Poslední aktualizace 29. února 2020

Přibližná doba čtení: 13 minut14. října 2014

Proč používat nižší výšku než standard A4=440HZ?

Mohl bych uvést různé subjektivní důvody, například že mi to lépe zní a připadá, ale to by mohla být jen otázka vkusu… Mohl bych také citovat různé autory, kteří sdíleli filozofické a/nebo „duchovní“ názory, ale to byste mohli odložit jako formu víry, pověry nebo náboženství… nebo dokonce „pseudovědy“… že?

V tomto článku na blogu se tedy podělím o několik obecných informací o zvuku, vibracích a rezonanci a pokusím se vysvětlit, jaké mohou být možné výsledky při změně výšky tónu, a to jak na zvuk nástroje, tak na okolí (akustiku místnosti).
V tomto článku se budu věnovat následujícím tématům:

• ZVUK, VIBRACE, REZONANCE A SLUCH – INFORMACE
• VIBRACE A REZONANCE AKUSTICKÝCH A ELEKTRICKÝCH STRUNNÝCH NÁSTROJŮ – INFORMACE
• VIBRACE HLASIVEK – INFORMACE
• VIBRACE A REZONANCE DECHOVÝCH NÁSTROJŮ – INFORMACE
• ELEKTRONICKÉ NÁSTROJE A ZMĚNA VÝŠKY TÓNU – INFORMACE
• PROČ TEDY SNIŽOVAT KONCERTNÍ VÝŠKU? – ZÁVĚR

Zvuk, vibrace, rezonance a sluch

Lidské ucho nominálně slyší zvuky v rozsahu 20 Hz až 20 000 Hz (20 kHz). Horní hranice má tendenci se s věkem snižovat; většina dospělých není schopna slyšet více než 17 kHz. Nejnižší frekvence, která byla identifikována jako hudební tón, je 12 Hz (za ideálních laboratorních podmínek). Tóny mezi 4 a 16 Hz lze vnímat prostřednictvím tělesného „hmatu“.

Vyšší frekvence bývají směrovější než frekvence nižší. Nízké frekvence mají vzhledem k větší vzdálenosti mezi vrcholy a koryty vlny tendenci „ohýbat se“ kolem objektů, které jim stojí v cestě (někdy si zachovávají svůj tvar). Vysoké frekvence mají menší vzdálenosti mezi vrcholy a dna vlny, jsou velmi těsně na sebe nabaleny a mají tendenci se „odrážet“ nebo se „odrážet“ od předmětů, které jim stojí v cestě.

Frekvenční rozlišení ucha je 0,9 Hz v oktávě C4=256 Hz a C5=512 Hz. Jinými slovy, změny výšky tónu větší než 0,9 Hz může vnímat většina. Hudebníci a zvukaři („trénované uši“) mohou zachytit i menší změny výšky tónu. Menší rozdíly ve výšce tónu lze vnímat i jinými prostředky, interferenci dvou výšek tónu lze často slyšet jako tlukot.

Zvuk se šíří vzduchem, vodou a pevnou látkou, což jsou všechno příklady prostředí pro zvuk. Bez prostředí (vakua: prostoru) neexistují částice, které by přenášely zvukové vlny. Částice kmitají při specifické frekvenci každého zdroje, která se nazývá jeho vlastní frekvence. Ocel, mosaz, dřevo atd. mají různé vlastní frekvence. Předměty vibrující na svých vlastních frekvencích způsobují rezonanci. Většina vibrujících předmětů má více rezonančních frekvencí.

Frekvence vlnění označuje, jak často částice prostředí vibrují při průchodu vlny prostředím. Frekvence vlnění se měří jako počet úplných zpětných kmitů částice prostředí za jednotku času. Když se zvuková vlna pohybuje prostředím, každá částice prostředí kmitá se stejnou frekvencí. To je rozumné, protože každá částice vibruje v důsledku pohybu svého nejbližšího souseda.

Pokud je objekt nucen rezonančně kmitat na jedné ze svých vlastních frekvencí, kmitá tak, že v objektu vzniká stojaté vlnění. Vlastní frekvence objektu jsou pouze harmonické frekvence, při kterých se v objektu vytváří stojaté vlnění. Objekty jsou nejsnáze nuceny k rezonančním vibracím, pokud jsou rušeny na frekvencích spojených s těmito vlastními frekvencemi.

Akustická rezonance je důležitá pro sluch. Například rezonance tuhého strukturního prvku zvaného bazilární membrána v hlemýždi vnitřního ucha umožňuje vláskovým buňkám na membráně detekovat zvuk. Sluch není čistě mechanický jev šíření vln, ale je to také smyslová a vjemová událost; jinými slovy, když člověk něco slyší, přichází to k uchu jako mechanická zvuková vlna putující vzduchem, ale v uchu se transformuje na nervové akční potenciály. Tyto nervové impulsy pak putují do mozku, kde jsou vnímány.

Rychlost zvuku ve vzduchu je mnohem menší než ve vodě (a lidské tělo obsahuje z velké části vodu). Když zvuk mění prostředí nebo vstupuje do jiného materiálu, ohýbá se od svého původního směru. Tato změna směrového úhlu se nazývá refrakce. Kvůli tomuto úhlu část vlny vstupuje do nového prostředí jako první a mění rychlost. Rozdíl rychlostí způsobuje ohyb vlny. To znamená, že mezi vzduchem a tělesem existuje rozdíl akustické impedance.

Množství energie, které se přenese přes danou plochu prostředí za jednotku času, se nazývá intenzita zvukové vlny. Čím větší je amplituda kmitů částic prostředí, tím větší rychlostí se jím energie přenáší a tím intenzivnější je zvuková vlna. Hlasitost (intenzita) závisí primárně na amplitudě vlny, ale může záviset i na frekvenci. Pokud zvuk není jednofrekvenční (sinusový), pak „hlasitost“ závisí také na rozložení overtonů základního tónu („výšky“).

Vše, dokonce i vzduch, zvuk pohlcuje. Jedním z příkladů pohlcování zvukových vln vzduchem je bouřka. Když jste velmi blízko bouřky, slyšíte hřmění jako ostré praskání. Když je bouřka dále, slyšíte místo toho tiché dunění. Je to proto, že vzduch pohlcuje vysoké frekvence snadněji než nízké. Než k vám hrom dorazí, všechny vysoké tóny se ztratí a slyšíte jen ty nízké. Posun v prostředí vysokofrekvenční vlny je větší než u vlny s nižší frekvencí, s vyšší frekvencí se ztrácí více energie. S touto ztrátou energie by se celková amplituda vlny s vyšší frekvencí snížila mnohem více než u vlny s nižší frekvencí.

VIBRACE A REZONANCE AKUSTICKÝCH A ELEKTRICKÝCH STRUNOVÝCH NÁSTROJŮ

Když strhneme nebo udeříme do struny strunného nástroje, začne tato struna (zdroj) vibrovat. Vlny zvukové energie se pak od struny šíří všemi směry ven. Struna se rozkmitá na všech frekvencích přítomných v impulsu (impulzní funkce teoreticky obsahuje „všechny“ frekvence). Ty frekvence, které nepatří mezi rezonance, jsou rychle odfiltrovány – jsou utlumeny – a zůstávají jen harmonické vibrace, které slyšíme jako hudební tón. Obvykle vibrující struna vydává zvuk, jehož frekvence jsou ve většině případů konstantní.
Část vibrací generovaných strunou se přenese přes „bridge“, „tailpiece“ a „pegbox“ nebo „headstock“ do těla nástroje. Jinými slovy: samotný nástroj bude vibrovat a rezonovat spolu s vibrujícími strunami. Tendence jednoho objektu přimět jiný sousední nebo vzájemně propojený objekt k vibračnímu pohybu se označuje jako „vynucené kmitání“. V případě kytarové struny připevněné k rezonančnímu boxu znamená skutečnost, že plocha povrchu rezonančního boxu je větší než plocha povrchu struny, že do vibrací bude nuceno více okolních částic vzduchu. To způsobí zvýšení amplitudy, a tím i hlasitosti zvuku.

„Vzduchová rezonance“ hraje roli i u akustických strunných nástrojů. Například f-dírky houslí tvoří otvor dutinového rezonátoru (zvukové komory nástroje), který na zobrazené rezonanční křivce pro stradivárky zesiluje frekvence v blízkosti otevřené struny D4 na 294 Hz. Čím větší je otvor dutiny, tím vyšší je frekvence (vzduch může rychleji proudit dovnitř a ven). Vzduchová dutina vykazuje jedinou rezonanční frekvenci. Větší objem dává nižší frekvenci (k uvolnění tlakového excesu se musí více vzduchu dostat ven).

Používání jiného systému ladění není mezi kytaristy neobvyklé. Jednou z nejpoužívanějších alternativ je tzv. ladění E♭ (Es) nebo D♯ (D-sharp). Všechny struny jsou sníženy o jeden půltón (100 centů). Zde se setkává současný standard výšky tónu A4=440 Hz a „barokní výška tónu“ A4=415 Hz (rozdíl mezi 440 Hz a 415 Hz je 101 centů). Důvodem, proč různí kytaristé takto ladí, je těžší tón / změna barvy, možnost použití těžších strun bez snížení hratelnosti a/nebo větší pružnost strun (pro „vytahování“) bez ztráty kompatibility s nástroji laděnými 440Hz. Někteří z nejslavnějších kytaristů ladili své kytary tímto způsobem, například Jimi Hendrix a Stevie Ray Vaughan.

Půltónová (nebo dokonce celotónová) změna výšky tónu není předmětem tohoto článku na blogu, ale je užitečnou informací pro lepší pochopení účinků změny výšky tónu.

VIBRACE HLASOVÝCH ZÁHYBŮ

Hlasové záhyby, běžně nazývané také hlasivky nebo hlasové třásně, jsou tvořeny dvojitými záhyby sliznice nataženými vodorovně zezadu dopředu přes hrtan. Vibrují a při fonaci regulují proud vzduchu vypuzovaného z plic. Vnímaná výška hlasu člověka je určena řadou různých faktorů, z nichž nejdůležitější je základní frekvence zvuku generovaného hrtanem.
Někteří zpěváci – kteří experimentovali s různými výškami hlasu – zřejmě dávají přednost výškám nižším než 440 Hz. Aby byl tón stabilní, musí hlasivky (svaly) „udržet“ napětí potřebné pro daný tón. Čím vyšší napětí hlasivky vyžadují, tím těžší je toto napětí udržet. Když se výška tónu sníží, sníží se i napětí hlasivek.

VIBRACE A REZONANCE DECHOVÝCH NÁSTROJŮ

Dechový nástroj obsahuje určitý typ rezonátoru (obvykle trubice), ve kterém je sloupec vzduchu uváděn do vibrací foukáním hráče do (nebo přes) náustek umístěný na konci rezonátoru. Rezonanční frekvence vzduchových sloupců dechových nástrojů závisí na rychlosti zvuku ve vzduchu a také na délce a geometrii vzduchového sloupce.

Dřevěné dechové nástroje využívají pouze několik prvních rezonancí vzduchových sloupců a při stoupání výšky tónu jsou závislé na otevírání otvorů po stranách vzduchových sloupců.
Žesťové nástroje využívají velký počet rezonancí (harmonických) vzduchových sloupců a využívají ventily nebo sklíčka k prodloužení vzduchových sloupců pro postup výšek tónů směrem dolů.

Válcový vzduchový sloupec s oběma otevřenými konci bude kmitat základním módem tak, že délka vzduchového sloupce bude rovna polovině vlnové délky zvukové vlny. Otevřený vzduchový sloupec může produkovat všechny harmonické. Otevřené válce se hudebně uplatňují ve flétně, zobcové flétně a otevřené varhanní píšťale.
Uzavřený válcový vzduchový sloupec vyvolá rezonanční stojaté vlnění na základní frekvenci a na lichých harmonických. Omezení uzavřeného konce brání sloupu produkovat sudé harmonické. Klarinet se skládá z přibližně uzavřeného válce, a tím se akustika klarinetu značně liší od ostatních dřevěných dechových nástrojů.|
Kónický vzduchový sloupec bude produkovat stejnou základní frekvenci jako otevřený válec stejné délky a bude produkovat i všechny harmonické. Kónické vzduchové sloupce se používají u několika dřevěných dechových hudebních nástrojů: hoboje, fagotu, saxofonu a dalších.

ELEKTRONICKÉ NÁSTROJE A ZMĚNA VÝŠKY TÓNU

Změna výšky tónu u elektronických hudebních nástrojů, jako jsou (softwarové) syntezátory a (softwarové) samplery, má ve srovnání s akustickými nástroji (a elektrickými hudebními nástroji) menší účinek. Fyzikální vlastnosti (hmotnost, váha, objem a hustota, vibrační povaha média atd.) elektronických nástrojů (hardwaru) nehrají roli při vytváření jejich vlastního zvuku, „syntetické“ nebo „samplované“ zvuky nástrojů budou generovány přesně stejnými algoritmy.
Jediný efekt, který může mít změna výšky tónu u elektronických nástrojů, je ten, že se zvuk dostane „do vzduchu“, začne se vznášet a „srážet“ a „interagovat“ s místností a předměty v ní.
!!! Co je však důležité si uvědomit, je to, že je celkem zbytečné měnit výšku tónu přesně o jeden půltón (na 415 Hz, „barokní výška“), pokud používáte elektronické nástroje. Nedochází přece k žádné změně barvy zvuku – jak bylo uvedeno výše – a frekvence reagující na klávesy jsou stále stejné (prostě se posunuly o klávesu nahoru nebo dolů), a tak je frekvenční „odezva“ všech 12 tónů, rezonance s a „odraz“ zvuku s místností prakticky stejná.

TAKŽE, PROČ SNIŽOVAT KONCERTNÍ TÓN? (ZÁVĚR)

„Co se mění u zdroje?“ a „Jak tyto změny u zdroje ovlivňují okolní prostor?“.

ZMĚNY U ZDROJE

Pro některé instrumentalisty může nižší výška tónu usnadnit vystoupení. Nižší výška tónu by znamenala menší napětí na strunách nástroje (a také na hlasivkách), tam je zapotřebí méně „energie“ k uvedení zdroje „do pohybu“. Nižší napětí na struně by také znamenalo, že můžete strunu vytáhnout dále nahoru, jinými slovy máte větší flexibilitu při zvyšování výšky tónu.

Nižší výška tónu by také znamenala možný rozdíl v přirozené frekvenční odezvě, generující rozdíl v rezonanci samotného nástroje. V důsledku změny rezonance nástroje by se mohl změnit i „témbr“ (také v závislosti na materiálu, z něhož je nástroj vyroben, a vibrační povaze tohoto materiálu).

Nízké frekvence nevytěsňují tolik energie jako vysoké frekvence, ale lépe ji zadržují. Snížením výšky tónu by vibrace a rezonance (uvnitř nástroje a vzduchu v rezonátorech) mohly trvat déle (větší sustain / delší doba doznívání).

VLIVY NA OKOLNÍ PROSTOR

Jak již bylo zmíněno v tomto článku, víme, že vysoké frekvence mají tendenci „odrážet se“ od všeho, co jim stojí v cestě, zatímco nižší frekvence mají tendenci tyto objekty „obtékat“. I když je rozdíl mezi použitím koncertní výšky 440 Hz nebo 432 Hz relativně malý, „odraz“ zvuku od předmětů, kterými je obklopen, a místnosti (v níž se zdroj nachází) je o něco menší. Nejzřetelnější je to u hi-endových frekvencí, jako jsou například hi-haty a pleskání činelů. Zejména v místech s velkým množstvím tvrdých povrchů (beton, sklo atd.) je slyšet (malý) rozdíl v odrazu/absorpci a rezonanci. Na volném prostranství však není rozdíl v odrazu a rezonanci mezi použitím koncertní výšky 440 Hz a 432 Hz skutečně zjistitelný.

Při použití výkonných zvukových systémů nebo hlasitých akustických nástrojů může část vibrací generovaných tímto zvukovým systémem nebo nástroji najít rezonanci v místnosti, kde je zvuk generován. Přirozené frekvence hmoty této místnosti mohou rezonovat jinak. Koneckonců, nižší frekvence generují menší posun energie než vysoké frekvence, a tedy o něco menší odezvu v rezonanci od přirozených frekvencí místnosti.

Jak nízko byste měli jít?

No, možná byste chtěli zkusit 435 Hz (Diapason Normal) nebo 432 Hz … nebo níže? Doporučuji, abyste začali zkoumat možnosti sami, nakonec hudba je o tom, abyste se vyjádřili způsobem, který vám nejlépe vyhovuje, ne? Shrnu však několik nízkých tónů používaných v historii hudby, můžete od nich začít svůj vlastní „výzkum“ …

HISTORICKY NEJNIŽŠÍ POUŽÍVANÝ TÓN A4 (NA 360HZ)

Pokud se podíváme na posledních pár století, všimneme si, že se používaly tóny až A4=360Hz (anglické píšťalové varhany). Pro představu: 370Hz je přesně na 3 půltóny (300 centů) pod 440Hz.

„BAROKNÍ TÓN“ (A4=415HZ)
Tento tón se běžně používal v „barokním období“ (1600-1760). 415Hz je 101 centů neboli 1,01 půltónu pod současným standardem 440Hz. Jinými slovy, koncertní výška 440Hz je 415Hz transponovaná o půltón nahoru. A4=415Hz jako Concert Pitch by mohlo přicházet v úvahu při použití akustických nástrojů (kvůli rozdílům v rezonanci a barvě zvuku). Při použití elektronických nástrojů je tento posun výšky tónu zbytečný (viz informace dříve v tomto článku).

„VĚDECKÝ TÓN“ C4=256HZ (A4=430,5-432HZ)
Známý také jako filozofický tón, Sauveurův tón nebo Verdiho ladění poprvé navrhl v roce 1713 francouzský fyzik Joseph Sauveur, v 19. století jej krátce propagoval italský skladatel Giuseppe Verdi a od 80. let 20. století jej prosazoval Schillerův institut. Všechny oktávy C jsou ve dvojkové soustavě přesným kulatým číslem. Přesná výška tónu A4 závisí na temperamentu, který používáte. Pokud použijete Temperament rovných tónů, najdeme A4 na 430,5 Hz, ale pokud použijete Pythagorovu temperaci, najdete A4 na 432 Hz. Jiné temperamenty by mohly generovat odlišné výsledky pro přesnou výšku tónu A4 při použití C4=256Hz jako koncertního tónu.

„DIAPASON NORMAL“ (A4=435HZ)
V roce 1859 (16. února) francouzská vláda přijala zákon o stanovení národního standardu na A4=435Hz, což je jediný oficiální (zákonem závazný) národní koncertní tón v zaznamenané historii.

Jsou nějaké nevýhody při použití nižšího tónu?

Bohužel ANO, jsou…
Největší nevýhodou použití nižšího (nebo vyššího) tónu, než je současný standard A4=440Hz, jsou potíže s laděním/problémy, které vznikají při použití konkrétních nástrojů. Ne všechny nástroje mohou měnit koncertní výšku!!! Je důležité si toho být vědom při skládání a produkci hudby.

• Pokud máte v úmyslu vystupovat živě s použitím jiného Concert Pitch, ujistěte se, že nástroje hudebníků, které si na koncert pozvete, změnu výšky zvládnou. V článku na blogu „Nástroje & Ladění“ si o tom můžete přečíst více.
• Pokud skládáte a produkujete pouze za účelem vydání hudby, pak je možné změnit výšku tónu (a temperaci) v postprodukci u těch nástrojů, které nezvládají dobře změnu výšky tónu, pokud byly všechny nástroje nahrány na samostatné stopy. Více informací o tom najdete v článcích: Jak na to: „Jak na to? Jak změnit koncertní výšku“ a „Jak na to:

Další nevýhodou při použití jiné koncertní výšky je ta pro DJe. Mixování skladeb, které používají různé Concert Pitches, zní opravdu příšerně, disonance může být náladu zabíjející. DJové by samozřejmě mohli přeladit celý svůj repertoár (časově náročné), nebo hrát pouze skladby vyrobené s použitím stejného Concert Pitche (omezuje repertoár). Oprava rozdílu v Concert Pitch v reálném čase není v současné době (2014) vhodným řešením, a to ani s moderním DJským vybavením, jako je „Traktor“ nebo „Serato“.

AFTERWORD

Nyní bych rád objasnil, že rozdíl mezi současným standardem výšky tónu A4=440Hz a A4=435Hz („Diapason Normal“) nebo A4=432Hz & C4=256Hz jako Concert Pitch nebude rozdíl „jako den a noc“.

Použití jiného (nižšího) Concert Pitch, jako je A4=432Hz, není jako nějaký „kouzelný trik“, díky kterému bude najednou skvěle znít hudební skladba, která by při stejném způsobu hraní a nahrávání, ale o 8Hz výše (na 440Hz), nezněla příliš dobře. „Záměr“ (vášeň, energie atd.) interpretů a „mistrovství“ hudebníků i zvukařů stále hrají největší roli, pokud jde o to, aby něco znělo skvěle.

Jiná výška tónu by mohla vytvořit jinou „perspektivu“ … Nižší výška tónu (pak A4=440Hz) by mohla přinejlepším zvětšit pocit rozšířené „rozměrnosti“, ale pouze v případě, že tato rozměrnost tam byla na začátku. Naladění 432 ani žádný jiný koncertní tón nebo temperament nemůže „vytvořit“ to, co tam na začátku není … a to skutečně začíná u samotné skladby, u příběhu, který se bude vyprávět, a stojí a padá s úspěchy celku zúčastněných umělců.

Koncertní tón 432Hz je možná spíše něco, co by se dalo nazvat „fingerspitzengefühl“ … tedy pro ty, kteří na to mají „ucho“.

To, co skutečně mění způsob, jakým hudební skladba zní, je změna temperamentu …