بازگشت

نواک (Pitch) و شیوش (Timber)

از جنبه های درک ذهنی صوت در آکوستیک موسیقی می توان گفت که هر صوتی عموما سه خاصیت متمایز دارد که آن را از صوت دیگر متمایز می سازد.

یکی از این سه خاصیت بلندی صوت است که در موردرآن صحبت کردیم.

دومین خاصیت ذهنی نواک آن است. نواک هم مانند بلندی خصوصیتی پیچیده می باشد که تابع یک کمیت فیزیکی تنها نیست. نواک صوت های موسیقی اساسا بوسیله بسامد تعیین می گردد، ولی در عین حال تابع شدت و شکل موج آن صوت ها نیز هست.

مثلا هرگاه تن خالصی به بسامد ۱۰۰ هرتز یا ۲۰۰ هرتز، ابتدا با تراز بلندی معتدل و پس از آن با تراز بلندی زیاد ادا شود، همه شنوندگان خواهند گفت که نواک صدای دوم، یعنی صدای بلندتر از نواک صدای اول کمتر بوده است، در صورتی که می دانیم بسامد در هر دو دوره ثابت مانده است.

آزمایش هایی از این دست ثابت کرده اند که وقتی بلندی صوتی را زیاد می کنیم، تنزل نواک در بسامدهای پایین آشکارتر است، و هنگامی که تراز بلندی این بسامدها را از ۴۰ فون به ۱۰۰ فون برسانیم، برای این که نواک آن ثابت بماند، باید بسامد صوت را ده درصد (۱۰٪) بالا ببریم.

تغییر نواک بواسطه بلندی در بسامدهای 100Hz بیشترین است.

همچنین این تغییر برای تن های خالص سینوسی آشکارتر است.

برای بسامدهای بین 1000Hz و 5000Hz یعنی در فاصله ای که گوش حساسیت بیشتری دارد، نواک صوت نسبتا به بلندی آن وابسته نیست.

برای یافتن ارتباط بین احساس ذهنی نواک و خواص فیزیکی بسامد، از راه های مختلف کوشش به عمل آمده است.

یک روش این است که دو تن خالص متفاوت را متناوبا برای شنونده ای تولید کنیم. بلندای این دو صوت با هم برابر و معمولا ۴۰ یا ۶۰ فون باشد. از شنونده بخواهیم که بسامد یکی از این دو صوت را طوری میزان کند که نواک آن در نظرش درست نصف نواک صوت دیگر شود.

این آزمایش را برای سری بسامدهایی که در فاصله شنونده ای قابل درک قرار دارند، تکرار می کنیم.

چنان که انتظار می رود، توافق در تشخیص شنوندگان گوناگون به هیچ رو قطعی نیست. ولی نتیجه متوسطی که بدست می آید، آشکارا ثابت می کند که نواک و بسامد با یکدیگر متناسب نیستند.

مثلا بسامدی را که گوش نصف بسامد 200Hz تشخیص می دهد، نزدیک به بسامد 100Hz است. ولی بسامدی که به نظر می آید نصف 5000Hz باشد، کمتر از 2000 است.

باید کاملا توجه داشت که هنگام انجام دادن این گونه آزمایش ها، دو بسامد را باید متناوبا و نه با یکدیگر تولید کنیم.

اگر دو صوت داشته باشیم که به گوشمان نسبت نواک آن دو مانند ۲ به ۱ باشد، و با هم به صدا در آیند، نتیجه آن ها خیلی ناجور است.

حال اگر این دو صدا را تواما به گوش شخصی وارد سازیم، وی بی اراده صدای با بسامد کمتر را طوری تغییر می دهد که بسامد آن نصف بسامد صدای دیگر شود؛ یعنی یک اکتاو پایین باشد، و بدین سان از ناجوری ترکیب دو صدا جلوگیری می کند.

اگر ما بسامد را ماخذ سنجش قرار دهیم، امکان خواهد داشت که عددی را به نواک ذهنی نسبت دهیم، و از این رو راه برای نواک مقیاسی بسازیم. بسامدی که معمولا ماخذ سنجش گرفته می شود، 1000Hz است و صوت مربوط به آن را ۱۰۰۰ واحد نواک، یا 1000 mel (مل) می گیرند. مل از واژه ملودی مشتق شده است.

بنابراین مشاهده ها را ممکن است جمع آوری کرده و به شکل یک منحنی در آورد که ارتباط بین بسامد و نواک را نشان دهد. (مطابق شکل زیر)

این منحنی بخصوص در تراز بلندی ۶۰ فون تهیه شده است.

احساس نواک از تون آمیخته ای (Complex Tone) که دارای هارمونیک های صوتی با بسامد بیشتر از صوت اصلی باشد، تنها تابع کمترین بسامد نیست. بلکه تابع بسامدها و دامنه های صوت های دیگر توام با‌ آن نیز هست. مثلا اگر تن آمیخته ای تشکیل شده باشد، از بسامدهای 100Hz، 200Hz، 300Hz، 400Hz و 500Hz و همه این مؤلفه ها به یک بلندی باشند. نواک مشاهده شده در حدود 160 mel است، و اگر مؤلفه با بسامد 100Hz را از این مجموع حذف کنیم، مشاهده می شود که نواک بقیه باز برابر با 160 mel باقی می ماند.

همچنین یک دسته مؤلفه های مساوی و آمیخته که با بسامدهای 400Hz، 600Hz، 800Hz، و 1000Hz دارای نواکی در حدود 300 mel خواهد بود، و اگر بسامدهای 500Hz، 700Hz و 900Hz را به آن ها بیافزاییم، نواک حاصل تا حدود 160 mel کاهش می یابد.

از بررسی مثال های بالا آشکار می شود که نواک یک سری کامل از هارمونیک هایی که همگی دارای بلندای مساوی باشند، بوسیله حداقل تفاضل بسامدها تعیین می گردد، نه بوسیله کمترین بسامد میان آن ها.

منشا این گونه اثرها در خصوصیت ناخطی بودن حس شنوایی است.

وقتی تعداد مؤلفه های صوت آمیخته زیاد باشد و بلندی این صوت ها نیز نزدیک به یکدیگر باشند، صوت خاصیت داشتن نواک را از دست می دهد و مانند نوفه می گردد.

یک نمونه نوفه ای است که بر اثر گرما پیدا می شود، که تمام بسامدهای مؤلفه ها دارای شدتی یکسان هستند و به طور پیوسته در سراسر فاصله بسامدهای قابل شنیدن قرار گرفته اند. چنین نوفه ای شکل مخصوصی دارد که شبیه به صدای سرخ کردن غذا و یا صدای ریزش آب است و آن را نوفه سفید (White Noise) می نامند.

شیوش (Timber) نواهای موسیقی نیز خاصیتی ذهنی است که به ما این امکان را می دهد دو صوتی را که تراز شدتی و بسامدهای اصلی آن ها مساوی باشند، ولی شکل موج آن ها متفاوت باشد را از یکدیگر تشخیص دهیم.

به سخنی دیگر، احساس شیوش مبین توانایی ما در تشخیص صدای ویولن از صدای ترومپت است، ولو این که هر دوی این سازها یک نت معین را با بلندی یکسان بنوازند.

شیوش صدا را زنگ صدا نیز می نامند.

شیوش مانند بلندی و ارتفاع یکی از خصوصیت های پیچیده صوت است، و اگرچه اساسا تابع شکل موج صوتی است که می شنویم، ولی تابع شدت بسامد آن نیز هست.

نواک صوتی را ارتفاع نیز می نامند.

 

منبع: جزوه فیزیک صوت، مهندس جعفری