Helisagedused

     ja muusika kvaliteet

Helilainet õhus saab visualiseerida kui rõhulainet, mis koosneb tihedalt paiknevatest ja hõredamatest piirkondadest. Madalamad helid on läbi viirutatud peenemate triipudega, mis kannavad edasi kõrgemaid helisid. Nende triipude täpne kuju kannab kaasas infot heli sageduse ja amplituudi kohta. Helisagedust mõõdetakse hertsides - Hz (lainet sekundis) ja heli käsitlemisel on see üks olulisemaid aspekte.

Kuulmine muudab helilaine närviimpulssideks, mida aju saab töödelda. Vastsündinud kuulevad helisid umbes 20 Hz kuni 20 000 Hz sagedusvahemikus, kuid vanusega kõrgemate sageduste kuulmine väheneb. Täiskasvanu kuulmisvõime piirdub enamasti umbes 20 Hz kuni 16 000 Hz vahemikuga. Inimese kuulmine on kõige tundlikum sagedusvahemikus 2 kHz kuni 5 kHz. Selles sagedusvahemikus suudab inimese kuulmismeel tuvastada ja eristada helisid kõige paremini ning see on ka kõnesuhtluse ja muusika jaoks oluline sagedusala. Samas on inimese kuulmise tähelepanu kõige suurem selles vahemikus, kus inimesed suudavad kõneleda või laulda, vahemik umbes 80 Hz kuni 1,2 kHz või veidi kõrgemale. Kaashäälikute jaoks on oluline sagedusvahemik ka 7-9 kHz. Seega võib öelda, et kuulaja seisukohalt on oluline sagedusvahemik 80-9000 Hz, kus heli peab olema puhas ja täpne.

Muusikas kasutatakse noote, et tähistada heli kõrgust. Kõige tavalisem muusikaline helisageduste süsteem põhineb kaheksal põhinoodil, mis moodustavad oktaavi. Oktaav viitab helisageduste vahemikule kahe sarnase heli vahel, millel on kaks korda erinev sagedus. Näiteks A4 noodi sagedus on umbes 440 Hz, samal ajal kui A5 noodi sagedus on umbes 880 Hz. Seega on A5 noot oktaavi võrra kõrgem kui A4 noot.

Oktaav Noot Sagedus (Hz)

• 0 A0 ~27.5
• 1 A1 ~55
• 2 A2 ~110
• 3 A3 ~220
• 4 A4 ~440
• 5 A5 ~880
• 6 A6 ~1760
• 7 A7 ~3520
• 8 A8 ~7040

Noodid lõpevad juba umbes 7000 Hz juures, kuid muusika edastamisel kasutatakse ka palju kõrgemaid sagedusi. Põhjus on harmoonilistes sagedustes. Kõige tugevamalt kuuldavad on esimene kolmest harmoonilisest sagedusest. Need harmoonilised sagedused suhtuvad põhisagedusse järgmiselt:

• 1. harmooniline: Kõige tugevam harmooniline sagedus. Esimene harmooniline on kahekordne põhisagedus;
• 2. harmooniline: Teine harmooniline on umbes kolmekordne põhisagedus;
• 3. harmooniline: Kolmas harmooniline on umbes neli korda põhisagedus.

Kõige rohkem kõrgeid harmoonilisi sagedusi on keelpillidel (näiteks: viiul, tšello), vaskpuhkpillidel (näiteks: trompet, kornet) ja flöödil. Samuti on käivad kõrged sagedused kaasas löökpillide terava löögi või metallist löökpillidega (taldrikud). Nii annab muusikale kõla erinevate harmooniliste sageduste esitamine ja kuigi võib tunduda, et piisab näiteks 10 000 Hz, siis tegelik kõlapilt kujuneb kuni sageduseni 16 kHz. Internetis on levinud ka seisukoht, et kui heli pole kuuldav, tasub ta müra vähendamiseks välja filtreerida. Siiski, kui nad on algses helis olemas tasub neid esitada. Võimalik, et nad põhjustavad helilaine kujus kuuldavaid muudatusi madalamatel sagedustel, kuigi vastav kõrgsagedus ise ei ole kuuldav. Siiski, kõik mis on kõrgemal kui 20 kHz on ilmselt oluline teema närilistele - muusika kvaliteeti sellega ei paranda. Kõige madalamaid sagedusi mängivad: kontrabass(madalaim noot E0, ligikaudu 41 Hz, harvem  B0, umbes 31 Hz); Tuuba (F1 umbes 43 Hz või C2 umbes 65 Hz); Orel (võib minna väga madalale, sõltuvalt orelist kuni 16 Hz või veelgi madalam), suur trumm (umbes 30 Hz või madalamalt), Bass-marimba (kuni 65 Hz). Loomulikult pole elektroonilised muusikariistad või eriefektid piiratud ja võivad mängida erinevaid sagedusi muusika looja ja esitaja valiku järgi. 

Kui lisada nüüd eeltoodud kuulaja jaoks olulisele sagedusele ka muusikas olulised sagedused saame muusika edastamiseks kõlaritega järgmise pildi: 

Alumine oluline piir on 20 Hz. Reaalses muusikas tuleb seda harva ette ja seal on alumine piir pigem 40 Hz, kuid võimsa kinoelamuse jaoks on parem kui madalaim tase on 20 Hz. Vahemikus 20 - 80 Hz ei suuda inimese kõrv reaalset helikvaliteeti kuigi hästi hinnata. Siin vahemikus on tähtis, et ta oleks olemas aga mingeid erilisi kvaliteedinäitajaid ei ole mõtet taga ajada. Selles vahemikus ei suuda inimene ka heli suunda eristada ja see lubabki ükskõik mitme kanali esitamisel ikka hakkama saada ühe subwooferiga. Hoolimata eeltoodust ei tohi selles vahemikus helitugevus väga ebaühtlane olla. Kõlaritest olulisem on siin kuulamisruumi resonantsid ja peegeldused ning kõlari asukoht ruumis.

Vahemik 80 - 9000 Hz on kvaliteedivahemik, eriti selle keskmine osa. Siin on tähtsad nii heli ühtlane esitus kui ma madal müratase nii harmooniliste, moonutuste, kui ka muu müranivoo osas. Selles vahemikus on vaja investeerida palju jäiga membraani ja kontrollitud harmoonilistega kõlaritesse, välja timmitud passiivsesse ja aktiivsesse elektroonikasse. Näitena maksab üks kõrgklassi induktiivpool, või kondensaator ostuhinnas rohkem kui mõni "testivõitja" kõlar kokku. 

Sagedusvahemik 9-16 kh on oluline ja annab muusikale tonaalsuse. Siin on kvaliteet jätkuvalt oluline, kuid valjuhääldajad on väiksed ja kulu ei pea olema suur. Sagedusvahemik 16 - 20 kHz võiks olla olemas, kuid siin ei häiri enam ka väike helitugevuse kõikumine või muud aspektid, mis nii-öelda kvaliteedivahemikus oleksid väga häirivad. Nagunii lõikab muusika voogedasaja selle info maha, tavaline bluetooth koodek lõikab ülejäänu ja töötlus muudab järgijäänud osa ebavajalikuks müraks;). Viimasel ajal tundub, et ka paljud stuudiod lõikavad selle osa muusikast juba ennetavalt välja ja isegi CD plaadilt tuleb seda sagedusvahemikku järjest harvem.

Kokkuvõttes on teil hea muusikaelamuse jaoks (sageduste osas) vaja

Subwooferit 20/40 - 80 Hz, valik on lai ja kvaliteet igati piisav. Adekvaatne valik algab hinnaga üle 600 EUR ja / või

Kõlaripaari 40/80 - 20 000 Hz, kus on puhta heliga kesk- ja kõrgsageduse valjuhääldajad, sirge helirõhu graafik olulises sagedusosas nii otse kui külgedele ja THD 1% või vähem. Adekvaatne valik algab hinnaskaalal üle 3000 EUR. (Kõrgklassis on kõlarite hinnad kümnetes tuhandetes ja päris tippklassi kõlarid maksavad sageli sadu tuhandeid eurosid.)