio posto nuorodoje, o stereo signalas padidintame mastelyje yra toks kaip paveikslėlyje:
Paminėtą sąvybę, kad mūsų klausa nufiltruoja aukštesnes harmonikas gerai iliustruoja filmukas –
Can you hear the difference between a square wave and a sine wave?, kurį užtikau akademiniame tinklapyje The Audio Masterclass Music Production and Sound Engineering Course.
Kadangi stačiakampis periodinis signalas sudarytas ir nelyginių harmonikų, žemų dažnių “stačiakampį” garsą lengvai atskiriame nuo sinusinio, nes harmonikos yra gerai girdimos. 100 Hz ŽD stačiakampiame girdėsime 3, 5, 7 ir dar aukštesnes harmonikas, iki pasieksime girdėjimo ribą. Kitas reikalas su 2 kHz, kai galėsime girdėti tik dvi ar tris (trečią, penktą, o gal dar septintą) harmonikas, nes devintoji bus 18 kHz. 4 kHz stačiakampio signalo garsas į smegenis nukeliaus dar siauresnis, nes turės tik 3 harmoniką (12 kHz), o sekančios 5-osios (20 kHz) nebegirdėsime.
Filmuko autorius pademonstravo kaip kinta mūsų girdėjimas ir kad 6 kHz ar dar aukštesnių dažnių stačiakampiai impulsai skambės taip, lyg klausytume sinuso signalą.
– O jei išgirdome skirtumą tarp 6 kHz stačiakampio ir sinuso?
Reiškia, išgirdote interferencinius iškraipymus, sudarančius dažnių skirtumą ir persikėlusius į girdimų dažnių zoną. Labai dažna apgaulė, bičiuliai-audiofilai, leidžianti pamanyti, kad girdime ultra-garsus, kai iš tiesu girdime girdimoje dažnių zonoje atsiradusius interferencinius signalus. ?Stačiakampis harmoninis signalas gerai ištirtas. Čia filmukas, kuriame grafiškai, o taip pat ir garsu pademonstruota stačiakampio kilmė, čia mokslinis pagrindas – Furje transformacija.
Muzikos instrumentų, o taip pat gamtos garsų pagrindas yra periodiniai signalai. Paprasčiausias ir seniai ištirtas garso instrumentas yra Helmholco rezonatorius. Sferinis rezonatorius gali skleisti sinuso (harmoninį) signalą, kurio dažnis priklauso nuo sferos dydžio ir rezonansą žadinančio kaklelio proporcijų. Jei rezonatoriaus forma kitokia – stačiakampė ar netaisyklinga, rezonatoriuje atsiras daugiau rezonansų ir girdėsime sudėtingesnio spektro garsą. Skudučiai ir švilpynės yra artimiausi Helmholco rezonatorių giminaičiai.
Buvo gaminami ir tyrinėjami visokie rezonatoriai. Jei oro gūsiu sužadinsime butelį, galėsime išgauti tokios grafinės formos garsą:
O čia tas pats garsas dažnių skalėje:
Tyrinėjamą butelį paklausyti galime šioje nuorodoje.Visų muzikos instrumentų veikimas pagrįstas rezonansu. Medinius pučiamuosius sužadina virpantys liežuvėliai, varinius – muštukas. Kad rezonuotų būgnai ir lėkštės, juos mušame lazdelėmis, smuikų stygas žadiname strykais arba pirštais, bet visur yra rezonuojantys elementai ir muzikantų valdomi sužadintojai. Pagrindiniai instrumentų rezonansai (pagrindinis tonas) būna suderinti melodijai. Pagrindinį rezonansą papildantys kitų instrumento dalių rezonansai (obertonai) praturtina garsą, instrumentą padaro atpažįstamą. Kažkur lauke ištemptos stygos garsas būtų nuobodžiai neįdomus, bet kai styga šalia rezonuojančio korpuso, kai jai atsiliepia kitų stygų virpėjimas su daugybe obertonų, garsas įgauna smuikui, gitarai, mandolinai būdingų atspalvių.
Kai instrumento spektras labai platus, suderinimo kažkuriai natai (dažniui) svarbos nebelieka. Mušamųjų lėkštės, visokie barškalai ir daugybė kitų plačiajuosčių instrumentų nėra derinami, nors kai kuriais galima išgauti kintančio tono garsus.
Gamtos garsų gamoje tie patys garso reiškiniai; mūsų ar paukštelių gerklėse, bičių dūzgime, miško ošime. Net žaibo ar patrankos šūvio sukelti garsai yra vibracijos ir rezonansai, bet ne kažkokie išgalvoti garso impulsai.
Helmholco sintezatorius, 1905Užtikau archeologą Jean-Loup Ringot, iš akmenų susidėliojusį litofoną – pažiūrėkime.
Čia ant virvučių sudėliotas didesnis litofonas, bet ir šis instrumentas yra atitinkamai parinktų rezonatorių rinkinukas.Ne tik mūsų klausa yra su aukštųjų dažnių filtras. Instrumentuose aukštesniųjų natų (dažnių) spektras būna siauresnis, todėl aukštesnių oktavų natos paprastai skamba skurdžiau negu žemosios.
Paklausykite kaip kinta fortepijono garso sudėtis per visą klaviatūrą. Įraše parinkau 9 didžiojo Stainway koncertinio rojalio natas, įrašytas 2 mikrofonais akustinėje kameroje. Kad būtų lengviau įsitikinti, kad aukščiausios rojalio natos skamba skurdžiai, kad garso spektras yra susiaurėjęs, pabaigoje pakartojau žemesnę natą.
Fortepijono garso grafikai laiko mastelyje be paskutiniojo epizodo su žemaja nata atrodo štai taip:
Žemiausių natų garso pirmųjų 200 milisekundžių stereo garso signalas atrodo taip:
Matome labai lėtai slopstantį harmonikomis turtingą garsą. Stereo signalas stipriai skiriasi, nes vienas mikrofonas buvo prie didžiųjų, o kitas prie mažiausių instrumentų stygų.
Žemiau grafike aukščiausios natos garsas, kuris per 200 ms beveik pranyksta ir yra žymiai skurdesnis harmonikomis, neišraiškingas:
Pažvelgus į fortepijono antros oktavos E-bemol natos garso spektrą, dažnių mastelyje dešinėje už pagrindinio 77,8 Hz garso natos matomame daug harmonikų. Šiek tiek atsiliepia viena oktava žemesnė pirmosios oktavos E-bemol (38,9 Hz) styga, dar labiau praturtindama pagrindinį garsą. Instrumentas skamba švariai, mes girdime sodrų ir galingą garsą:
4-os oktavos G-bemol dažnis yra 370 Hz. Stebime ryškią antrąją harmoniką, nedidelę trečiąją, ketvirtąją ir penktąją harmonikas. Žemiau G-bemol atsiradę garsai yra instrumento elementų – stygų ir korpuso elementų garsai ir jų dedamosios. G-bemol palyginti sodrus ir malonus klausyti:
Dar aukštesnės 7-os oktavos D natos garsas jau skurdesnis. Kairėje nuo pagrindinio garso matome daug instrumento korpuso, o taip pat žemesniųjų stygų rezonansai ir interferencijos, kurios nusidriekia net už pagrindinio natos garso. Deja, aukštesniųjų harmonikų nebelikę, todėl garsas darosi skurdus:
O kaip sekasi aukščiausiai aštuntos oktavos C?
Visai prastai. Natos dažnis 4186 Hz, bet palyginti stora ir labai įtempta plieninė styga harmonikų nespinduliuoja. Žemiau natos daugybė pašalinių garsų, kuriuos sukelia virpančios ir rezonuojančios ilgesnės stygos, korpuso elementai, atspindžiai ir kombinaciniai garsai. Trumpiausios stygos galios nebeužtenka išjudinti instrumento, todėl ji skamba tyliau.
Tos aukščiausios fortepijono ir kitų instrumentų natos nebe melodijai, bet kūrinio emocijai ar žaismui perteikti. To taip pat kartais reikia.
Gilesnė fortepijono garsų analizė leidžia suvokti kitų muzikos instrumentų svarbų ypatumą – aukščiausiųjų bet kurio instrumento natų garsas skamba skurdžiau negu to instrumento žemosios natos, nes garse nebelieka harmonikų. Netgi plataus spektro instrumentai – maži būgnai, lėkštės, skrabalai skamba skurdžiau už didesnius mušamuosius.
- You must be logged in to reply to this topic.