Многотоновые звуки, понятие частотного спектра
На практике звуковые колебания с одной-единственной частотой встречаются редко. Любые сложные (но периодические) звуковые волны можно разложить на сумму чистых тонов.
Пересчет зависимости амплитуды сигнала от времени в функцию амплитуды от частоты можно осуществить с помощью ряда математических преобразований. Одной из самых популярных методик является преобразование Фурье. Такой метод называется фурьеанализом по имени французского математика Ж. Фурье (1768—1830), который первым применил его; правда, в отношении не звука, а теплоты. Если быть абсолютно точными, то следует заметить, что чаще всего применяется одна из упрощенных модификаций фурьеанализа, называемая «быстрое преобразование Фурье» — БПФ, что в английской транскрипции имеет вид FFT — Fast Fourier transform.
Примеры графиков зависимости относительной энергии звуковых колебаний от частоты, называемые частотными спектрами звука, представлены на рис. 3.2. Линейную размерность оси ординат при изображении спектрограмм применять нецелесообразно, так как частотные составляющие с малыми уровнями окажутся отображены в виде точек, и их амплитуды невозможно будет сравнивать. В нашем случае уровни измерены в относительных логарифмических единицах — децибелах уровня громкости Ln.
Существуют два основных типа таких спектров: дискретный (рис. 3.2, а и рис. 3.2, 6) и непрерывный (рис. 3.2, в). Дискретный спектр состоит из отдельных линий для частот, разделенных пустыми промежутками. В непрерывном спектре в пределах его полосы присутствуют все частоты.
Кстати говоря, если посмотреть, как устроена наша речь, то окажется, что часть звуков образована тонами — дискретными частотами, а часть шумами с непрерывным спектром. Та часть, которая состоит из тонов, может быть пропета за счет изменения основного тона. А вот шумовые сигналы ни при каких условиях пропеть нельзя, что становится очевидным, исходя из анализа рис. 3.2, в.