Sist uppdaterad den 29 februari 2020
Ungefärlig lästid: 13 minuterOktober 14, 2014
Varför använda en lägre tonhöjd än standarden A4=440HZ?
Det skulle finnas olika subjektiva skäl som jag skulle kunna ge, som att det låter och känns bättre för mig, men det kanske bara är en fråga om smak … Jag skulle också kunna citera olika författare som delade filosofiska och/eller ”andliga” åsikter, men du kan lägga det åt sidan som en form av tro, vidskepelse eller religion … eller till och med ”pseudovetenskap” … eller hur?
Så, jag kommer att dela med mig av lite allmän information om ljud, vibrationer och resonans i den här bloggartikeln och kommer att försöka förklara vad de möjliga resultaten kan bli när man ändrar tonhöjden, på både instrumentljudet och omgivningen (rumsakustik).
I den här artikeln behandlas följande ämnen:
- LJUD, VIBRATIONER, RESONANS OCH HÖRSEL – INFORMATION
- VIBRATIONER OCH RESONANS HOS AKUSTISKA OCH ELEKTRISKA STRÄNGINSTRUMENT – INFORMATION
- VIBRATIONER HOS STÄMBANDEN – INFORMATION
- VIBRATIONER OCH RESONANS HOS BLÅSINSTRUMENT – INFORMATION
- ELEKTRONISKA INSTRUMENT OCH TONHÖJDSÄNDRING – INFORMATION
- SÅ VARFÖR SÄNKA TONHÖJDEN VID KONSERTER? – SLUTSATS
LJUD, VIBRATION, RESONANS OCH HÖRANDE
Det mänskliga örat kan nominellt höra ljud i intervallet 20 Hz till 20 000 Hz (20 kHz). Den övre gränsen tenderar att minska med åldern; de flesta vuxna kan inte höra mer än 17 kHz. Den lägsta frekvens som har identifierats som en musikalisk ton är 12 Hz (under idealiska laboratorieförhållanden). Toner mellan 4 och 16 Hz kan uppfattas via kroppens ”känselsinne”.
Högre frekvenser tenderar att vara mer riktade än lägre frekvenser. Låga frekvenser tenderar på grund av det större avståndet mellan vågens toppar och dalar att ”böja sig runt” föremål som befinner sig i deras väg (ibland behålla sin form). Höga frekvenser har mindre avstånd mellan vågens toppar och dalar, de är mycket tätt packade och har en tendens att ”studsa av” eller bli ”reflekterade” av objekt som befinner sig i deras väg.
Frekvensupplösningen hos örat är 0,9 Hz inom oktaven C4=256 Hz och C5=512 Hz. Med andra ord kan förändringar i tonhöjd större än 0,9 Hz uppfattas av de flesta. Musiker och ljudtekniker (”tränade öron”) kan uppfatta mindre tonhöjdsförändringar än så. Mindre tonhöjdsskillnader kan också uppfattas på annat sätt, interferensen mellan två tonhöjder kan ofta höras som slag.
Ljud färdas genom luft, vatten och fast materia, alla exempel på medier för ljud. Utan ett medium (vakuum: rymden) finns det inga partiklar som bär ljudvågorna. Partiklar vibrerar vid en specifik frekvens för varje källa, kallad dess naturliga frekvens. Stål, mässing, trä och så vidare har alla olika naturliga frekvenser. Föremål som vibrerar vid sina naturliga frekvenser orsakar resonans. De flesta vibrerande föremål har flera resonansfrekvenser.
En vågs frekvens avser hur ofta partiklarna i mediet vibrerar när en våg passerar genom mediet. En vågs frekvens mäts som antalet fullständiga fram- och tillbakavibrationer av en partikel i mediet per tidsenhet. När en ljudvåg rör sig genom ett medium vibrerar varje partikel i mediet med samma frekvens. Detta är rimligt eftersom varje partikel vibrerar på grund av rörelsen hos sin närmaste granne.
När ett föremål tvingas in i resonansvibrationer vid en av sina naturliga frekvenser vibrerar det på ett sådant sätt att det bildas en stående våg i föremålet. Ett föremåls naturliga frekvenser är endast de harmoniska frekvenser vid vilka stående vågmönster etableras inom föremålet. Objekt tvingas lättast in i resonansvibrationer när de störs vid frekvenser som är associerade med dessa naturliga frekvenser.
Akustisk resonans är viktig för hörseln. Till exempel gör resonans av ett styvt strukturellt element som kallas basilarmembranet i snäckan i innerörat att hårcellerna på membranet kan uppfatta ljud. Hörsel är inte ett rent mekaniskt fenomen av vågutbredning, utan är också en sensorisk och perceptuell händelse; med andra ord, när en person hör något anländer detta något till örat som en mekanisk ljudvåg som färdas genom luften, men i örat omvandlas det till neurala aktionspotentialer. Dessa nervpulser färdas sedan till hjärnan där de uppfattas.
Ljudets hastighet i luft är mycket lägre än i vatten (och människokroppen innehåller till stor del vatten). När ljudet byter medium eller går in i ett annat material böjs det från sin ursprungliga riktning. Denna förändring av riktningsvinkeln kallas refraktion. På grund av vinkeln går en del av vågen först in i det nya mediet och ändrar hastighet. Skillnaden i hastighet gör att vågen böjs. Detta innebär att det finns en akustisk impedansskillnad mellan luften och kroppen.
Mängden energi som transporteras förbi en given yta av mediet per tidsenhet kallas ljudvågens intensitet. Ju större amplitud på vibrationerna hos partiklarna i mediet, desto större är den hastighet med vilken energi transporteras genom mediet och desto intensivare är ljudvågen. Ljudstyrkan (intensiteten) beror i första hand på vågens amplitud, men den kan också bero på frekvensen. Om ljudet inte är en enda frekvens (sinusvåg) beror ”ljudstyrkan” också på fördelningen av övertoner till grundtonen (tonhöjden).
Allt, även luft, absorberar ljud. Ett exempel på att luft absorberar ljudvågor sker under ett åskväder. När man befinner sig mycket nära ett oväder hör man åskan som en skarp knäppning. När ovädret är längre bort hör du istället ett lågt muller. Detta beror på att luft absorberar höga frekvenser lättare än låga. När åskan har nått dig har alla höga toner försvunnit och endast de låga kan höras. Förskjutningen i ett medium av en högfrekvent våg är större än en lågfrekvent våg, mer energi går förlorad med den högre frekvensen. Med den förlorade energin skulle den totala amplituden hos vågen med högre frekvens ha minskat mycket mer än hos en våg med lägre frekvens.
Vibration och resonans hos akustiska och elektriska stränginstrument
När vi plockar eller slår på en sträng i ett stränginstrument börjar denna sträng (källan) vibrera. Vågor av ljudenergi rör sig sedan utåt i alla riktningar från strängen. Strängen vibrerar vid alla de frekvenser som finns i impulsen (en impulsfunktion innehåller teoretiskt sett ”alla” frekvenser). De frekvenser som inte är en av resonanserna filtreras snabbt bort – de dämpas – och allt som återstår är de harmoniska vibrationer som vi hör som en musikalisk ton. Vanligtvis producerar en vibrerande sträng ett ljud vars frekvenser i de flesta fall är konstanta.
En del av de vibrationer som strängen genererar överförs via ”bryggan”, ”svansstycket” och ”pegboxen” eller ”huvudstycket” till instrumentets kropp. Med andra ord: själva instrumentet kommer att vibrera och resonera tillsammans med de vibrerande strängarna. Tendensen hos ett objekt att tvinga ett annat angränsande eller sammankopplat objekt till vibrationsrörelse kallas ”forcerad vibration”. I fallet med gitarrsträngen som är monterad på resonanslådan innebär det faktum att resonanslådans yta är större än strängens yta att fler omgivande luftpartiklar kommer att tvingas in i vibration. Detta orsakar en ökning av ljudets amplitud och därmed ljudstyrka.
”Luftresonans” spelar också en roll med akustiska stränginstrument. F-hålen i en fiol utgör till exempel öppningen till en kavitetsresonator (ljudkammare i ett instrument) som i den resonanskurva för Stradivarius som visas förstärker frekvenser nära den öppna strängen D4 vid 294 Hz. Ju större öppning till kaviteten, desto högre frekvens (luften kan strömma in och ut snabbare). Ett lufthålrum uppvisar en enda resonansfrekvens. En större volym ger en lägre frekvens (mer luft måste röra sig ut för att lätta på trycket).
Att använda ett annat stämningssystem är inte ovanligt bland gitarrister. Ett av de mest använda alternativen är den så kallade ”E♭ (E-flat) tuning eller D♯ (D-sharp) tuning”. Alla strängar är sänkta med en halvton (100 cent). Det är här som den nuvarande tonhöjdsstandarden A4=440Hz och ”barocktonhöjden” A4=415Hz möts (skillnaden mellan 440Hz och 415Hz är 101 cent). Anledningen till att olika gitarrister stämmer på detta sätt är en tyngre ton/förändring av klangfärg, möjligheten att använda tyngre strängar utan att försämra spelbarheten och/eller större strängflexibilitet (för ”pull-ups”) utan att förlora kompatibiliteten med instrument som är stämda på 440 Hz. Några av de mest kända gitarristerna stämde sin gitarr på detta sätt, som Jimi Hendrix och Stevie Ray Vaughan.
En halvton (eller till och med en hel ton) tonhöjdsförändring är inte vad den här bloggartikeln handlar om, men det är användbar information för en bättre förståelse av effekterna av tonhöjdsförändring.
VIBRATION AV VOCAL FOLDS
Vokalfolderna, även allmänt kända som stämband eller röstblad, består av dubbla utvikningar av slemhinnor som sträcker sig horisontellt, från bak till fram, över struphuvudet. De vibrerar och modulerar luftflödet som stöts ut från lungorna under fonation. Den upplevda tonhöjden hos en persons röst bestäms av ett antal olika faktorer, framför allt grundfrekvensen hos det ljud som genereras av struphuvudet.
Vissa sångare – som har experimenterat med olika tonhöjder – tycks föredra tonhöjder som är lägre än 440 Hz. För att hålla en ton stabil måste stämbanden (musklerna) ”hålla” den spänning som krävs för just den tonen. Ju högre spänning på stämbanden som krävs, desto svårare blir det att hålla denna spänning. När tonhöjden sänks minskar också spänningen på stämbanden.
VIBRATION OCH RESONANS I VINDINSTRUMENT
Ett blåsinstrument innehåller någon typ av resonator (vanligen ett rör), där en luftpelare sätts i vibrationer genom att spelaren blåser i (eller över) ett munstycke som är placerat i slutet av resonatorn. Resonansfrekvenserna hos luftpelare i blåsinstrument beror på ljudets hastighet i luft samt på luftpelarens längd och geometri.
Träblåsinstrumenten använder endast de första resonanserna i luftpelarna och är beroende av att öppna hål i luftpelarnas sidor för att stiga i tonhöjd.
Mässingsinstrumenten använder ett stort antal resonanser (övertoner) i sina luftpelare och använder sig av ventiler eller glidskenor för att förlänga luftpelarna för en nedåtgående progression av tonhöjderna.
En cylindrisk luftpelare med båda ändarna öppna kommer att vibrera med ett grundläge så att luftpelarens längd är hälften av ljudvågens våglängd. Den öppna luftpelaren kan producera alla övertoner. Öppna cylindrar används musikaliskt i flöjten, blockflöjten och den öppna orgelpipan.
En sluten cylindrisk luftpelare producerar resonanta stående vågor vid en grundfrekvens och vid udda övertoner. Den slutna ändans begränsning hindrar kolonnen från att producera de jämna övertonerna. Klarinetten består av en ungefärligt sluten cylinder, och detta gör att klarinettens akustik skiljer sig ganska mycket från de andra träblåsinstrumenten.|
En konisk luftpelare kommer att producera samma grundfrekvens som en öppen cylinder av samma längd och kommer också att producera alla övertoner. Koniska luftkolonner används i flera av träblåsarnas musikinstrument: oboe, fagott, saxofon och andra.
Elektroniska instrument och tonhöjdsförändring
Att ändra tonhöjden på elektroniska musikinstrument som (mjukvaru)syntar och (mjukvaru)samplers har mindre effekt i jämförelse med akustiska instrument (och elektriska musikinstrument). De fysiska egenskaperna (massa, vikt, volym och densitet, mediets vibrerande natur osv.) hos elektroniska instrument (hårdvaran) spelar ingen roll för skapandet av själva ljudet, instrumentens ”syntetiska” eller ”samplade” ljud kommer att genereras med exakt samma algoritmer.
Den enda effekt som ändringen av tonhöjden kan ha för elektroniska instrument är när ljudet blir ”luftburet”, börjar sväva runt och ”kolliderar” och ”interagerar” med rummet och objekten i det.
!!! Vad som är viktigt att vara medveten om är dock att det är ganska meningslöst att ändra tonhöjden med exakt en halvton (till 415 Hz, ”barocktonhöjden”) om man använder elektroniska instrument. Det sker trots allt ingen förändring av klangfärgen – som nämnts ovan – och frekvenserna som svarar på tangenterna är fortfarande desamma (de har bara flyttat en tangent uppåt eller nedåt) och därmed är frekvens-”responsen” för alla 12 toner, resonansen med och ”reflektionen” av ljudet med rummet praktiskt taget densamma.
SÅ, VARFÖR LÄGGA KONCERTSTÄNGDET? (SLUTSATS)
”Vad förändras vid källan?” och ”Hur påverkar dessa förändringar vid källan det omgivande rummet?”.
Förändringar vid källan
För vissa instrumentalister kan en lägre tonhöjd göra ett framträdande lättare. En lägre tonhöjd skulle innebära mindre spänning på strängarna i ett instrument (och även på stämbanden), vilket innebär att det krävs mindre ”energi” för att sätta källan ”i rörelse”. Lägre spänning på en sträng skulle också innebära att man kan dra strängen längre upp, med andra ord har man större flexibilitet att höja en ton.
En lägre tonhöjd skulle också innebära en möjlig skillnad i naturlig frekvensrespons, vilket genererar skillnad i resonans hos själva instrumentet. På grund av ändringen av instrumentets resonans kan också ”timbre” förändras (även beroende på vilket material instrumentet är tillverkat av och materialets vibrerande natur).
Låga frekvenser förskjuter inte lika mycket energi som höga frekvenser gör, men de innehåller energin bättre. Genom att sänka tonhöjden kan vibrationen och resonansen (inom instrumentet och luften i resonatorer) pågå längre (mer sustain / längre avklingningstid).
EFFEKTERNA PÅ DET OMGEVANDRANDE RUMMET
Som nämnts tidigare i den här artikeln vet vi att höga frekvenser har en tendens att ”studsa av” allt som befinner sig i deras väg, medan lägre frekvenser har en tendens att ”böja sig runt” dessa objekt. Även om skillnaden mellan att använda Concert Pitch 440Hz eller 432Hz är relativt liten, är ”reflektionen” av ljudet från de föremål som det omges av och rummet (där källan befinner sig) lite mindre. Detta är tydligast med de höga frekvenserna som till exempel hi-hats och cymbalstänk. Särskilt på platser med många hårda ytor (betong, glas etc.) kan man höra en (liten) skillnad i reflektion/absorption och resonans. I det fria är skillnaden i reflektion och resonans mellan att använda Concert Pitch 440Hz och 432Hz dock inte riktigt märkbar.
När man använder kraftfulla ljudsystem eller högljudda akustiska instrument kan en del av de vibrationer som alstras med det ljudsystemet eller instrumenten finna resonans i det rum där ljudet alstras. De naturliga frekvenserna för materian i detta rum kan resonera på olika sätt. När allt kommer omkring genererar lägre frekvenser mindre energiförflyttning än vad höga frekvenser gör, och därmed lite mindre respons i resonans från rummets naturliga frekvenser.
HUR LÅNGT SKULLE DU GÅ?
Tja, du kanske vill prova 435Hz (Diapason Normal) eller 432Hz … eller lägre? Jag föreslår att du börjar utforska alternativen själv, i slutändan handlar musik om att du uttrycker dig på det sätt som passar dig bäst, eller hur? Jag ska dock sammanfatta några låga tonhöjder som använts i musikhistorien, du kan börja din egen ”forskning” därifrån …
Den historiskt sett lägst omnämnda tonhöjden som använts för A4 (vid 360 Hz)
Om vi tar en titt på de senaste århundradena märker vi att tonhöjder som är så låga som A4=360 Hz (engelska pitchpipe-orglar) har använts. För att sätta det i perspektiv: 370Hz är exakt 3 semitier (300 cent) under 440Hz.
Den ”barocka tonhöjden” (A4=415HZ)
Denna tonhöjd var vanligt förekommande under ”barockperioden” (1600-1760). 415Hz är 101 cent eller 1,01 halvton under den nuvarande 440Hz-standarden. Med andra ord är Concert Pitch 440Hz 415Hz transponerat en halvton uppåt. A4=415Hz som Concert Pitch kan vara ett alternativ när man använder akustiska instrument (på grund av skillnader i resonans och klangfärg). När man använder elektroniska instrument är denna tonhöjdsförskjutning värdelös (se information tidigare i denna artikel).
Den ”vetenskapliga tonhöjden” C4=256HZ (A4=430,5-432HZ)
Också känd som filosofisk tonhöjd, Sauveur-tonhöjden eller Verdi-avstämning, föreslogs först 1713 av den franske fysikern Joseph Sauveur, förespråkades kortvarigt av den italienske kompositören Giuseppe Verdi på 1800-talet, och förespråkades sedan av Schillerinstitutet med början på 1980-talet. Alla oktaver av C är ett exakt runt tal i det binära systemet. Den exakta tonhöjden för A4 beror på vilket temperament du använder. Om du använder Equal Tone Temperament finner vi A4 på 430,5 Hz, men om du använder Pythagoras temperament finner du A4 på 432 Hz. Andra temperament kan ge olika resultat för den exakta tonhöjden för A4 när man använder C4=256Hz som Concert Pitch.
Den ”DIAPASON NORMAL” (A4=435HZ)
I 1859 (16 februari) antog den franska regeringen en lag som fastställde den nationella standarden till A4=435Hz, den enda officiella (lagbindande) nationella konserttonhöjden i den nedtecknade historien.
Är det några nackdelar med att använda en lägre tonhöjd?
Tyvärr ja, det finns det …
Den största nackdelen med att använda en lägre (eller högre) tonhöjd än den nuvarande standarden A4=440Hz är de stämningssvårigheter/problem som uppstår när man använder vissa instrument. Alla instrument kan inte ändra Concert Pitch!!! Det är viktigt att vara medveten om detta när man komponerar och producerar musik.
- Om du har för avsikt att uppträda live med en annan Concert Pitch, se då till att instrumenten hos de musiker du bjuder in till spelningen klarar av att ändra tonhöjd. I bloggartikeln ”Instruments & Tuning” kan du läsa mer om detta.
- Om du bara komponerar och producerar för att ge ut musik är det möjligt att ändra tonhöjden (och temperamentet) i efterhand för de instrument som inte klarar av tonhöjdsändringen bra, om alla instrument spelades in på separata spår. Mer information om detta finns i artiklarna: ”Hur man gör: Hur man ändrar tonhöjden” och ”Hur man ändrar tonhöjden” och ”Hur man ändrar tonhöjden”:
En annan nackdel med att använda en annan Concert Pitch är en nackdel för DJs. Att blanda spår som använder olika Concert Pitches låter hemskt, dissonansen kan vara stämningsdödande. Naturligtvis skulle DJ:s kunna ompitcha hela sin repertoar (tidskrävande), eller spela endast spår som producerats med samma Concert Pitch (begränsar repertoaren). Att åtgärda skillnaden i Concert Pitch i realtid är för närvarande (2014) ingen lämplig lösning, inte ens med modern DJ-utrustning som ”Traktor” eller ”Serato”.
AFTERWORD
Nu vill jag klargöra att skillnaden mellan den nuvarande tonhöjdsstandarden A4=440Hz och A4=435Hz (”Diapason Normal”) eller A4=432Hz & C4=256Hz som Concert Pitch inte kommer att vara en skillnad av ”natt och dag”.
Att använda en annan (lägre) Concert Pitch såsom A4=432Hz är inte som något ”magiskt trick” som gör att ett musikstycke plötsligt låter bra som om det hade spelats och spelats in på samma sätt men 8Hz högre (vid 440Hz) inte skulle låta särskilt bra. De utövande musikernas ”avsikt” (passion, energi osv.) och både musikernas och ljudteknikerens ”behärskning” spelar fortfarande den största rollen när det gäller att få något att låta bra.
En annan tonhöjd kan skapa ett annat ”perspektiv” … En lägre tonhöjd (då A4=440Hz) kan i bästa fall förstora känslan av en utökad ”dimensionalitet”, men bara om den dimensionaliteten fanns där till att börja med. 432-Tuning eller någon annan Concert Pitch eller temperament kan ”skapa” det som inte finns där till att börja med … och det börjar med själva kompositionen, den historia som ska berättas, och står och faller med prestationerna hos alla inblandade artister.
Concert Pitch 432Hz är kanske mer något som man skulle kunna kalla ”fingerspitzengefühl” … det vill säga, för dem som har ”öra” för det.
Det som verkligen förändrar hur ett musikstycke låter är förändringen av temperamentet …