طیف فرکانس صوتی را بهتر بشناسید

بازه فرکانسی قابل شنیدن توسط انسان، طیف فرکانس صوتی نام دارد. فرکانس صوت نیز مانند هر بسامد دیگری با واحد هرتز سنجیده می‌شود. انسان در بدو تولد می‌تواند فرکانس‌های صوتی بین ۲۰ هرتز تا ۲۰۰۰۰ هرتز (۲۰ کیلوهرتز) را بشنود که معمولاً با بالا رفتن سن فرد و صدمات شنوایی، از وسعت این بازه کم می‌شود. اما استاندارد ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز، نماینده بازه صداهایی است که در زندگی روزمره و موسیقی می‌شنویم.

شناخت کامل بازه فرکانسی ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز و محدوده‌های مختلف آن، به شما در این موارد کمک خواهد کرد:

• توصیف صدا و موسیقی
• درک مشخصات فنی لوازم صوتی
• تنظیم ایکولایزر
• درک بهتر صداهایی که می‌شنوید

بسیاری از مطالب نوشته‌شده در این زمینه، دارای واژگانی بسیار فنی هستند که ممکن است درک این مبحث را پیچیده‌تر کند.

شناخت و درک طیف فرکانس صوتی می‌تواند در بسیاری از مواقع مفید بوده و به درک موضوعات صوتی دیگر نیز کمک کند.

حتماً تا‌به‌حال پیش آمده است که بخواهید به وسیله یک ایکولایزر گرافیکی، پاسخ‌دهی فرکانسی سیستم صوتی خود را تغییر دهید. در این مواقع، داشتن یک درک کلی از طیف فرکانس صوتی به شما کمک می‌کند که بدون نیاز به آزمون و خطا، با تنظیم ایکولایزر به نتیجه دلخواه دست پیدا کنید.

در این مقاله، طیف فرکانس صوتی را با استفاده از واژگان ساده توضیح خواهیم داد تا به درک بهتری از اصطلاحات و جزئیات این زمینه دست پیدا کنید.

فرکانس صدا چیست؟

زمانی که صدا در یک واسطه مانند هوا تولید می‌شود، مولکول‌های هوا به جنبش درمی‌آیند. وقتی که این جنبش هوا وارد گوش ما می‌شود، اجزای داخلی گوش نیز با همان فرکانس به جنبش درمی‌آیند. سپس این جنبش توسط اعصاب گوش و در قالب سیگنالی الکتریکی به مغز ما منتقل شده و ما آن را به‌عنوان صدا درک می‌کنیم.

موزیسین‌ها بسامد این جنبش را کوک یا زیر و بمی (pitch) می‌نامند؛ اما در مباحث علمی و فنی، از عبارت فرکانس استفاده می‌شود.

فرکانس یا بسامد، تعداد دفعاتی است که یک چرخه موج در ثانیه تکرار می‌شود. هرچه این فرکانس بالاتر باشد، صدایی با کوک بالاتر خواهیم شنید.

عکس بالا به وسیله یک اُسیلوسکوپ دیجیتال ساخته شده است. در این عکس، یک چرخه از موجی سینوسی را می‌بینیم که یک بازنمایی دیجیتال از یک موج صوتی تکرارشونده است. موج سینوسی ساده‌ترین صدایی است که می‌توان تولید کرد.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، طول یک چرخه موج، فاصله بین نقاط A و B است. فرکانس یا بسامد، اندازه‌گیری چرخه‌های موج در ثانیه بوده و واحد اندازه‌گیری آن هرتز (Hertz/Hz) است. برای مثال، اگر موجی از صوت، ۲۰ چرخه در ثانیه داشته باشد، دارای فرکانس ۲۰ هرتز است که فرکانس صوتی بسیار پایینی است و اگر یک موج صوتی، ۱۰۰۰۰ چرخه در ثانیه داشته باشد، فرکانس آن ۱۰۰۰۰ هرتز یا ۱۰ کیلوهرتز است که به درک گوش انسان، فرکانسی بسیار بالا‌تر بوده و دارای کوک بالاتری است.

بازنمایی صدا

شنوندگان موسیقی معمولاً به یک اسیلوسکوپ جهت دیدن تصاویر فرکانس صدا دسترسی ندارند. همچنین تصاویر ساخته‌شده توسط اسیلوسکوپ، تنها برای تحلیل اصوات ساده مانند موج‌های سینوسی کاربرد دارد و یک قطعه موسیقی کامل، بسیار پیچیده‌تر از یک موج سینوسی است و نیاز به روشی متفاوت برای نمایش دارد.

این عکس، یک نمایش گرافیکی از دو صدای ذکرشده در بالا (دو موج سینوسی در فرکانس‌های ۲۰ هرتز و ۱۰ کیلوهرتز) است که شبیه به یک ایکولایزر گرافیکی است. در این شکل، محدوده‌های فرکانسی در محوری افقی نمایش داده شده‌اند و در پایین تصویر، اعدادی نوشته شده است که هر محدوده فرکانسی را مشخص می‌کند. محور عمودی در این تصویر، بیانگر حجم صدا در هر محدوده‌ فرکانسی است.

موسیقی بسیار پیچیده‌تر از این دو موج ساده است و شامل ترکیب هزاران فرکانس با یکدیگر می‌شود.

بازه فرکانسی کامل در یک قطعه موسیقی، پیچیده‌تر از آن است که بتوان آن را به‌سادگی درک کرد. به همین دلیل، ایکولایزرهای گرافیکی، آن را به چند محدوده فرکانسی تقسیم کرده تا بتوانید به وسیله آن، بخش‌های مختلف فرکانسی در موسیقی را توصیف کرده و همچنین، از طریق تنظیم حجم صدای هر یک از این محدوده‌ها، ماهیت صوتی سیستم صوتی خود را تغییر داده یا نقایص آن را برطرف کنید.

تقسیم‌بندی طیف فرکانس صوتی

طیف فرکانسی معمولاً به هفت محدوده، باند یا بازه تقسیم می‌شود که در پایین به آنها اشاره خواهیم کرد:

ساب بِیس: ۱۶ تا ۶۰ هرتز

بیس: ۶۰ تا ۲۵۰ هرتز

لو-میدرنج (lower midrange یا قسمت پایین دامنه میانی): ۲۵۰ تا ۵۰۰ هرتز

میدرنج: ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ هرتز

های-میدرنج (higher midrange یا قسمت بالای دامنه میانی): ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ هرتز

پرزنس: ۴۰۰۰ تا ۶۰۰۰ هرتز

بریلینس: ۶۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰ هرتز

فرکانس‌های شروعی و پایانی این محدوده‌ها ممکن است در منابع مختلف کمی فرق داشته باشد؛ اما رایج‌ترین حالت آنها در فهرست بالا ذکر شده است.

اصطلاحات ساده برای محدوده‌های فرکانسی

ساب بیس و بیس: بیس

لو-میدرنج، میدرنج و های-میدرنج: میدرنج

پرزنس و بریلینس: تربل (Highs یا Treble)

همانطور که در بالا ذکر شده است، می‌توان محدوده‌های هفت‌گانه فرکانسی را به سه گروه کلی تقسیم کرد. در ایکولایزرهای ساده‌تر و سیستم‌های صوتی ارزان قیمت، این هفت بخش به سه بخش بیس (شامل ساب بیس و بیس)، میدرنج (شامل لو-میدرنج، میدرنج و های-میدرنج) و تربل (شامل پرزنس و بریلینس) تقسیم می‌شوند. 

این سه گروه کلی را می‌توان به‌صورت ساده چنین نامید:

بیس: صداهای پایین

میدرنج: صداهای میانی

تربل: صداهای بالا

احتمالاً اصطلاحات ساده ذکرشده در بالا را شنیده‌اید. این اصطلاحات، ساده‌ترین روش توصیف محدوده‌های فرکانسی هستند که در آن، بیس را صداهای پایین، میدرنج را صداهای میانی و تربل را صداهای بالا می‌نامند. جهت توصیف محدوده‌های فرکانسی، می‌توان از این لغات نیز کمک گرفت و استفاده از آنها هیچ ایرادی ندارد.

ساب بیس (۱۶ تا ۶۰ هرتز)

این محدوده که از ۱۶ هرتز تا ۶۰ هرتز را شامل می‌شود، پایین‌ترین محدوده فرکانسی قابل شنیدن توسط انسان است.

جهت شنیدن دقیق این محدوده فرکانسی، به هدفون یا اسپیکری باکیفیت یا یک ساب‌ووفر نیاز دارید. همچنین تولید این محدوده فرکانسی توسط اسپیکرها و هدفون‌ها، توان زیادی از امپلیفایر می‌طلبد و این توان نیز باید با کمترین اعوجاج ممکن به درایورهای وسیله صوتی شما انتقال پیدا کند.

در اسپیکرها، سایز ووفر بیس و طراحی آن، رابطه مستقیمی با پایین‌ترین فرکانس قابل تولید توسط اسپیکر و حجم این فرکانس دارد.

در صورت تقویت این محدوده به وسیله ایکولایزر، صدایی قدرتمند‌تر حاصل می‌شود؛ اما زیاده‌روی در تقویت ساب بیس، تأثیر منفی بر کیفیت کلی صدا می‌گذارد و تفکیک صدا را نیز دچار افت قابل توجهی می‌کند. این افت تفکیک بیشتر در محدوده بیس رخ داده و ممکن است در صورت وجود انرژی بیش‌ازحد در محدوده ساب بیس، تا میدرنج نیز ادامه پیدا کند و صداهای محدوده میدرنج را دچار اعوجاج و تداخل کند.

در اوایل این مقاله به این امر اشاره کردیم که گوش انسان حداکثر قادر به شنیدن فرکانس‌هایی از ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز است؛ اما محدوده ساب بیس شامل فرکانس‌های پایین‌تر از ۲۰ هرتز نیز می‌شود. اکنون سؤال اینجاست که چگونه می‌توان فرکانس‌های پایین‌تر از ۲۰ هرتز را شنید؟ محدوده فرکانسی ساب بیس تنها توسط گوش درک نمی‌شود؛ بلکه به دلیل پایین بودن فرکانس و لرزش زیاد، سایر اجزای بدن نیز آن را حس می‌کنند. فرکانس‌های پایین‌تر از ۲۰ هرتز معمولاً در افکت‌های صوتی فیلم‌ها و یا در موسیقی‌های تجربی شنیده می‌شوند. همچنین دامنه آوایی بسیاری از کیک درام‌ها و سینتی‌سایزرها و همچنین برخی از سازهای ارکسترال مانند هارپ و باسون نیز شامل فرکانس‌های پایین‌تر از ۲۰ هرتز می‌شود.

بیس (۶۰ تا ۲۵۰ هرتز)

همانطور که از نام این محدوده فرکانسی پیداست، صدای محبوب بیس در این محدوده قرار دارد. بازه فرکانسی محدوده بیس از ۶۰ هرتز تا ۲۵۰ هرتز امتداد پیدا می‌کند. با تحول شیوه‌های ضبط و ذخیره‌سازی موسیقی در دهه‌های اخیر، این محدوده بیشترین پیشرفت کیفی را داشته است. 

شاخصه‌هایی مانند طراحی اسپیکر و درایورها، وجود ساب‌ووفر در سیستم صوتی و پردازشگرهای سیگنال دیجیتال (DSP)، نقش بارزی در حجم و کیفیت پخش این محدوده فرکانسی دارند. تولید این محدوده فرکانسی توسط سیستم‌های صوتی نیاز به توان بیشتری نسبت به فرکانس‌های بالاتر دارد. دلیل اصلی این امر، حساسیت پایین گوش انسان به فرکانس‌های پایین و در نتیجه، نیاز به تولید صدایی با حجم بیشتر در این محدوده است. یک امپلیفایر قدرتمند با اعوجاج خروجی پایین، توانایی تولید بیسی باکیفیت‌تر و حجیم‌تر از یک امپلیفایر ضعیف‌تر با اعوجاج خروجی بالا دارد.

ضعف حجم صدا در این بخش، منجر به نحیف شدن صدا شده و تقویت آن، باعث گرم‌تر شدن صدا می‌شود. در صورتی که قله‌ای در این بخش از پاسخ‌دهی فرکانسی سیستم صوتی وجود داشته باشد یا موسیقی حجم صدای زیادی در این محدوده داشته باشد، صدایی کُند و کم‌جزئیات حاصل خواهد شد.

لو-میدرنج (۲۵۰ تا ۵۰۰ هرتز)

لو میدرنج و قسمت بالایی بیس، نقشی بسیار مهم در موسیقی دارند؛ زیرا این محدوده شامل فرکانس بنیادی (fundamental frequency) بسیاری از سازهای آکوستیک می‌شود. محدوده لو میدرنج از ۲۵۰ هرتز شروع شده و تا ۵۰۰ هرتز ادامه دارد.

فرکانس بنیادی

فرکانس بنیادی یک صدا، بلند‌ترین فرکانس آن و بسامد تعیین‌کننده کوک آن است.

ضعف در این محدوده باعث می‌شود که صدای خواننده و آلات موسیقی آکوستیک غیرطبیعی به نظر برسد. این ضعف خصوصاً تأثیر زیادی بر روی صدای خواننده می‌گذارد؛ زیرا رنگ و ماهیت صدای انسان معمولاً در این محدوده فرکانسی قرار دارد.

مهندسین صدا معمولاً با صدای خود و با صحبت در یک میکروفون، سیستم‌های صوتی را تنظیم و کالیبره می‌کنند. دلیل این امر، شناخت عمیق ما از صدای خودمان است و با شنیدن صدای خود در یک سیستم صوتی، می‌توانیم به‌سرعت به نقایص آن پی ببریم.

اگر در یک آهنگ، صدای خواننده و سازهایی مانند گیتار بیس، ویولن‌سل و اسنر درام از عمق لازم برخوردار نباشد، احتمالاً صدا در بخش لو میدرنج دچار ضعف است.

میدرنچ (۵۰۰ تا ۲۰۰۰ هرتز)

به بخش میانی صدا یعنی میدرنج می‌رسیم؛ محدوده‌ای که وُکال موسیقی (صدای خواننده) و دیالوگ و اکثر افکت‌های صوتی فیلم‌ها در آن قرار دارد.

اکثر حجم صدای خروجی اسپیکرها و هدفون‌های ارزان‌ قیمت و همچنین بلندگوی دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن همراه و تبلت، در این محدوده متمرکز شده است. 

محدوده فرکانسی میدرنج از ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ هرتز وسعت دارد.

این محدوده، فرکانس‌های کمی بالاتر از فرکانس‌های بنیادی و هارمونیک‌های پایین را در بر گرفته و بسیاری از جزئیات موسیقی را شامل می‌شود. زمانی که مهندسین صدا قصد تنظیم یک موسیقی جهت پخش در رادیو را داشته باشند، تمرکز زیادی بر روی این بخش دارند؛ زیرا رادیو نیز مانند اسپیکرهای ارزان قیمت، تأکید زیادی بر روی میدرنج داشته و تقویت این محدوده، باعث افزایش کیفیت پخش در این دستگاه‌ها می‌شود.

اما تقویت بیش‌ازحد حجم صدا در محدوده فرکانسی ۱ کیلوهرتز، باعث می‌شود که موسیقی ماهیتی بوق‌مانند و یا فلزی به خود بگیرد که امری ناخوشایند است و باعث خستگی گوش شنونده می‌شود.

همچنین اگر سیستم صوتی شما عملکردی ضعیف در این محدوده داشته باشد، مدت زمانی که می‌توانید بدون خستگی به موسیقی گوش دهید، کاهش پیدا می‌کند.

های-میدرنج (۲ تا ۴ کیلوهرتز)

های میدرنج محدوده‌ای از طیف فرکانس صوتی است که گوش انسان بالاترین حساسیت را به آن دارد.

فرکانس صوتی حروف بی‌صدا مانند «ک»، «پ»، «س» و «ت» در این محدوده قرار دارد.

یک سیستم صوتی برای اینکه صدای گوینده و یا خواننده را شفاف به گوش ما برساند، باید عملکردی قوی در این محدوده داشته باشد.

محدوده فرکانسی‌ های-میدرنج از ۲ کیلوهرتز تا ۴ کیلوهرتز وسعت دارد.

تکامل ما انسان‌ها و شکل فعلی گوش ما، باعث شده که فرکانس‌های محدوده ۳٫۵ کیلوهرتز در گوش میانی ما طنین‌افکن شده و تشدید شوند. در واقع گوش میانی ما در این فرکانس مانند یک امپلیفایر درونی عمل می‌کند و باعث می‌شود که صداهای موجود در این محدوده را آسان‌تر و با حجم بالاتری بشنویم. به همین دلیل، اگر موسیقی در این بخش دچار ضعف باشد، به‌سرعت متوجه آن می‌شویم. از سوی دیگر، اگر سیستم صوتی ما این بخش را بیش‌ازحد تقویت کند، شنیدن موسیقی به وسیله آن برایمان ناخوشایند شده و به‌سرعت دچار خستگی گوش می‌شویم.

این محدوده، حامل بخشی مهم از جزئیات صدای انسان است و معمولاً کسانی که علاقه به شنیدن موسیقی کُرال، موسیقی اپرا و یا پادکست‌ دارند، هدفون‌ها و اسپیکرهایی که عملکردی قوی در این محدوده فرکانسی دارند را به سایر گزینه‌ها ترجیح می‌دهند.

همچنین صدای بسیاری از سازهای کوبه‌ای نیز در این محدوده فرکانسی وجود دارد.

عملکرد قوی در میدرنج یا به اختصار “مید”، امری تعیین‌کننده برای کیفیت صدای کلی یک هدفون یا اسپیکر است. هنگامی که در حال تست یک هدفون یا اسپیکر جهت خرید هستید، بر روی این محدوده تمرکز کرده تا مطمئن شوید که گزینه مورد نظرتان، عملکردی قوی در این بخش داشته و صدایی پُرجزئیات، غنی و عمیق را در این محدوده تولید می‌کند.

پرزنس (۴ تا ۶ کیلوهرتز)

محدوده پرزنس (Presence) حامل بخش مهمی از وضوح فرکانس‌های بالای‌ موسیقی است.

شفافیت و کیفیت بالا در این محدوده فرکانسی، به شما حس نشستن در روبروی یک اجرای زنده را خواهد داد.

محدوده فرکانسی Presence از ۴ تا ۶ کیلوهرتز ادامه پیدا می‌کند.

حرف “س” در صدای انسان در این محدوده فرکانسی قرار دارد. تقویت بیش‌ازحد این محدوده، حواس شنونده را از بقیه اجزای موسیقی پرت کرده و منجر به خشن شدن صدای وکال و سنج‌ها و به دنبال آن، خسته‌کننده شدن تجربه شنیداری می‌شود.

هنگام نوسازی و ریمستر آلبوم‌های قدیمی، این محدوده تقویت می‌شود تا موسیقی مورد نظر، ماهیت صوتی مدرن‌تری به خود گرفته و کیفیت آن با موسیقی‌های ساخته‌شده به وسیله روش‌های نوین، قابل رقابت شود.

کیفیت و توازن بالا در این محدوده در موسیقی و سیستم‌های صوتی، گرمای لذت‌بخشی به صدای سازهای زهی، سینتی‌سایزرها و موسیقی ارکسترال می‌بخشد.

بریلینس (درخشندگی)(۶ تا ۱۶ کیلوهرتز)

همانطور که از نام آن پیداست، محدوده فرکانسی بریلینس (Brilliance) حامل درخشندگی و شفافیت تربل موسیقی است و شامل فرکانس‌های ۶ تا ۱۶ کیلوهرتز می‌شود.

همانطور که ذکر شد، تقویت محدوده فرکانسی Brilliance، همچون محدوده Presence، منجر به خشن شدن ماهیت صوتی سیستم صوتی شما می‌شود و توصیه می‌کنیم که در تقویت آن زیاده‌روی نکنید.

محدوده فرکانسی ۱۰ کیلوهرتز تأثیر مهمی در شفافیت کلی صدا دارد. این محدوده درخشش موسیقی را افزایش داده و جزئیات آن را شفاف‌تر به گوش می‌رساند.

فرکانس‌های بالاتر از ۱۰ کیلوهرتز، بازه Air یا هوا نامیده می‌شوند. توصیف محدوده Air دشوار است؛ اما اگر این محدوده توسط سیستم صوتی شما درست اجرا شود، به‌خوبی متوجه آن خواهید شد.

آلات موسیقی معدودی به جز سینتی‌سایزرها وجود دارند که هارمونی حجیم و حقیقی در این محدوده فرکانسی داشته باشند و صداهای موجود در این بخش معمولاً تأثیری کلی از تمامی اجزای موجود در موسیقی هستند. به همین دلیل، تقویت بیش‌ازحد حجم این محدوده، باعث غیرطبیعی به نظر رسیدن صدا می‌شود.

یکی از محدودیت‌های ساختاری صفحه‌های واینیل، افت حجم محسوس و عدم توانایی آنها در پخش فرکانس‌های بالاتر از ۱۵ کیلوهرتز است. این یکی از دلایلی است که صدای فرمت‌های آنالوگ مانند واینیل‌ها، گرم‌تر و طبیعی‌تر به نظر رسیده و هنوز هم طرفداران خود را دارند.

نگاهی کلی به مبحث طیف فرکانس صوتی

درک نسبی طیف فرکانس صوتی به شما کمک می‌کند که سیستم صوتی خود را به‌خوبی تنظیم کنید و طرز کار آن را نیز درک کنید.

این یک حقیقت است که گوش ما توانایی درک جزئیات بیشتری از چشمان ما و حس بینایی ما دارد. این امر باعث می‌شود که در صورت وجود نقصی در صدا، سریعاً به‌صورت طبیعی متوجه آن شویم و زمانی که طیف فرکانس صوتی توسط سیستم صوتی ما به‌خوبی و با توازنی مناسب پخش شود، به‌صورت ناخودآگاه لذت بیشتری از شنیدن موسیقی می‌بریم.

سیستم‌های صوتی باکیفیت، موسیقی را آنطور که موزیسین‌ها ساخته‌اند، بازتولید می‌کنند.

توجه به طیف فرکانس صوتی در هنگام تنظیم و کالیبراسیون سیستم صوتی باعث می‌شود که موسیقی را به بهترین حالت ممکن شنیده و وقت و حسی که صرف آن شده را بهتر درک کنید.

حال که تا اینجا با این مقاله همراه بودید، می‌توانید تمام اصطلاحات فنی و توصیفی مربوط به مبحث طیف فرکانس صوتی و محدوده‌های آن را درک کرده و از آنها جهت توصیف صدا استفاده کنید.

منبع: Headphonesty
نویسنده: Alan Gleeson
مترجم: امیر تولی