Что такое обертоны и что такое гармоники?
Как они связаны?
Я знаю, что первая гармоника - это тон А на 440 Гц, а вторая гармоника - на 880 Гц на октаву выше, это также первый обертон, это просто нормальный тон? Вся разница в базовой частоте. Чем обертоны отличаются от простых тонов, например, если я играю 440 Гц как обычный тон, отличается ли он от обертона?
В контексте акустического анализа:
Обертон : любая резонансная частота выше основной частоты.
Гармоника : резонансная частота, кратная основной частоте.
Практически на любом ^* музыкальном инструменте каждый раз, когда вы играете звук, вы получаете целую серию обертонов. Особенность тональных инструментов, которая делает их тональными, состоит в том, что важными обертонами являются гармонические. Когда вы играете ноту А4, она состоит из гармоник с частотами 440, 880, 1320, 1760, 2200, 2640... Когда вы играете ноту А5 (основная частота 880 Гц), она состоит из гармоник 880, 1760, 2640... Обратите внимание, что набор гармоник в звуке 880 Гц является лишь подмножеством гармоник в звуке 440 Гц. Наша способность идентифицировать разделение между гармониками является неотъемлемым компонентом того, как мы воспринимаем высоту звука, о чем свидетельствуют звуки, в которых отсутствует основной тон . Таким образом, различные наборы гармоник являются неотъемлемой частью того, как мы здесь различаем эти два звука.
Идея о том, что музыкальный тон состоит именно из гармоник, является (полезной) идеализацией - реальные инструменты имеют некоторую степень негармоничности, поэтому пики могут немного отличаться от точных целочисленных соотношений. Другой аспект этой идеализации состоит в том, чтобы думать об обертонах как об определенных частотах; на самом деле каждый из обертонов имеет некоторое распространение; но для высоты тона и особенно для длинных выдержанных нот этот разброс очень мал по сравнению с разделением между пиками.
Когда термин «обертон» используется в менее технических контекстах, он имеет тенденцию обозначать ощутимое присутствие других высот в пределах данной высоты, т. е. вы играете ля, и вы можете вытащить и услышать, что в нем также есть ми. (Обратите внимание, что нота E4 имеет гармоники 660, 1320, 1980, 2640... и что половина из них присутствует в ноте A)
Вне акустического анализа фраза «гармоника» также может использоваться по-разному:
Этот ответ был значительно отредактирован, чтобы включить компоненты ответов JCPederosa и Калеба Хайнса.
^ * Исключениями, которые я имею в виду, являются некоторые простые аддитивные синтезаторы, которые могут иметь только один или два синусоидальных компонента, и некоторые формы перкуссионных инструментов (например, шейкеры), которые имеют только слабые спектральные пики.
Разница довольно проста, и мы можем слишком усложнять ее в других ответах.
Обертон: любая резонансная частота выше основной частоты.
Гармоническая: резонансная частота, кратная основной частоте.
Гармония — это разновидность обертонов. Все резонансные частоты выше основной являются обертонами, но только те, которые являются целыми кратными основной, являются гармониками.
Обратите внимание, что обертон определяется как находящийся выше основного тона, поэтому последовательность обертонов начинает отсчет после основного тона. Гармонический ряд начинает отсчет с основного.
Например, здесь у нас есть 4 различных серии обертонов.
Гармоники: 1-я 2-я 3-я 4-я 5-я
| | | | |
20 40 60 80 100
| | | |
Обертоны: 1-й 2-й 3-й 4-й
Гармоники: 1-я 2-я 3-я
| | |
20 33 40 42,5 60
| | | |
Обертоны: 1-й 2-й 3-й 4-й
Гармоники: 1-я 2-я
| |
20 33 56 42,5 60
| | | |
Обертоны: 1-й 2-й 3-й 4-й
Гармоники: 1-я
|
20 33 56 42,5 69,8
| | | |
Обертоны: 1-й 2-й 3-й 4-й
Дальнейшее чтение:
В общем, всякий раз, когда есть звук, одновременно возникает более одной частоты (исключение: чистый синусоидальный тон имеет одну частоту). Но любую периодическую функцию, например звуковую волну, можно записать (с помощью преобразования Фурье) в виде суммы отдельных синусоид, каждая со своей частотой и амплитудой. Если вы построите амплитуду каждой частоты, вы получите спектр. Каждая из этих (потенциально бесконечных) частот, составляющих звук, называется парциальной .
Для всплеска белого шума каждая возможная частота имеет примерно одинаковую (не нулевую) амплитуду. Для чистого синусоидального тона каждая частота, кроме одной, имеет нулевую амплитуду.
Для тонких звуков, таких как музыкальные ноты, у вас обычно есть серии дискретных пиков (частей) на разных частотах. Самый низкий пик называется основным и обычно имеет наибольшую амплитуду. Это соответствует высоте, которую вы слышите. Все остальные частичные оттенки, кроме основных, называются обертонами .
Любая парциальная гармоника, кратная основной гармонике ( включая основную, которая сама умножается на единицу), является гармонической парциальной — или просто гармоникой . Таким образом, для основной частоты F гармоническими частями являются F, 2F, 3F, 4F, ... Обычно инструменты с высотой тона устроены таким образом, что они усиливают только гармонические части и гасят любые негармонические части. Если по физическим причинам инструмент достигает пика на частоте, которая немного отличается от гармонического ряда, скажем, на 5,01F вместо 5F, эта разница называется негармоничностью .(вот почему, например, пианино меньшего размера имеют более низкий звук). С другой стороны, ударные инструменты имеют более сложные режимы вибрации и обычно включают дополнительные негармонические обертоны. Для инструментов без высоты тона, таких как барабаны, может даже не быть отдельного основного тона.
Для тонального инструмента, в котором все обертоны являются гармоническими обертонами, нумерация обертонов и гармоник будет отличаться на единицу, потому что основной тон не является обертоном. Таким образом, у вас есть:
Итак, вкратце:
Гармоники — это чистые синусоидальные составляющие периодических сигналов. Основная гармоника (которая считалась бы 1-й гармоникой, используя простую систему нумерации, но на самом деле почти никогда не называлась так явно) имеет ту же частоту, что и период основной гармоники того, на что вы смотрите. 2-я гармоника имеет удвоенную частоту, 3-я гармоника - в 3 раза больше частоты и так далее.
Теперь есть разница, когда в игру вступает дисгармония . Ряд генераторов тона на самом деле не производят фактически периодические сигналы, поскольку обертоны генерируются модами , и эти моды могут не быть идеальными гармониками.
Вибрирующие струны со стороны выглядят как скакалки. Теперь можно раскачивать скакалку в режиме «2-я гармоника», когда одна из рук, вращающих скакалку, поднята, когда остальные делают это. Если у вас действительно длинная веревка и действительно хорошие шкиперы и токари, то они могут прыгать попеременно.
Оказывается, когда струна толстая, ее концы сравнительно жесткие, что укорачивает эффективную длину струны. И чем гибче вся форма, тем более эффективно она укорачивается. Таким образом, обертоны толстых струн, как правило, имеют более высокую частоту, чем должные гармоники. Таким образом, различные лады (и, следовательно, обертоны) струны приблизительно соответствуют гармоникам, но не полностью.
Другой интересный случай - свободные трости, как в губной гармошке или аккордеоне. Трость проходит через язычковую пластину с прорезями, металлический язычок (в основном прямоугольная металлическая полоса), блокирующий щель, установлен с одной стороны и как бы пробивает твердые отверстия в воздушном потоке, когда изгибается вперед и назад через щель. Поскольку процесс проделывания отверстий в воздушном потоке является периодическим, результирующий богатый обертонами звук не имеет какой-либо дисгармонии.
Однако само действие трости имеет высшие режимы: основной режим — это просто изгиб трости повсюду в одном и том же направлении, но есть и более высокие режимы, когда трость изгибается вперед и назад. Теперь свободные трости не просто плоские, а профилированы таким образом, что более сильное изгибание трости все равно приведет к той же частоте (аккордеон) или приведет к искривлению высоты тона (гармоника). Из-за этого профиля металлические обертоны обычно настолько далеки от гармоник, что не возбуждаются.
Однако при настройке таких тростей их царапают или подпиливают в разных местах в зависимости от того, нужно ли повышать или понижать высоту тона. В процессе настройки может случиться так, что одна из вибрационных мод приблизится к реальной гармонике. В этом случае он будет возбуждаться и мешать воздушным гармоникам из-за действия «пробить дыру в воздушном потоке».
Трость будет звучать нечисто, и она будет подвергаться гораздо большему механическому воздействию из-за дополнительной моды, с которой она вибрирует почти в резонансе. Отключение тростника и его повторное включение может решить проблему.
Таким образом, с бесплатными язычками (на самом деле, и с несвободными) вам не нужны какие -либо обертоны в самом действии язычков. Вместо этого обертоны являются результатом несинусоидального способа, которым происходит регулярное периодическое действие язычка.
Для такого рода процесса не существует дисгармонии. Однако парный резонансный воздушный столб (например, органные трубы или гобой и т. д., но не гармоника или аккордеон) может иметь свои собственные лады и, следовательно, дисгармонические обертоны.
Ненаучный ответ: у каждого звука есть основная частота. Это называется первой гармоникой. Почему это флажолет, а не основной лад, я не знаю! Другие звуки исходят от источника звука. Те, которые имеют удвоенную, тройную и т. д. частоту, называются гармониками или обертонами, то же самое.
Частичные или негармонические обертоны также существуют в звуке. Вместо того, чтобы быть «октавными копиями» основной частоты, они являются квинтами и т. д. Когда струна делится на части (например, в gtr, касаясь струны в долях по ее длине), она производит разные обертоны. Как и в - 1/2 такта - 2-я гармоника. 1/3 путь - пятый. 1/4 способ - 3-я гармоника. 1/4 путь - майор. 3-й. Вполне возможно, дальше по гитарной струне, сыграть октавную гамму, хотя и не точно по частоте, начиная с 2 1/4 лада и заканчивая 1-м ладом. Все частичные или негармонические обертоны, которые встречаются внутри основной ноты открытой струны, хотя скорее на заднем плане, на слух
Многие из этих звуков можно услышать, когда нота играется на инструменте. Доля каждого зависит от каждого инструмента. Это дает каждому свой собственный тембр (тон). У колокольчиков может быть больше всего частичных тонов, из-за чего они звучат так, как будто они «более фальшивы», чем, скажем, у флейты, у которой их меньше.
Искажение, создаваемое овердрайвом на гитарах, усиливает гармоники или обертоны. Это становится проблемой, когда проигрываются целые аккорды, поскольку в этом случае части каждой компонентной ноты увеличиваются. Все звуки сливаются в шум. Используя только I и V, мы получаем обертоны, которые хорошо звучат вместе, не конфликтуя. Отсюда и вездесущий пятый аккорд, любимый многими гитаристами.
Надеюсь, последуют научные ответы с графическим объяснением.
Простой прямой ответ заключается в том, что, включая основную, все гармоники: 440 Гц, 880, 1760 и т. д. (скажем, на А). Обертоны не включают в себя основные. Обертоны = 880, 1760 и т. д. Таким образом, 1-я гармоника равна 440, тогда как 1-й обертон равен 880: 1-й обертон = 2-й гармонике. пример).
РЕДАКТИРОВАТЬ: Обертоны называются «верхними обертонами» — основная нота является обертоном, а не обертоном. являются «верхними партиалями», не все верхние партиалы являются гармониками. Возвращаясь к упомянутому ранее колоколу, у него есть верхние партиалы, которые не соответствуют гармоническому ряду.
Фанест
Дэйв