Диапазон частот голоса и инструментов

Речь

Диапазон частот, соответствующий речи человека (от 100 Гц до 6 кГц), гораздо уже того, который он может воспринимать, причем максимальная мощность звуков речи приходится на частоты ниже 1 кГц, а около 80% от общей мощности -- на частоты ниже 500 Гц. Звуков с высокими частотами в речи присутствует мало, но практически вся мощность согласных звуков приходится на частоты выше 1кГц, поэтому потеря высоких частот может привести к снижению разборчивости речи.

Минимальный частотный диапазон для системы воспроизведения речи (например, обычного телефона) должен находиться в пределах от 300 Гц до 3,5 кГц. Разборчивость речи можно повысить, если в частотах 2--5 кГц на АЧХ будет всплеск, соответствующий "эффекту присутствия", высотой 3--6 дБ.

К систем звукоусиления в отношении точности воспроизведения речи предъявляются более жесткие требования, чем к телефону, поэтому системы оповещения должны иметь достаточно линейную АЧХ хотя бы в диапазоне 100 Гц -- 8 кГц. Наличие в АЧХ таких систем пика, соответствующего "эффекту присутствия" тоже будет способствовать улучшению разборчивости речи, но он также может и увеличивать вероятность возникновения обратной связи (возбуждению системы звукозаписи).

Вокал и музыкальные инструменты

На диаграмме, приведенной на рис 3.4.1, отображены частотные диапазоны разных музыкальных инструментов и поставленного певческого голоса.

Звуки музыкальных инструментов имеют более сложные характеристики, чем речевые. Частотный диапазон и мощность определенного музыкального сигнала в большой степени зависят от количества звучащих инструментов и их расположения относительно друг друга, манеры исполнения и многих других факторов. Например, если в музыке какого то жанра основная мощность приходится на звуки с частотой 20 Гц --100 Гц, то в музыкальных произведениях, написанных в других стилях, такие звуки могут отсутствовать.

Поэтому профессионалам в области звукоусиления следует, в первую очередь, научиться анализировать музыкальный материал и использовать свой опыт, чтобы добиться качественного звучания. Для этого необходима длительная практика в прослушивании самых разных источников звука на разной аппаратуре. В работе звукорежиссера всегда важно очень внимательно слушать, исследовать то, что слышишь, запоминать впечатления и использовать их в дальнейшей работе.

Гармоники

Частотный диапазон музыкальных инструментов ограничен 4 кГц (рис. 3.4.1). Человек же может различать звуки гораздо более высоких частот, поэтому звучание систем с ограниченной АЧХ, в котором отсутствуют высокие звуки, он будет воспринимать тусклым и приглушенным. Такое явное несоответствие, вытекающее из частотных диапазонов, показанных на рис. 3.4.1, обусловлено тем, что в них не учтены гармоники музыкальных инструментов.

Рис. 3.4.1 Диапазон частот, воспроизводимых певческими голосами и различными музыкальными инструментами

Дело в том, что каждый музыкальный звук, который мы слышим, является сочетанием синусоидальных волн разных частот и амплитуд, соотношение которых и определяет характер, или тембр, звука. Результирующая звуковая волна может отображаться на осциллографе импульсами любой формы (треугольными, прямоугольными), причем иногда описать ее форму бывает очень трудно.

Звуковую волну, соответствующую музыкальной ноте определенной высоты, можно получить, объединив несколько синусоидальных волн с определенными параметрами. Набор таких синусоидальных волн называется "гармониками", они имеют кратные частоты (т.е. расположены на частотах, полученных умножением исходной на целое число). Частота синусоидальной волны на той высоте, которую мы слышим как ноту, является основной и обычно (но не всегда) самой сильной (т. е. имеет максимальную амплитуду) в комбинации синусоидальных волн, из которых состоит звуковой сигнал сложной формы.

Кроме основной волны в гармонике присутствуют дополнительные синусоидальные волны, которые расположены на кратных более высоких частотах. Например, если частота основной волны гармоники соответствует 500 Гц, то дополнительные волны будут располагаться на частотах 1 кГц, 1,5 кГц, 2 кГц, 2,5 кГц и т. д. Графическая иллюстрация спектра звуков гармоники музыкального инструмента представлена на рис. 3.4.2.

Рис. 3.4.2 Гармоники открытой струны скрипки. Низкие звуки имеют более плотные гармоники

Обычно, чем выше гармоника, тем ниже ее амплитуда (или сила), поэтому высокие гармоники характеризуются более слабыми звуками, чем основная. Но иногда отдельные гармоники могут быть и громче основной, в таких случаях звуки становится более резким, напоминающим, те, что издают, например, гобой, кларнет.

Если компоненты синусоидальных волн, характеризуются некратными частотами, то они будут восприниматься в виде шума, а не отдельных тонов. Такое звучание дают ударные инструменты, они производят звуки со сложным набором компонентов с некратными частотами. Качество звука будут определяться соотношением амплитуд компонентов синусоидальных волн (независимо от того имеют ли они кратные или некратные частоты). Поэтому важно, чтобы звуковые системы имели линейную АЧХ, только в этом случае они не будут влиять на звучание инструментов.