Inżynieria dźwięku to proces łączenia dwóch rzeczy – muzyki i dźwięku. Muzyka to sztuka, dźwięk jest medium, przez które ta sztuka żyje.
Chociaż strona muzyczna jest ekscytująca i twórcza, nie może istnieć na płycie bez technicznej strony dźwięku.
Na szczęście nauka o dźwięku jest interesująca, a jego ważne aspekty nie są szczególnie skomplikowane. W tym artykule wyjaśnimy podstawy działania dźwięku i zarysujemy terminologie podstawowych koncepcji, które musisz wiedzieć.
Dźwięk to zmiana ciśnienia cząsteczek powietrza. Technicznie dźwięk istnieje w każdym medium – słyszymy go również pod wodą. Jednak jeśli nie rejestrujemy rozmów wielorybów ani nie konstruujemy sonarów, nie musimy martwić się, jak funkcjonuje dźwięk w wodzie. Możemy pozostać przy powietrzu.
W celu wytworzenia wspominanej zmiany ciśnienia należy podjąć pewne impulsy jak na przykład: wibracja strun, wibracja na powierzchni skóry, czy wytworzyć jakiś rezonans w zamkniętej przestrzeni.
Po tym początkowym zdarzeniu cząsteczki powietrza, które stykają się ze struną, skóra lub przestrzenią (w uproszczeniu nazwijmy to pudłem) również ulegają pobudzeniu. Te cząsteczki z kolei aktywują sąsiednie i następuje reakcja łańcuchowa, która finalnie dociera do cząsteczek, które sąsiadują z naszymi uszami, aktywują nasze bębenki, a my słyszymy je jako dźwięk.
Aby zrozumieć czym jest fala dźwiękowa, musimy wpierw zrozumieć ciśnienie.
Zmiany ciśnienia możemy definiować w trzech stanach: kondensacji, rozrzedzeniu i równowadze. To dziwne słowa w odniesieniu do zagadnienia, ale bardzo łatwo to zrozumieć.
Kondensacja następuje, kiedy nasze cząsteczki naciskają na następną grupę cząsteczek. Możemy myśleć o tym stanie jako „pozytywnym nacisku” – nasze początkowe cząsteczki ściskają się z sąsiadującymi cząsteczkami. Rozrzedzenie jak łatwo przewidzieć jest stanem przeciwnym. Jest to stan w którym molekuły powietrza oddalają się od siebie i pozostawiają między sobą próżnię. Powoduje to „ujemne ciśnienie” na sąsiednich cząsteczkach, czyli możemy to traktować jako odciąganie od siebie. Kondensacja więc to stan ściskania, a rozrzedzenie to rozciągania.
Równowaga oczywiście jest wtedy, gdy ilość siły ściskającej i rozciągającej jest równa, pozostawiając wynik równania równy zeru.
Zanim pójdziemy dalej, istotna informacja – ruch cząsteczek powietrza jest cykliczny. Cząsteczka powietrza rozpoczyna w stanie równowagi. Siła zostaje nałożona na A i wtedy zaczyna ruszać w kierunku jego sąsiedniej cząsteczki, czyli cząstki B. Gdy tylko ten ruch się rozpoczyna, za cząstką A zaczyna pojawiać się próżnia. Cząsteczka A zbliża się do cząsteczki B, następuje kondensacja, co powoduje dodatnie ciśnienie. W momencie kiedy ciśnienie wystarczająco się podniesie, cząsteczka B rusza w kierunku kolejnego sąsiada. Poprzez to, że B teraz się rusza oraz zwiększa się próżnię za A co powoduje, że sumaryczne dodatnie ciśnienie spada. Molekuły A i B dalej odsuwają się od siebie, co z kolei tworzy próżnię pomiędzy nimi. Ten stan nazwiemy rozrzedzeniem. Próżnia się zwiększa do momentu aż ujemne ciśnienie spowoduje, że obie cząsteczki zaczną się ruszać w swoją stronę, rozpoczynając cykl od nowa. Co ważne – ruch cząsteczki B powoduje taki sam ruch u cząsteczki C według tego samego cyklu. Ten proces powoduje, że fala dźwiękowa rozprzestrzenia się przez powietrze.
Jeśli pomyślimy o całokształcie powyższego procesu jako cyklu, który wygląda następująco: pozytywne ciśnienie rośnie, osiąga maksimum, maleje, osiąga stan równowagi, negatywne ciśnienie rośnie, osiąga swoje maksimum, spada i znów osiąga stan równowagi i z powrotem, to możemy opisać dowolny krok po drodze jako fazę tego cyklu.
Zaczyna być trudno? Okej, jeszcze trochę i temat się rozjaśni. Ponieważ szybkość z jaką cykl jest zakończony jest zmienna, nie jest odpowiednie by opisywać pozycję fazy w czasie. Bardziej efektywne jest opisywanie fazy niezależnie – i do tego używamy stopni. Bez względu na to jak szybko cykl się zakończy, kąt fazy ciągle będzie opisywał wybraną pozycję w danym cyklu.
Ciekawie zaczyna być kiedy fale dźwiękowe zaczynają ze sobą współdziałać. Powiedzmy, że popychasz coś z siłą X. Twój przyjaciel idzie i decyduje się pomóc Ci, pchając to samo coś z siłą Y. Siła wywierana w tym momencie wynosi X+Y. To samo tyczy się dźwięku. Jeśli dwie fale wywierają tę samą siłę w tym samym czasie, ich całkowita amplituda jest sumą obu.
Powiedzmy jednak, że ciągniesz teraz linę z siłą X. Twój przyjaciel tym razem decyduje się złapać linę i ciągnie ją w drugą stronę z siłą Y (nie jest dobrym przyjacielem). Całkowita siła użyta na tym obiekcie wynosi teraz X-Y.
Oczywiście to też odnosi się do dźwięku. Jeśli jedna fala dźwiękowa znajduje się w fazie sprężania jej cyklu, a inna fala równocześnie w fazie rozpreżania, to fale będą się w pewnym stopniu anulować. W rzeczywistości jeśli mamy dwie dokładnie te same fale, które ze sobą oddziałują, ale będą przesunięte w fazie o 180 stopni, to kompletnie się zniosą. Wynik będzie równy zeru.
Sposób działania dźwięków i ta dodatkowa właściwość fali dźwiękowej są niezwykle ważne, ponieważ opisują zarówno złożone dźwięki, jak i ich mechanikę.
Autor: Matthew Weiss
Tłumaczenie: Adrian Janicki
Artykuł oryginalnie pojawił się na blogu The Pro Audio Files: https://theproaudiofiles.com/
Sienkiewicza 59, 90-009 Łódź
(42) 630-28-00, 509-203-723
[email protected]
