Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 74. A hangszín öltöztet
Divatbemutatónkon megpróbáljuk elemeire bontani, majd rendszerbe tákolni a hang öltözékét, a hangszíneket. A hangszín – nem lehet elégszer ismételni – ugyanakkor nem csupán díszítmény, hanem ugyanúgy egy-egy folyamat része, mint a hangjelenség többi jellemzője.
A legközismertebb hangszín-paraméter a hang spektruma, színképe. Ez azt mutatja meg, hogy milyen frekvenciájú összetevői vannak az észlelt hangnak, és ezek az összetevők külön-külön mekkorák.
Tegyük föl, hogy a hangnak nincs zaj-összetevője, és csak a hang kitartott, egyenletes szakaszát vizsgáljuk. Néhány akusztikus hangszer elnagyolt spektrumképét láthatod ebben az esetben.
Ha feltételezzük is, hogy az összetevők azonos frekvenciájúak, akkor is nagyon eltérő lehet a hangszín.
Szintetizátorral előállított, hat hangszín következik.
Ha a spektrumvonalak csúcsait összekötjük, a spektrum burkolóját kapjuk. Ez nagyon részletes is lehet, azt árulja el, hogy milyen az adott hang frekvenciamenete. Négy, elektronikusan szintetizált magánhangzó spektrum burkolóját láthatod, és hallhatod a hangokat is.
A spektrum burkoló akkor is hasznos, ha nem elkülönülő harmonikusokból, hanem főként zajszerű hangokból áll a jel. Nézd meg két zöngétlen mássalhangzó spektrum burkolóját, és hallgassad is meg őket!
A másik burkoló görbe fajtát, az időbeli amplitúdó burkolót már jól ismered: Ez az ADSR.
Az ADSR nem a jel időbeli hullámformáját, hanem időbeli megjelenését, folyamatát mutatja. Most különösen a szélei – a felfutás és a lecsengés, a kezdet és a vég – a fontosak. Olyan ez, mint amikor a lányok a ruhájukat csodálatos csipkékkel csicsázzák.
Hat, ugyanolyan kitartott rész-spektrumú hangpélda következik, de a felfutás és a lecsengés eltérő.
Az időbeli, amplitúdó burkoló a beszédhangok esetében is jól ábrázolja a hangszínbeli különbségeket; a lényeges eltérés a felfutásban van.
A következő két példában a zongorahangot rendesen, majd visszafelé játszották le. A megfordított zongorahangoknak teljesen megváltozik az amplitúdó burkolója, a gyors felfutás lassúra, a lassú lecsengés gyorsra változik.
A megfordított zongorahangok hangzása nem hasonlít az eredetire; más hangszer – tangóharmonika – hangjára emlékeztet.
Az amplitúdó burkolónak három alaptípusa van.
a) csak felfutás: két fázis, a felfutás és a lecsengés egy formába olvad, ilyenkor pillanatnyi energiaimpulzus, koppanás, pattanásszerű hang keletkezik.
b) felfutás-lecsengés: a felfutás szakaszt rezonancia „tartósítja”. A kezdő impulzus elindítja a hangot, nincs további energiaközlés, a hang fokozatosan lecseng. Rezonáns testtel rendelkező, ütött, pengetett hangszerek (például zongora, vibrafon, hárfa) tompítatlan hangzásainak jellemzője ez.
c) fokozatos-folyamatos: a három legfontosabb fázis (felfutás, kitartás, lecsengés) van jelen. A hang fokozatosan kezdődik, és a kitartás szakasz után fokozatosan végződik. A kitartás szakasz fenntartásához folyamatos energiaközlés szükséges.
Az amplitúdó burkoló kitartott szakaszában is vannak ingadozások. Ezen parányi változások vagy a kitartott szakasz amplitúdóját lökdösik ide-oda, vagy annak frekvenciáját birizgálják.
Az első esetet a muzsikusok tremolónak, a fizikusok, mérnökök amplitúdó modulációnak (AM) nevezik.
A második változat a zenészek szerint a vibrátó, a fizikusok és mérnökök szerint frekvencia moduláció (FM).
A hangspektrum fő tulajdonságai redukálhatóak három számra, melyek a spektrum három területének hangosságát mutatják. Az első régió csak az alaphangot, vagyis az 1. harmonikust tartalmazza, a második a 2., 3., és 4. harmonikust, a harmadik pedig az összes magasabb harmonikust. A három terület átlagolt hangosságainak egymáshoz viszonyított arányát egy derékszögű háromszög által határolt koordináta-rendszerben, az ún. tristimulus diagramban lehet ábrázolni.
A tristimulus diagram bal alsó pontján található üres kör jelzi a szinuszhangot. A teljes, kiegyenlített tartományt az ábrán a sötét pont jelzi. Az okker-, illetve narancssárga pontok egy hegedű- és egy oboahang tristimulusbeli helyét mutatják. A hegedű kiegyensúlyozott hangszíne a diagram közepétől kissé a magas tartomány felé tolódik, míg az oboában a legerősebbek a középtartomány összetevői. A zöld színnel ábrázolt pont és a hozzá kapcsolódó görbe jelzi, hogy a tristimulus diagram alkalmas az időben változó spektrális folyamatok ábrázolására is.
Noha a tristimulus pl. a hangszínek szintetikus előállításához nagyon baba segédeszköz, végképp alkalmatlan a szubjektív hangszín-érzet ábrázolására.
A számítógép megjelenése sokat lendített a hangszín dimenzióinak feltárásában. John M. Grey multidimenzionális skálázása (MDS) arra szolgál, hogy bizonyos tulajdonságokra vonatkozó hasonlósági vagy különbözőségi adatokból létre lehessen hozni olyan geometriai megjelenítéseket, amelyekben az egymáshoz valamilyen szempontból közelebbinek érzékelt vagy gondolt objektumok az ábrázolásban is közel kerülnek egymáshoz. Ezáltal az adott tulajdonságok között észlelt viszonyokat térben a lehető legpontosabban tükrözik vissza.
Az MDS tesztben hangzáscsoportokat mutatnak be páronként minden létező kombinációban a hallgatóknak, akiknek értékelniük kell, mennyire hasonlítanak egymásra a hangok. Minden hallgató eredményét egy táblázatban (mátrixban) foglalják össze, amely az összes hangpár hasonlósági értékeit tartalmazza. Az adatok összegzése után az átlagolt mátrix adatait olyan szoftverbe táplálják, amely képes belőlük térben, távolság formájában megjeleníteni a hasonlóság mértékét.
Azok a hangzások, amelyek nagyon különböznek egymástól, nagy távolságra, azok pedig, amelyek hasonlóak, közel helyezkednek el egymáshoz képest. A kísérlethez számítógéppel szintetizált hangokat használtak, melyeket 16 akusztikus hangszerhang felvételei alapján állítottak elő.
A hangok hangmagassága, hossza és hangereje egyforma volt, hogy kizárólag a hangszín-tulajdonságok befolyásolják észlelésüket. A hallgatóknak hangszerhang-párok felvételei közötti hasonlóságot kellett értékelni 1-30-ig terjedő skálán. Az eredményeket multidimenzionális skálázás segítségével értékelték, ami háromdimenziós térben rendezte el a hangszereket a hallgatók által adott hasonlósági minősítések alapján.
A következő lépés az így keletkezett hangszíntér tengelyeinek azonosítása volt. Grey szerint ezeket a következő hangszíndimenziók határozták meg:
I. tengely: a spektrális energia eloszlása, a magas frekvencia-összetevők számának növekedése a spektrumban. II. tengely: a magas összetevők együttfutása, szinkronicitása a felfutás fázisában. III. tengely: a kis amplitúdójú magas frekvenciák jelenléte a felfutás fázisában.
Grey eredményeit felhasználva David L. Wessel vezette be 1978-ban a multidimenziós hangszíntér kifejezést a teljes hangzástartomány leírására. A szintetizált hangszerhangokat kiegészítette nyolc további hibrid hangzással, melyeket az előző hangok burkológörbéinek cseréjével állított elő.
A tengelyek definiálása különbözik a Grey féle változattól, mert elsősorban a hangszínérzetet veszi figyelembe. A függőleges tengelyen felfelé haladva a „fényesebb”, a vízszintes tengelyen jobbra elmozdulva pedig a „kevésbé harapós, megütöttebb” hangokat találjuk.
Az elmúlt évtizedek nagy eredménye, hogy a hangszínek már nem csupán szavakkal írhatók le. A multimédiás eljárások nemzetközi ajánlása, az mpeg-7, már a spektrumra, a hangszínre, a harmóniára és a dallamra is tartalmaz előírásokat, mintázatokat. Sajnos, ahhoz, hogy megértsed, nem elegendő csipázni az angol nyelvet.