Основні характеристики звуку

До основних властивостей звуку відносять амплітуду та спектральний склад звукового коливання, а також їх зміна в часі.

Амплітуда (amplitude) визначає максимальну інтенсивність коливань - голосність (volume) або силу звуку. На осцилограмі амплітуда представляється розмахом сигналу - найбільшим та найменшим відносно середнього рівня звучання.

Спектральний склад визначає забарвлення або тембр звуку. Довільне періодичне коливання
може бути представлене рядом Фур’є - сумою скінченої кількості синусоїдальних коливань
(чистих тонів). Спектр звуку представляє собою графік інтенсивностей (амплітуд) цих частотних
складових, що позначаються, як правило, у вигляді вертикальних ліній відповідної висоти. Спектр
чистого тону має тільки одну лінію, що відповідає його частоті, спектр довільного іншого
коливання має більше одної лінії. Якщо на спектрі лінії є досить гострий пік, то такий звук
сприймається на слух як тон відповідної висоти, а решта складових визначають його забарвлення,
в протилежному випадку звук сприймається як одночасне звучання декількох тонів або шум.
Частотні складові, кратні основній частоті тону, називаються гармоніками (harmonics) або

обертонами, гармоніки нумеруються, починаючи з основного тона (перша гармоніка), а обертони - з першої кратної складової (перший обертон - друга гармоніка, і т.д.).

В зв’язку з особливостями слухового сприйняття висота звуку визначається більше за його спектральним складом, ніж за його основним тоном. Наприклад, суб’єктивна висота більшості спектрально багатих низькочастотних звуків практично не міняється навіть при повному видаленні з них основного тону, який в слуховому апараті відновлюється за різнисними частотами перших обертонів.

Зміна амплітуди в часі називається амплітудною огинаючою (envelope) звуку - на

амплітудному графіку вона ніби огинає графік коливання, а графік виходить ніби вписаним в огинаючу. Довільний природній звук має огинаючу приблизно такого вигляду:

Рис.4.1. Огинаюча природнього звуку.

Цифрами позначені фази розвитку звуку, прийняті в акустиці:

1. - атака (attack) - початкова фаза, підйом,

2. - зупинка (hold) - коротка стабілізація після підйому,

3. - спад (decay) - фаза переходу звуку у встановлений стан,

4. - утримання (sustain) - фаза підтримки,

5. - затухання (release) - післязвучання.

Фаза підтримки має місце лише в тому випадку, якщо вплив, що викликав появу звуку, залишиться постійним на протязі деякого часу (наприклад, рух пили по металу або потік повітря в духовому інструменті).

Аналогічно, існує поняття спектральної огинаючої - тривимірний графік зміни спектру (і, відповідно, тембру) в часі.

Крім періодичних коливань - тонів - розглядаються також неперіодичні коливання - шуми.
Для шума зарактерно більш-менш рівномірний розподіл інтенсивності по спектру, без явно
виражених піків або спадів. Основні види шуму: білий і рожевий та коричневий. Білий
шум має рівномірну спектральну густину і в чистому вигляді в природніх звуках не зустрічається,
однак часто зустрічається в електронних приладах. Густина рожевого шуму спадає з ростом
частоти (1/f) - це характеристика шуму дощу, прибою, вітру та інших неяскраво виражених природніх шумів. Деколи розглядається також коричневий шум із густиною 1/f², що швидко спадає з ростом частоти, близький до звуків ударного походження (грім, обвал).
4.3.Частотні характеристики музичного звукоряду

В основі всіх звукорядів лежить поняття октави - звуковисотного діапазону, частоти крайніх
звуків якого відрізняються вдвічі. Музичний звукоряд розбиває октаву на ряд сходинок (в

европейській системі - 12), які в довільній октаві мають однакову назву та зміст. Розрізняють два
основних музичних звукоряди - натуральний та хроматичний. Натуральний будується з обертонів
базового звуку, зведених в одну октаву, а хроматичний оснований на рівномірному поділі октави
на 12 сходинок. Співвідношення частот натурального звукоряду являють собою раціональні

дроби, а сусідні сходинки хроматичного ряду відрізняються в - приблизно в 1.059 рази.

Опорним звуком прийнято рахувати ноту “ля” першої октави - 440 Гц.

Використання натурального звукоряду дозволяє отримати більш злитні (консонансні)

співзвуччя, однак нерівномірність його сходинок ускладнює транспортування музики на інтервали, не кратні октаві. Хроматичний звукоряд не дає таких злитних співзвучів, однак в зв’язку з рівномірністю ступенів отримав переважне розповсюдження.

В таблиці 4.1 наведено частоти нот хроматичного звука ряду:

Таблиця 4.1. Частота нот хроматичного звукоряду.