صدا و صوت

موج صوتی

صدا با ارتعاش مولکولها ایجاد می شود. به طوری که حرکت مولکول های مختل شده، انرژی را انتقال داده و موج صدایی تولید می کند که از نقطه ای به نقطه دیگر هدایت می شود.
هنگامی که جسمی تحت کشش یا ضربه قرار می گیرد، یا در آن دمیده می شود، و یا هنگامی که تارهای صوتی مرتعش می شوند، مولکولهای هوای نزدیک منبع ارتعاش به حرکت در می آیند. با شروع حرکت این مولکولها به طرف خارج از جسم نوسان کننده، یک موج صوتی منتشر می شود.
این مولکولها انرژی خود را به مولکولهای مجاورشان منتقل می کنند و واکنشی آغاز می شود که بسیار شبیه امواج ایجاد شده به هنگام افتادن سنگی در آب است.
انتقال اندازه حرکت از یک مولکول جابجا شده به مولکول مجاور، ارتعاشات اصلی را به صورت طولی از جسم نوسان کننده به شنونده منتشر می کند. آنچه که این واکنشها را ممکن می کند هوا و یا به عبارت دقیق تر، یک محیط مولکولی با خاصیت کشسانی است. کشسانی پدیده ای است که در آن هر مولکول جابجا شده تمایل دارد (بعد از حرکت اولیه اش که باعث جابجایی آن تا نزدیکی مولکولهای مجاور شده است) به محل اصلی خود بازگردد.
حرکت یک جسم نوسان گر به طرف خارج، مولکولها را به یکدیگر نزدیک کرده و فشار را افزایش می دهد و این فشردگی و تراکم، تا زمانی که اندازه حرکت مولکولهای مختل شده مولکولهای مجاور را جابجا کند، ادامه یافته و یک قله یا برآمدگی در موج صدا ایجاد می کند. هنگامی که جسم نوسانگر به طرف داخل حرکت می کند، مولکولها از یکدیگر دور شده و انبساط ایجاد می شود.
این انبساط نیز درست همانند تراکم، از جسم حرکت می کند با این تفاوت که باعث کاهش فشار شده و به این ترتیب تورفتگی در موج صدا ایجاد می کند. با حرکت موج صدا از جسم نوسان گر، تک تک مولکولها با موج پیش نمی روند بلکه در جایی که اصطلاحاَ موضع میانگین آنها نامیده می شود، نوسان می کنند تا زمانیکه از حرکت بایستند یا  به وسیله ارتعاش دیگری به حرکت درآیند. اساس حرکت هر موج مؤلفه هایی هستند که موج صوتی را می سازند از جمله بسامد، دامنه، سرعت، طول موج و فاز.

فرکانس

هنگامی که یک ارتعاش یک بار به طور کامل به سمت بالا و پایین، از تراکم تا انبساط حرکت کند، یک دور را کامل کرده است. تعداد دورهایی که یک ارتعاش در یک ثانیه کامل کند، بسامد آن نامیده می شود. اگ یک حرکت ارتعاشی ۵۰ دور در ثانیه (CPS) را کامل کند، بسامد آن ۵۰ هرتز (Hz) است؛ اگر ۱۰۰۰۰ دور در ثانیه را کامل کند، بسامد آن ۱۰۰۰۰Hz یا ۱۰KHz است. هر حرکت ارتعاشی دارای یک بسامد است و معمولاَ انسانها قادر به شنیده بسامدهای ۲۰Hz تا ۲۰KHz هستند. هر چند بسامدهای انتهای بالایی و پایینی این محدوده، ممکن است بیش از آنکه شنیده شوند، احساس شوند!
از نظر روان شناسی، ما بسامد را به صورت نواک (Pitch)، که مربوط به زیر یا بم بودن صداست درک می کنیم اگر یک منبع صوتی، در هر ثانیه تعداد نوسان بیشتری داشته باشد، نواک صدای آن بالاتر است. سیم سل (G) یک گیتار، ۱۹۶ بار در هر ثانیه نوسان می کند، پس بسامد اصلی آن ۱۹۶ Hz است. سیم لا  (A)، دارای بسامد ۱۱۰ Hz است، بنابراین سیم سل (G)، بالاتر است.

رنجهای فرکانسی

اکتاوها در سه بخش کلی بم (bass) ، میانی (midrange) و زیر (treble) ، گروه بندی شده اند؛

بم پایینی (Low-Bass): اکتاوهای اول و دوم (۲۰Hz تا ۸۰Hz) اینها بسامدهایی هستند پر انرژی، با صدای خیلی بم و پر حجم. پایین ترین نتهای پیانو، ارگ (Organ)، توبا (Tuba) و باس (Bass) در این محدوده هستند. در این اکتاوها اغلب نیازی به تقویت حجم صدا نیست. اگر به دفعات روی دهند یا صدایشان خیلی بلند باشد، ممکن است صدا گرفته، کدر یا مغشوش شود.

بم بالایی (Upper-bass): اکتاوهای سوم و چهارم (۸۰Hz تا ۳۲۰Hz). بیشتر تنهای پایینی که به وسیله ریتم و دیگر سازهای پایه مانند طبلها و سازهای ضربی (Drums)، پیانو، باس (Bass)، ویولنسل (Cello)، ترومبون (Trombone) و هورن فرانسوی (French Horn) تولید می شوند، در این محدوده هستند، این بسامدها تعادلی زیبا در ساختار موسیقی برقرار می کنند. فراوانی بسامدهای این محدوده، صدا را بم و غرّنده می کند و اگر بسیار کم باشند، صدا نازک و کم حجم می شود.
اگر این بسامدها به طور صحیح تقسیم شوند، نواک صدا در اکتاوهای دوم، سوم و چهارم، برای گوش بسیار خوشایند خواهند بود، و ما آنها را مثل صدای لنگر انداختن کشتی پر و کامل احساس می کنیم!

محدوده میانی (Midrarge): اکتاوهای پنجم، ششم و هفتم (۳۲۰Hz تا ۲۵۶۰Hz). این بسامدها که شامل هماهنگ اصلی، هماهنگ های پر حجم پایینی و فراهنگ سهای اکثر منابع صوتی هستند، به صدا شدت می بخشند. ولی بسامدهای میانی، لزوماَ صداهای خوشایندی تولید نمی کنند به طوری که با تأکید زیاد بر بسامدهای اکتاو ششم، صدا شبیه صدای بوق خواهد شد و با تقویت بیش از حد اکتاو هفتم، صدا کم حجم و نازک می شود.
همچنین گوش دادن مداوم به صداهای محدوده میانی، می تواند آزاردهنده و خسته کننده باشد.

محدوده میانی – بالاتر (Upper Midrarge): اکتاو هشتم (۲۵۶۰Hz تا ۵۱۲۰Hz) گوش ما نسبت به اکتاو هشتم بیشترین حساسیت را دارد، چرا که، محدوده نسبتاَ عجیب و غریبی است!.
قسمت پایینی اکتاو هشتم (۲۵۶۰Hz تا ۳۵۰۰Hz)، شامل بسامدهایی است که اگر به طور صحیح تقویت شوند، بر وضوح صدا افزوده می شود.
این بسامدها، تقریباَ از ۳۰۰۰Hz تا ۳۵۰۰Hz هستند. ولی اگر بیش از اندازه روی آنها تأکید شود، صدا گوش خراش و ناخوشایند می گردد. مخصوصاَ گفتار، که خشن و با لکنت ادا شده و درک بعضی از حروف صامت مثل ب و ف مشکل می شود.
از طرف دیگر، قسمت بالایی اکتاو هشتم (بالاتر از ۳۵۰۰ هرتز)، دارای نواکهای پرمایه ای است که به صدا، روشنی، وضوح و عینیت می بخشند. شنونده ها، منبع صدایی با این بسامدها (و نیز در قسمتی از اکتاو نهم، تا حدود ۶۰۰۰Hz) را نزدیک احساس می کنند. به همین دلیل، این محدوده، محدوده حضور نامیده می شود.

محدوده زیر (Treble): اکتاوهای نهم و دهم (۵۱۲۰Hz تا ۲۰KHz). هر چند، اکتاوهای نهم و دهم فقط ۲ درصد از کل توان خروجی طیف بسامد را تشکیل می دهند و اکثر انسانها بسامدهای بالاتر از ۱۶KHz را نمی شنوند، اما این بسامدها به صدا کیفیتی حیاتی، نظیر شفافیت، درخشندگی و جلوه می بخشند (مخصوصاَ محدوده بالایی اکتاو نهم و محدوده پایین اکتاو دهم). تأثیر افزایش بلندی در بسامد ۵۰۰۰Hz ، یعنی در قلب محدوده حضور، به گونه ای است که گویا بلندی همه نوسانهای میانی افزایش یافته است. کاهش بلندی در بسامد ۵۰۰۰Hz، باعث می شود که صدا دورتر و نامرئی تر به نظر برسد. تأکید بیش از حد بر بسامدهای بالاتر از ۶۰۰۰Hz، صدا را هیس دار کرده و نوفه الکترونیکی در صدا ایجاد می کند. تأکید بسیار کم بر بالاتر از ۶۰۰۰Hz نیز صدا را نامشخص و گرفته می کند.

دسی بل

دسی بل (dB)، یک واحد بدون بعد برای مقایسه نسبت به دو کمیت است که معمولاَ در رابطه با انرژی آکوستیکی، مانند فشار صدا و انرژی الکتریکی، مانند توان و ولتاژ به کار می رود. این کلمه، با حرف d و B نشان داده می شود زیرا، دسی، یک دهم یک بل است و دسی بل به این دلیل انتخاب شده است که یک بل برای کار عملی کمیت بسیار بزرگی است.