Wyżej, niżej - Wysokość dźwięku

A gdyby nawet nadepnął na trochę więcej, niż tylko ucho, to chyba brak zdolności muzycznych nie byłby tak istotnym mankamentem u takiego osobnika. Zresztą zostawmy ten temat, a konkretnie zostawmy słonia, bo o uchu – a w zasadzie o słuchu – chciałbym w tym artykule jeszcze coś napisać.

WYSOKOŚĆ DŹWIĘKU

To, że im wyższa częstotliwość dźwięku, tym ma on wyższe brzmienie nikogo nie dziwi. I odwrotnie – zmniejszając częstotliwość dźwięku sprawiamy, że odbieramy go jako niższy. Czymże w takim razie jest owa „wysokość dźwięku”? Wysokość dźwięku jest wrażeniem słuchowym, umożliwiającym określenie położenia dźwięku na skali częstotliwości. Tyle regułka. Ale okazuje się, że to nie jest takie proste, bowiem dochodzi do tego wpływ głośności dźwięków.

IM WIĘCEJ CIEBIE, TYM MNIEJ

Tak ogólnie, parafrazując słowa znanej piosenki, można scharakteryzować wpływ, jaki na wrażenie wysokości dźwięku ma jego głośność. Przeprowadzając badania na tonach, czyli dźwiękach prostych, których przebieg czasowy jest „czystą” sinusoidą, stwierdzono, że im większe natężenie dźwięku (a więc i głośność), tym dany ton wydaje się brzmieć niżej, niż w rzeczywistości. Zgodnie z rysunkiem, przy poziomie głośności powyżej 100 fonów dla niskich tonów różnica ta może wynosić nawet 15 % in minus. Efekt ten może mieć istotne znaczenie w przypadku „robienia” odsłuchów za pomocą bezprzewodowych monitorów dousznych.

Zależność między zmianą wysokości tonu a częstotliwością.

Jak widać na rysunku, efekt ten jest najbardziej słyszalny w zakresie od 80 do 400 Hz. Czy to znaczy, że jeśli nie operujemy zbytnio w tym zakresie, np. pracując z wokalem żeńskim albo fletem, jesteśmy bezpieczni? Nie do końca. Jak więc ta „wada” naszego słuchu może nam popsuć szyki? Ano wystarczy podać muzykowi, szczególnie wokaliście, zbyt głośny odsłuch w słuchawki. Jeśli głośność instrumentów będzie odpowiednia, ale zbyt głośno będzie on słyszał siebie, to będzie śpiewał ciut za wysoko. Wynika to w prostej linii właśnie ze zjawiska wpływu poziomu natężenia dźwięku na wrażenie wysokości dźwięku. Ktoś powie – no dobrze, ale to dotyczy tonów prostych i w dodatku w stosunkowo wąskim i niskim paśmie. To fakt, ale jeśli taki wpływ na wysokość tonów prostych ma natężenie dźwięku, to nie mniejszy, jeśli nie większy, wpływ ten przejawiać się będzie w dźwiękach złożonych, czyli takich, z jakimi mamy do czynienia w muzyce. A pasmo? Tutaj trzeba wspomnieć o kolejnej właściwości naszego słuchu.

IMAGINE

Można ją określić w skrócie jako słyszenie czegoś, czego nie ma. I nie chodzi tu bynajmniej o „głosy”, „zwidy” czy „omamy słuchowe”. Okazuje się, że każdy z nas „cierpi” na taką dolegliwość, ale bynajmniej wcale nie jest ona uciążliwa, a wręcz czasami bardzo przydatna. O co chodzi? Dopóki słuchamy pojedynczych tonów o małym natężeniu, wszystko jest w porządku – a więc mniej więcej słyszymy faktycznie to, co gra. Problemy zaczynają się już wtedy, gdy dalej mamy do czynienia z tonami, czyli w dalszym ciągu z dźwiękami prostymi, ale emitowane są one z większą głośnością. W takim przypadku w naszym uchu zachodzi zjawisko powstawania tonów subiektywnych. Wynika to z nieliniowości w naszym uchu środkowym, a to sprawia, że gdy na ucho działa ton o częstotliwości f, to słyszalne są tony harmoniczne o częstotliwościach 2f, 3f, 4f, itd. Można rzec, że mamy do czynienia z klasycznym „przesterem”, i to wychodzi na to, że „lampowym”, bo powstają zarówno nieparzyste, jak i parzyste harmoniczne. Jaki musi być poziom głośności, żeby to zjawisko zachodziło? Okazuje się, że znowu zależne jest to od... częstotliwości. Dla dźwięków w zakresie od 20 do 100 Hz nawet kilka harmonicznych może pojawiać się już przy poziomie rzędu 20-30 dB. Od częstotliwości ok. 1.000 Hz wzwyż poziom jest już mniej więcej stały – druga harmoniczna powstaje przy ok. 50 dB, trzecia gdy dźwięk osiągnie poziom 70 dB, a czwarta powyżej 85 dB.

To jeszcze nic. Jeszcze ciekawiej robi się, gdy zamiast pojedynczego tonu mamy do czynienia z kilkoma tonami albo, jeszcze lepiej, dźwiękami złożonymi. Np. w przypadku dwóch tonów o różnych częstotliwościach f₁ i f₂. Oprócz tonów o częstotliwościach podstawowych i ich harmonicznych ucho usłyszy tony różnicowe i sumacyjne, a więc f₁-f₂, f₁+f₂, 2f₁-f₂, 2f₁+f₂, 2f₁-2f₂, 3f₁+2f₂ itd.

Jakie to wszystko ma znaczenie? Dwojakie. Po pierwsze, biorąc po uwagę, że nasze ucho dokłada nam dodatkowe harmoniczne, tak do końca wcale nie możemy być pewni, że np. skrzypce faktycznie brzmią tak, jak... skrzypce, gitara jak gitara, a fortepian jak fortepian. To zresztą można samemu sprawdzić. Wystarczy posłuchać sobie nagrania jakiegoś instrumentu cicho, a następnie stosunkowo głośno. Oprócz zmiany barwy wynikającej z krzywych jednakowego słyszenia (przy cichym słuchaniu słyszymy mniej basu i góry, przy głośnym krzywa przebiega mniej więcej poziomo) można też usłyszeć subtelną zmianę brzemienia. Jeśli ktoś usłyszy, a tym bardziej jeśli nie usłyszy, nie ma obaw. Po pierwsze poziom powstających w naszym uchu harmonicznych jest naprawdę niewielki, po drugie liniowość naszych urządzeń odsłuchowych też często pozostawia wiele do życzenia, a więc zmiany mogą wynikać ze zmian wprowadzanych nie tyle przez nasze ucho, co przez nasz system. Żeby więc nie tracić czasu proponuję uwierzyć na słowo.

Istnieje jednak inny mechanizm, który jest już bardziej odczuwalny, wynikający z powstawania w uchu tonów subiektywnych.

PODSTAWA

Jeśli mamy dźwięk złożony z kilku harmonicznych, to, zgodnie z tym, co wcześniej napisałem, poszczególne sąsiednie harmoniczne dają ton różnicowy o częstotliwości podstawowej, wzmacniając lub nawet odtwarzając nieistniejący w rzeczywistości ton. Eksperymentalnie udowodniono, że jeśli z widma dźwięku złożonego z kilku harmonicznych o częstotliwości podstawowej, dajmy na to 200 Hz, „wyrzucimy” ton podstawowy, to ucho i tak odczyta go jako dźwięk złożony o częstotliwości podstawowej 200 Hz, a nie 400 Hz, jak wynikałoby z analizy widmowej takiego „zubożonego” dźwięku.

Teraz wróćmy jeszcze na chwilę do naszego „fałszującego” wokalisty. Rozumiemy już, że nawet jeśli operuje on w wyższych rejestrach, to widmo dźwięków słyszanych w naszym uchu i tak będzie rozciągało się w dół, a więc będzie „podatne” na obniżanie wysokości. Podsumowując – jeśli wokalista będzie słyszał zbyt głośno siebie w słuchawkach, zacznie śpiewać ciut za wysoko (gdyż będzie siebie słyszał niżej, próbując „podciągać” do tonacji). Jeszcze gorzej kiedy podkład będzie za głośno – wtedy może mieć w ogóle problem z trafianiem w odpowiednie dźwięki. A więc dbajmy o odpowiedni poziom sygnału w słuchawkach muzyków na scenie (a także w studio), nie tylko dla dobra ich słuchu, ale też dla dobra słuchaczy.

Armand Szary

Armand Szary współpracuje na co dzień z jednym z młodych zespołów jako realizator dźwięku.