Спектр звука

Характер восприятия звука органами слуха зависит от его спектра частот и амплитуд.

Шумы обладают сплошным спектром, т. е. частоты содержащихся в них простых синусоидальных колебаний образуют непрерывный ряд значений, целиком заполняющих некоторый интервал.

Музыкальные (тональные) звуки обладают линейчатым спектром частот. Частоты входящих в их состав простых гармонических колебаний образуют ряд дискретных значений.

Периодические и даже непериодические сигналы можно представить совокупностью, или рядом (ряд Фурье), гармонических сигналов с кратными основной частоте частотами – гармониками. Итак, в любом периодическом сигнале есть составляющая с основной частотой – основная, или первая, гармоника, а есть и набор высших гармоник (называемых также кратными). Этот набор называется спектром колебаний.

Каждое гармоническое колебание называется тоном (простым тоном). Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон. Ощущение высоты звука определяется его частотой. Плавное изменение частоты звуковых колебаний от 16 до 20 000 Гц воспринимается вначале как низкочастотное гудение, затем как свист, постепенно переходящий в писк.

Основным тоном сложного музыкального звука называется тон, соответствующий наименьшей частоте в его спектре. Тоны, соответствующие остальным частотам спектра, называются обертонами. Если частоты обертонов кратны частоте f_о основного тона, то обертоны называются гармоническими, причем основной тон с частотой f_о называется первой гармоникой, обертон со следующей по величине частотой 2·f_о – второй гармоникой и т. д.

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном могут различаться тембром. Тембр определяется составом обертонов – их частотами и амплитудами, а также характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спада в конце звучания.

Параметры звуковых волн определяют наше слуховое восприятие. В общем, характерна следующая связь между этими параметрами и нашим восприятием (табл. 12).

Таблица 12