Âm cơ bản và các thành phần phổ âm

Với một âm phức có phổ hài, âm cơ bản (fundamental) là thành phần có tần số thấp nhất. Tần số cơ bản có liên hệ chặt với cao độ mà ta nghe được. Các thành phần có tần số cao hơn góp phần làm âm thanh có chất riêng. [1]

Trong dãy hòa âm (harmonic series), tần số các họa âm là bội số nguyên của tần số cơ bản. Chẳng hạn, nếu tần số cơ bản là 100 Hz thì các họa âm lý tưởng tiếp theo có tần số 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz... Đây là ví dụ về quan hệ giữa các tần số, không phải danh sách nốt nhạc cần học thuộc. [1]

Mỗi thành phần trong âm thanh có tần số và độ mạnh tương đối riêng. Khi biểu diễn chúng trên một phổ âm, vị trí cho biết tần số, còn độ cao của mỗi vạch thường biểu thị mức độ mạnh của thành phần đó trong phép phân tích đang dùng. Phổ âm giúp ta nhìn thấy cấu tạo tần số; bản thân nó không phải là cao độ hay âm sắc. [1]

Hai âm có cùng tần số cơ bản vẫn có thể nghe khác chất nếu các thành phần phía trên khác nhau về số lượng hoặc độ mạnh tương đối. Vì vậy, phổ âm giúp giải thích một phần vì sao các nhạc cụ hoặc giọng hát tạo ra những âm sắc khác nhau. Âm sắc còn chịu ảnh hưởng của cách âm thanh bắt đầu, kéo dài, kết thúc và môi trường vang; không thể quy mọi khác biệt âm sắc về một vạch phổ duy nhất. [1]

Hãy tách ba câu hỏi khi mô tả âm thanh:

• Cao độ: âm nghe cao hay thấp?
• Thành phần phổ: âm gồm những tần số nào và chúng mạnh yếu ra sao?
• Âm sắc: tổng thể âm thanh có chất riêng như thế nào?

• Giải thích được âm cơ bản là thành phần có tần số thấp nhất trong một âm phức có phổ hài.
• Nhận ra các họa âm trong dãy hòa âm có tần số bằng các bội số nguyên của tần số cơ bản.
• Đọc được ví dụ phổ đơn giản để xác định tần số cơ bản và một vài họa âm.
• Nêu được sự hiện diện và độ mạnh tương đối của các thành phần âm góp phần tạo nên âm sắc.
• Phân biệt được tần số của một thành phần với cường độ tương đối của thành phần đó.

• Trong một âm có tần số cơ bản 100 Hz và các họa âm lý tưởng, các thành phần 200 Hz và 300 Hz lần lượt có tần số gấp 2 và gấp 3 lần tần số cơ bản. Đây là minh họa cho dãy hòa âm, không phải khẳng định về mọi âm thanh thực tế.
• Hai nguồn âm cùng phát cao độ có tần số cơ bản 200 Hz vẫn có thể nghe khác âm sắc nếu mức độ mạnh yếu tương đối của các thành phần phía trên khác nhau.

• Không chính xác: “Âm cơ bản là thành phần mạnh nhất trong mọi âm thanh.” Chính xác hơn: Trong âm phức có phổ hài, âm cơ bản là thành phần có tần số thấp nhất; mức mạnh nhất có thể thuộc về thành phần khác.
• Không chính xác: “Mỗi họa âm là một nốt riêng mà tai luôn nghe tách biệt.” Chính xác hơn: Các thành phần thường hòa vào một âm thống nhất; người nghe không nhất thiết cảm nhận chúng như các nốt riêng.
• Không chính xác: “Phổ âm chính là âm sắc.” Chính xác hơn: Phổ âm biểu diễn các thành phần tần số và mức tương đối; âm sắc là chất âm mà ta cảm nhận, chịu ảnh hưởng của phổ cùng các đặc điểm khác.
• Không chính xác: “Tần số cao hơn thì thành phần đó chắc chắn mạnh hơn.” Chính xác hơn: Tần số và mức mạnh yếu là hai thông tin riêng của mỗi thành phần.

Trong âm phức có phổ hài, âm cơ bản là thành phần có tần số thấp nhất; các họa âm có tần số là bội số nguyên của nó. Thành phần phổ và mức mạnh yếu tương đối góp phần tạo nên âm sắc. [1]

• Nếu tần số cơ bản là 100 Hz, thành phần có tần số gấp đôi trong dãy hòa âm lý tưởng là bao nhiêu Hz?
• Đáp án mong đợi: 200 Hz.

• Âm cơ bản luôn là thành phần mạnh nhất của âm thanh phải không?
• Đáp án mong đợi: Không. Âm cơ bản là thành phần có tần số thấp nhất trong âm phức có phổ hài; mức mạnh nhất có thể thuộc một thành phần khác.

• Hai âm cùng tần số cơ bản có thể khác âm sắc không?
• Đáp án mong đợi: Có. Các thành phần tần số phía trên và mức mạnh yếu tương đối của chúng có thể khác nhau.