Vlastnosti zvuku

Vlastnosti zvuku rozhodují o kvalitě sluchového vjemu. Sluchem snadno rozeznáme vysoký tón houslí a hluboký tón basy. Některé zvuky mohou být sotva slyšitelné, nebo i tak silné, že před nimi musíme sluch chránit.

Periodické kmitání zvukové frekvence, tzn. tóny, charakterizuje výška tónu a barva tónu.

Výška tónu je určena frekvencí (video). U jednoduchých tónů s harmonickým průběhem určuje frekvence absolutní výšku tónu.

Obr. 1: Časový diagram ladičky 440 Hz – absolutní výška tónu

Složené tóny jsou výsledkem superpozice většího počtu harmonických kmitání s různými frekvencemi. Tón s nejnižší frekvencí je základní tón a jeho frekvence určuje absolutní výšku složeného tónu. Další složky tónu označujeme jako vyšší harmonické tóny a jejich frekvence jsou určitými násobky frekvence základního tónu. Amplitudy vyšších harmonických tónů se s rostoucí frekvencí obvykle zmenšují.

Obr. 2: Jednoduchý tón 440 Hz (níže - mp3) a složený tón (základní tón je 440 Hz a vyšší harmonický tón je 880 Hz s poloviční amplitudou - níže - mp3). Generováno programem HarSynLite (iPAD) a zaznamenáno programem Soundcard Scope (PC)

Jednoduchý a složený tón  - mp3 (níže příloha)

Častěji hodnotíme zvuky subjektivně na základě relativní výšky tónu. Relativní výška tónu je určena podílem frekvence daného tónu a frekvence vhodně zvoleného srovnávacího, tzv. referenčního tónu. V akustice je referenčním tónem komorní a (označujeme a¹) o frekvenci 440 Hz (níže - mp3).

V hudbě se poměrem frekvencí dvou tónů vyjadřují tzv. hudební intervaly.

Obr. 3: Tónová stupnice klávesového hudebního nástroje, ladění a hudební intervaly

Na klaviatuře klávesového hudebního nástroje je mezi primou a oktávou 12 kláves, 7 bílých a 5 černých (obr. 3 výše). Oktáva je rozdělena na 12 hudebních intervalů (půltónů) s relativní výškou

Toto ladění je tzv. temperované ladění.

U hudebních nástrojů, kde hudebník může ovlivnit frekvenci na základě subjektivního vnímání hudebních intervalů (např. u houslí), se používá tónová stupnice s tzv. přirozeným laděním (poměr celých čísel).

Barvou tónu nazýváme vlastnost složeného tónu, která je určena počtem a amplitudou vyšších harmonických tónů obsažených ve složeném tónu. Barva tónu umožňuje sluchem rozlišit dva složené tóny stejné absolutní výšky zahrané na různých hudebních nástrojích (viz obr. 4).

Obr. 4: Časové diagramy složených tónů a¹ se stejnou absolutní výškou u flétny a houslí – liší se barvou tónu

Hudební nástroje se liší nejen barvou tónů, ale i frekvenčním a tónovým rozsahem (obr. 5). Stejné vlastnosti mají i lidské hlasy (obr. 5).

Obr. 5: Frekvenční a tónové rozsahy hudebních nástrojů a lidského hlasu

Úlohy:

1. Zkuste měřit časové diagramy složených tónů se stejnou absolutní výškou.

2. Hmyz za letu vydává zvuk, jehož příčinou je kmitání křídel. Například při letu čmeláka slyšíme hlubší tón něž při letu komára. Vysvětlete.

3. Kolik oktáv obsahuje interval slyšitelných tónů?

4. První půltón ve stupnici C – dur (hudební označení c¹ – cis¹) lze vyjádřit v přirozeném ladění poměrem frekvencí 25 : 24. Určete absolutní výšku tónu cis v temperovaném a přirozeném ladění.

5. Absolutní výšky tónů hudebního intervalu půltónu jsou tak blízké, že při jejich souznění vznikají zázněje (rázy - níže mp3). Určete frekvenci záznějů u tónů c¹ – cis¹ z předcházející úlohy.

Obr. 6: Časový diagram záznějů generovaných v programu Soundcard Scope (PC) a zaznamenaných v programu Audacity (PC)

6. Jak člověk vnímá souzvuk dvou tónů s frekvencemi v poměru velkých celých čísel 50 : 51, např. s frekvencemi 500 Hz a 510 Hz? Je to příjemný zvuk? Vyzkoušej si to s programem Soundcard Scope.

Obr. 7: Souzvuk dvou tónů s frekvencemi v poměru 50 : 51.

7. Varhany mívají frekvenční rozsah od tzv. velkého C (65,41 Hz) po tzv. tříčárkové g³ (1567,98 Hz). Jaké délky píšťal (otevřených) tomu odpovídají?

8. Určete frekvence tónů panovy flétny (tóny v příloze). Z těchto frekvencí určete jednotlivé tóny.

Obr. 8: Panova flétna 

Přílohy