طیف فرکانسی صدا

طیف فرکانسی صدا:
افزایش و کاهش فشار هوا نسبت به فشار اتمسفر باعث تولید موج صوتی می شود. این کاهش و افزایش می تواند حالت نوسانی داشته و در یک فرکانس مشخص رخ دهد. به این موج، موج تک فرکانسی می گویند. البته موج صوتی معمولا ترکیبی از تعداد نامحدودی موج های تک فرکانسی می باشد. تمامی این فرکانس ها در کنار یکدیگر تشکیل طیف پیوسته صدا را میدهند. طیف صدا خاصیت ذاتی صوت بوده و مستقل از فاصله است. برای مثال صدای یک ویولن همان طیفی را در فاصله 30 متری دارد که در فاصله 5 متری شنیده می شود و تنها مقدار صداست که با فاصله تغییر کرده است.
یک فرد جوان و سالم می تواند صدا را در بازه فرکانسی Hz15 تا Hz16000 بشنود که به این بازه حد شنوایی می گویند. البته لازم به ذکر است که حساس ترین بازه فرکانسی برای گوش انسان Hz3000 تا Hz6000 می-باشد. به دلیل اینکه شنوایی انسان طیف بسیار گسترده ای از فرکانس را شامل می شود و گوش نسبت به برخی فرکانس های این طیف حساسیت بیشتری نشان می دهد، در اندازه گیری و محاسبات طیف صدا را به چندین بازه، که هر کدام را یک باند فرکانسی می نامیم، تقسیم می کنند.

آنالیز فرکانسی:
آنالیز فرکانسی پروسه ای است که طی آن یک سیگنال متغیر با زمان به اجزای فرکانسی مشخصی تجزیه می شود. با این کار می توان بازه بینهایت گسترده تغییرات را به شکل یک کمیت در یک نمودار میله ای مطرح کرد تا تحلیل و توصیف موج صدا آسان شود.
درشکل 1(a) و 1(b) یک موج صوتی تک فرکانسی نمایش داده شده. شکل 1(a) نمایش فشار برحسب زمان بوده و در شکل 1(b) به شکل یک کمیت مطرح شده است که سطح زیر منحنی فشار به توان2 می باشد. در شکل 1(C) و 1(d) سه موج تک فرکانسی که به صورت همزمان منتشر می شوند نشان داده شده موج اولیه دارای سه فرکانس بوده و بعد از آنالیز فرکانسی به شکل 3 کمیت در نمودار میله ای مطرح شده است. اکثر منابع صوت در دنیای واقعی شرایطی مشابه شکل 1(e) دارند. همان گونه که مشاهده می شود چنین موجی دارای ظاهری بی نظم و کاملا رندوم می باشد زیرا در آن همه فرکانس ها حضور دارند. به کمک آنالیز فوریه می توان مقادیر صوت را در همه فرکانس ها تعیین و تفکیک نمود. بعد از تفکیک فرکانس ها می توان مقادیر را در همه فرکانس ها به شکل نمودار پیوسته نمایش داد ولی این نمودار پیچیده و بسیار گسترده است. در منابع علمی به منظور ساده سازی بیشتر مفهومی به نام اکتاو باند تعریف شده است که در آن تعداد محدودی فرکانس مشخص شده تا مقادیر صدا در این فرکانس ها بیان شوند (1(f)). 

شکل 1: تحلیل فرکانسی یک موج صوتی

جدول زیر مقادیر فرکانسی در سیسنم اکتاو باند و یک سوم اکتاو باند را نشان می دهد که مقادیر صدا در این فرکانس ها بیان می شوند.