¿Qué palabra describe el sonido de un instrumento basado en la forma de la forma de onda de su sonido?

Estoy interesado en aprender acerca de cómo los seres humanos perciben las cualidades del sonido.

Sabemos que el oído humano escucha el sonido cuando el aire vibra contra los tímpanos en diferentes frecuencias y amplitudes. La frecuencia y la amplitud son quizás las dos propiedades más básicas de la forma de onda de un sonido.

También entiendo que el sonido tiene una cualidad llamada timbre, que describe la diferencia de calidad de los sonidos de la misma frecuencia y amplitud. Parece que lo coloqué mal, pero tenía una referencia que explica que el timbre es el resultado de "sobretonos", que son sonidos más suaves y de mayor frecuencia que acompañan a la frecuencia que percibe el oído humano, que se llama "frecuencia fundamental". Wikipedia explica que se puede usar una técnica matemática llamada "Transformada de Fourier" para calcular las frecuencias de los diversos sobretonos de un sonido. Planeo estudiar esto con mayor detalle en los próximos días.

Sin embargo, hay algo que no entiendo con respecto al timbre.

Me parece que la definición de timbre que usa "sobretonos" para describir diferencias cualitativas entre sonidos de la misma frecuencia y amplitud no tiene en cuenta la forma de la onda.

Aquí hay un enlace a un video de YouTube que demuestra la diferencia en el sonido producido por una onda sinusoidal, una onda cuadrada y una onda de diente de sierra.

Perceptivamente, estos sonidos tienen la misma frecuencia y la misma amplitud, pero suenan completamente diferentes. No veo cómo hay sobretonos de cualquier frecuencia que no sea la frecuencia fundamental involucrada en la demostración, por lo que me parece que, además de los sobretonos, la forma de la forma de onda en sí también debe influir en la calidad percibida del sonido. .

Si no es timbre, ¿qué palabra describe la calidad de un sonido en función de la forma de su forma de onda?

Las ondas cuadradas y los triángulos, por definición, contienen todos los armónicos posibles, en niveles muy altos, y esto es lo que determina la forma de la onda. Y no es sólo una cuestión de matices. También hay que considerar los transitorios iniciales; por ejemplo, el sonido de un arco de violín o el clic de una púa de guitarra.
@user207421 Las ondas de diente de sierra contienen todos los sobretonos en los niveles 1/n (donde n es el número del sobretono, es decir, 1, 1/2, 1/3, 1/4...). Las ondas cuadradas contienen solo sobretonos impares, en los niveles 1/n. Las ondas triangulares solo contienen sobretonos impares en los niveles 1/n^2 (es decir, 1, 1/9, 1/25, 1/49...).
"sobretonos, que son sonidos más suaves y de mayor frecuencia", no necesariamente más suaves. Las notas bajas de un piano tienen poca o ninguna frecuencia fundamental. Percibimos el tono bajo debido a la combinación de los armónicos más fuertes.

Respuestas (4)

Me parece que la definición de timbre que usa "sobretonos" para describir diferencias cualitativas entre sonidos de la misma frecuencia y amplitud no tiene en cuenta la forma de la onda.

La forma de la onda es diferente debido a las diferencias en los niveles de los sobretonos.

O, dicho de otro modo, la forma de la onda es una representación del sonido observado en el dominio del tiempo . El contenido de frecuencia (en términos de sobretonos) es una representación del sonido en el dominio de la frecuencia .

Juega con https://meettechniek.info/additional/additive-síntesis.html . Verá (y escuchará) que a medida que cambia los niveles de los armónicos, la forma de la onda y el timbre audible del sonido también cambian. Las tres cosas (timbre, forma de onda y armónicos) están vinculadas.

No veo cómo hay sobretonos de cualquier frecuencia que no sea la frecuencia fundamental involucrada en la demostración.

La onda cuadrada y la onda de diente de sierra tienen sobretonos. Busque, por ejemplo, 'sobretonos de onda cuadrada' (o 'armónicos de onda cuadrada'). Es la presencia de esos matices lo que los hace sonar diferentes.

Una vez más, para que quede claro: la onda cuadrada no tiene armónicos 'además de' ser cuadrada; los armónicos son la razón por la que es cuadrado.

Si no es timbre, ¿qué palabra describe la calidad de un sonido en función de la forma de su forma de onda?

'Timbre' no es una mala palabra, pero no creo que se base específicamente en la forma de la onda; de hecho, el oído humano divide el sonido por frecuencia, por lo que escucha los armónicos más que la forma. Podría ser mejor decir que las siguientes cosas están vinculadas :

  • Timbre : la cualidad subjetiva de un sonido tal como lo percibe el oyente.
  • Forma de onda : el comportamiento del sonido en el dominio del tiempo
  • Contenido armónico/sobretonos/contenido espectral : la 'firma' del dominio de frecuencia del sonido
Los formantes son quizás también una propiedad útil cuando se describe el timbre. Percibir picos y valles en ciertos rangos de frecuencia es quizás una forma más realista de describir cómo distinguimos entre diferentes voces e instrumentos, que percibir formas de onda o armónicos individuales.
Sí. OP puede confundirse porque la forma de onda es una consecuencia directa de los sobretonos y el contenido armónico . Bien escrito. Toma mi +1!
Acabo de arreglar el enlace de YouTube que falta.
Esto es lo que no entiendo. Si observo una onda de diente de sierra A4 de 440 hz, veo que hay 440 crestas golpeando mi oído cada segundo. Si entiendo correctamente, decir que hay "sobretonos" es decir que hay una onda de una frecuencia más alta en la forma de onda, pero no veo si es posible que más de 440 crestas golpeen mi oído. cada segundo. ¿Puedes explicarme eso?
@DanielAllenLangdon - Básicamente, solo la onda sinusoidal no tiene armónicos. Todas las demás ondas de sonido se forman sumando un número (posiblemente infinito) de ondas sinusoidales con diferentes frecuencias. El período de las ondas combinadas determina la frecuencia de la nota resultante. Puede crear fácilmente una nota de 440 Hz sumando una onda de 440 Hz y una onda de 880 Hz; la forma de onda resultante sigue siendo de 440 Hz, a pesar de parecer más ondulada. La onda componente de 880 Hz se denomina sobretono .
@DanielAllenLangdon Los lados rectos de la onda triangular, en la medida en que difieren de una onda sinusoidal, se componen de sumas de los picos de sobretonos. Es por eso que no parece una onda sinusoidal.
  • La razón por la que solo ve una frecuencia en estas formas de onda sintetizadas es que los armónicos son todos múltiplos enteros de la fundamental, por lo que cada cuadro de un período de la frecuencia fundamental se ve como cualquier otro. El tipo de armónicos (pares o impares) y su poder relativo a la fundamental son los que determinan la forma. Si ve una forma de onda en la que los armónicos no son múltiplos enteros de la fundamental, o las amplitudes de los armónicos decaen a diferentes velocidades (como con un instrumento de cuerda), la forma de onda parecerá evolucionar con el tiempo y ningún cuadro único puede caracterizar la forma de onda
  • El oído humano detecta directamente la amplitud de cada sobretono, pero (a diferencia del análisis de Fourier) no puede detectar las fases relativas de los sobretonos, por lo que hay algunas formas de onda que suenan igual pero se ven bastante diferentes en un osciloscopio.

Puede ser útil darse cuenta de que las ondas cuadradas (y las ondas triangulares) son fenómenos idealizados y en realidad no pueden ocurrir. Requerirían sumar un número infinito de ondas sinusoidales para hacerlo perfecto.

Como tal, puede ser útil buscar aproximaciones. Allí podrás ver más fácilmente todas las frecuencias. Aquí hay un conjunto decente de Mathworld:

ingrese la descripción de la imagen aquí

A medida que agregan más sobretonos, cada aproximación se acerca más y más a la onda cuadrada. Y, con más matices, ves más protuberancias.

A esta respuesta le falta la palabra "suma".
@TobiaTesan Tu comentario es un poco confuso. ¿Es esto lo que quieres decir? (ver editar)

Creo que está buscando los términos transitorios de ataque y decaimiento. Los transitorios de decaimiento en particular conforman las firmas de sonido que reconocemos como diferentes instrumentos musicales.

Los transitorios forman una gran parte del timbre percibido, pero no son necesariamente algo separado de los armónicos; también puede considerar los transitorios en el dominio de la frecuencia.
¿Qué palabra describe el sonido de un instrumento basado en la forma de la forma de onda de su sonido?
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