Armonici

[niculian]

Tot citind in acest forum despre armonici si neintelegand suficient de bine importanta lor, am cautat sa ma documentez.

Am gasit intr-o revista de specialitate un articol interesant pe care l-am tradus si il public mai jos. Nu sunt muzician, posibil sa fi facut erori in exprimare care pot fi corectate. Plecand de la aceasta introducere,  useri cu experienta, in functie de timpul si disponibilitatea fiecaruia pot aprofunda si partaja cu noi alte informatii interesante despre armonici.

Sper sa fie de ajutor.

 

  Armonicile

 

  Toata lumea afirma ca un amplificator cu lampi are un sunet mai melodios si un timbru corect si echilibrat, caracteristici pe care le gasim mai rar la un amplificator cu tranzistori insa putini sunt cei care cunosc motivele. Pt a corecta aceasta carenta de informatii iata explicatia: amplificatoarele cu tuburi amplifica o frecventa generand armonici pare vis a vis de cele tranzistorizate care genereaza armonici impare.

  Acestea fiind spune, nu este obligatoriu ca toata lumea sa fi inteles care este diferenta intre o armonica para si una impara iar cea mai simpla solutie de a intelege diferenta este dand exemple.

  In figura de mai jos avem o claviatura pe care sau notat toate frecventele corespunzatoare notelor, subdivizate in octave. Daca pe aceasta claviatura apasam pe LA de la a treia octava, vom auzi un sunet la frecventa de 110Hz. Daca acesta frecventa va fi amplificata de un amplificator cu tuburi, vom obtine un infinit de frecvente suplimentare in  armonici pare, adica:

 

110Hz x 2 = 220Hz = LA

220Hz x 2 = 440Hz = LA

440Hz x 2 = 880Hz = LA

 

  Verificand aceste frecvente pe claviatura noastra, constam ca acestea corespund intotdeauna notei LA insa la octave superioare.

  Din contra , daca aceiasi nota LA va fi amplificata de un amplificator tranzistorizat, vom obtine un infinit de frecvente suplimentare in armonici impare, adica:

 

110 x 3 = 330Hz = MI

330 x 3 = 990Hz = SI

990 x 3 = 2970Hz = FA

 

  Verificand pe claviatura noastra, la ce note corespund aceste frecvente, observam ca 330Hz corespunde la un MI dezacordat, 990Hz corespunde unui SI dezacordat iar 2970Hz corespunde unui FA dezacordat.

  Nota LA emisa de un amplificator cu lampi, acompaniata de un alt LA cu o octava superioara, ne da un sunet agreabil, cald pentru ca este completat de  toate armonicile superioare ale notei LA.

  Nota LA amplificata de un amplificator tranzistorizat acompaniata de note diverse : MI-SI-FA dau un sunet mai putin armonios si mai putin agreabil.

  Putem lua exemple cu alte note si frecventele corespondente lor, pentru a reverifica fenomenul, multiplicand frecventele cu 2 si apoi cu 3 si a pune in evidenta armonicile pare care genereaza note identice la octave superioare cat si armonicile impare care genereaza note ce nu au nimic a face cu fundamentala.

  Pentru acest nou exemplu vom lua nota DO la frecventa de 261,6Hz. Armonicile pare generate de un amplificator cu tuburi:

 

 

261,6 x 2 = 523,2Hz = DO

523,2 x 2 = 1046,4Hz = DO

1046,4 x 2 = 2092,8Hz =DO

 

Armonicile impare ale aceleiasi note DO, generate de un amplificator tranzistorizat sunt:

 

261,6 x 3 = 784,8Hz = SOL dezacordat

784,8 x 3 = 2354,4Hz =RE dezacordat

2354,4 x 3 = 7063,2Hz = LA dezacordat

 

Cu aceste exemple in cifre putem sa intelegem mai usor de ce urechile noastre fac diferenta intre sunetul unui amplificator cu lampi si al unuia cu tranzistori.

 

 

[carageae]

E greu de decelat problemele specifice fiecarui tip de amplificator, problema, asa pe scurt, e ca amplificatoarele cu lampi au distorsiuni preponderent pe primele armonici, iar amplificatoarele cu tranzistoare tind sa aiba un spectru mai bogat de distorsiuni, in special in zona superioara, chiar daca sunt mai mici cantitativ...un amplificator pe lampi cu 2% distorsiuni armonice suna incomparabil mai bine cu unul pe tranzistoare la care avem 2% distorsiuni, de asemenea armonice (nu ma refer in nici un caz la cele de intermodulatie, acolo e deja alta discutie...)Orice sunet are armonici pare si impare, mai exact 16 la numar...de obicei armonicile pare tind sa sune bine tocmai pt. ca reprezinta octava sau octave multiple ale sunetului initial.Practic dublarea frecventei unui sunet genereaza o octava perfecta...pe principiul asta merg instrumentele muzicale electronice si tunerele pt. acordat diverse instrumente. Cvinta, urmatorul interval muzical ca importanta armonica e dat de un multiplu sau submultiplu de 1/3 din frecventa de baza...Articolul e interesant, dar pune prea extrem problema, teoretic asa este, dar nivelul armonicilor e prea mic ca sa se perceapa sunete de o inaltime sau alta. Distributia inegala a armonicilor unui sunet insa creeaza timbrul specific fiecarui instrument, orice alterare a acestui "evantai" de armonici duce la alterarea timbrului original. De aici problema ca armonicile superioare, care nu se aud asa tare, pt. ca sunt de mult mai mica intensitate...orice alterare a lor modifica timbrul, pe cand armonicile fundamentale sunt mult mai tolerante la usoare alterari.Mai multe puteti citi aici...e un material bine facut, chiar daca unele referiri la fizica undelor sunt cam stangace, ca orice text facut de muzicieni, dar din punct de vedere acustic cam asa stau lucrurile:http://www.ugsebastian.tripod.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/clasa09.pdf

Mai trebuie adaugat ca daca avem un generator sinusoidal pe o frecventa data si alte 16 generatoare pe frecventele armonicilor superioare, cu amplitudine reglabila, putem obtine practic orice sunet muzical...pe principiul acesta s-au bazat primele sintetizatoare electronice...alea care aveau o lada de bobine, condensatoare si alte cele...

[Vizitator]

Evident ca acest topic initiat  de Niculian ar trebui sa scuture anumite pareri eronate legate de THD si dogme mai ales ca este prezentat complet dezinteresat, mai mult chiar generos ,daca nu , nici o probema ,ASTA ESTE ! omul doar a incercat...

[Den]

Eu zic ca electronii din lampa sunt mai atenti cu noi decat cei inghesuiti prin tranzistor.Si probabil ca se comporta cam cum am vrea noi..Mai exista si fenomenul ala cu iluzia realitatii. In mod normal ar trebui sa primesc o prima pentru ca am tupeul sa declar asta.Sa vad cine se ofera

 -daca privim ceva per total devine ciudat.

Beleaua ca nici eu nu mai stiu cum sunt,imi aduc aminte ca valderama a cazut in capcana si a dat raspunsul gresit,dar nu mai gasesc pe unde de cand cu schimbarile pe forum.Si nici de asta nu mai sunt sigur..

 Cand o sa am timp o sa repet niste experimente,mai ales ca de putin timp am ceva mai evoluat.

Editat Iunie 11, 2014 de Den

[adrian_pic]

 

 

  Toata lumea afirma ca un amplificator cu lampi are un sunet mai melodios si un timbru corect si echilibrat, caracteristici pe care le gasim mai rar la un amplificator cu tranzistori + amplificatoarele cu tuburi amplifica o frecventa generand armonici pare vis a vis de cele tranzistorizate care genereaza armonici impare.

Eu zic ca este o afirmatie falsa. 

Nu poti pune in aceeasi oala PP pe tuburi cu SE pe tuburi. La PP armonicile impare sunt predominate. Autorul a cam amestecat unele lucruri. 

 

La SS THD-ul este foarte mic, deci armonicele pare si impare sunt foarte mici in raport cu fundamentala si s-ar putea sa nu le auzim  . Multi fac confuzie intre armonicele rezultate in urma aplicarii unui sinus pur la intrare  (aceste armonicitrebuie sa ->0) si capacitatea de a reda cat mai multe armonici (si mai nealterate) a unei note a unui instrument (ce contine fundamentala si n armonici) aplicate la intrarea unui amplificator. 

[gg101]

110Hz x 2 = 220Hz = LA

220Hz x 2 = 440Hz = LA

440Hz x 2 = 880Hz = LA

 

  Verificand aceste frecvente pe claviatura noastra, constam ca acestea corespund intotdeauna notei LA insa la octave superioare.

  Din contra , daca aceiasi nota LA va fi amplificata de un amplificator tranzistorizat, vom obtine un infinit de frecvente suplimentare in armonici impare, adica:

 

110 x 3 = 330Hz = MI

330 x 3 = 990Hz = SI

990 x 3 = 2970Hz = FA

Aritmetica de mai sus este corecta. Dar abordarea poate fi diferita . Subiectul s-a mai dezbatut,...si destul de aprig . Prima problema este ca  trebuie sa privim cu totii , amplificatorul AF ca fiind o aplicatie electronica dedicata sunetului indiferent de componentele cu care este construit.

In privinta documentatiei , va garantez ca exista . Dar din pacate nu este freeware (www.aes.org) . La AES exista lectori care au facut istorie in domeniul prelucrarii sunetului, a inregistrarii si a redarii . Unele documente costa sub 100 USD, altele pot fi mult mai mult . Este adevarat ca fiind vorba despre muzica, sunt amintite si regulile acesteia.

Un instrument muzical poate produce sunete intr-un interval de frecvente , denumit ambitus . Nu o sa specific vreun instrument anume dar o sa amintesc doar domeniul de frecvente AF : 20-20000Hz.

Prima nota din aceste spectru este nota Mi : 20.6 Hz . Daca consideram multiplii acestei frecvente pe o intindere de 10 octave (specific AF) vom obtine :

20.6 Octava 1

41.2 Octava 2

82.4 Octava 3

164.8 Octava 4

329.6 Octava 5

659.2 Octava 6

1318.4 Octava 7

2636.8 Octava 8

5273.6 Octava 9

10547.2 Octava 10

........

21094.4 Octava 11 in afara definitie spectrului AF

Aceste frecvente sunt specifice doar fundamentalei notei Mi in spectrul AF .

 

Ocium, aceste frecvente pot fi tratate din foarte multe puncte de vedere. Dar putem sa rezumam la ce ne intereseaza : fundamentala Mi de 20.6 Hz + un numar (x) de armonice .

Matematic si daca ar  exista un asemenea generator de energie , pt nota Mi cu fundamentala la 20.6 ar putea exista maxim 969 de armonice, utlima fiind la frecventa de 19982 Hz. (20000 MOD 20.6 = 18;20000-18=19982) Daca am efectua o suma  pt x=x+20.6 in intervalul {20.6...19982} ar rezulta (y=y+1) = 969 armonice. Urechea umana nu percepe armonice individuale (doar daca rejectam celelalte frecvente) , ci doar insumarea lor .

Pt ca in formarea unui timbru nu sunt suficiente numai numarul de armonice ci si amplitudinea si dispunerea in faza raportat la fundamentala , facem doua socoteli  pt a avea o "imagine" despre cum sunt (generic) distribuite .Apelam la niste socoteli simple pt a determina lungimea de unda(acustic) a fundamentalei si a ultimei armonice din AF

lambda=c/f, 343/20.6=16.65 m

343/19982= 0.0171 m

 

De obicei, pt recunoasterea unui timbru sunt necesare doar 8 armonice.

Exista instrumente, in special instrumentele de alame, care pot ajunge si la 40 de armonice. Dupa cum se poate observa, in cazul comparativ dintre flaut si vioara, diferenta este data de amplitudinea acestor 8 armonice .

Aceste frecvente pot fi redate de orice amplificator, indiferent cu ce este construit . Problema apare cand vine vorba de "micro detalii" care apartin sursei de sunet . In poza de mai sus au fost monitorizate doar rezonantele instrumentelor. Nu au fost captate zgomote de suflu ,zgomot al arcusului sau alte sunete de "nuanta" care pot fi produse chiar de mana interpretului. In studiori se folosesc tehnice de captare destul de sofisticate pt ca traductorul de captare (microfon) nu are un randament foarte bun. Pt aceste cazuri numarul de 8 armonice devine insuficient .

Din punctul meu de vedere urmeaza problema cea mai spinoasa : cum facem ca aceste armonice , care din punct de vedere electric reprezinta niste anomalii , sa nu fie "taiate" din dorinta de a face ca amplificatorul nostru sa fie cat mai liniar ??? Chiar intr-un topic recent a fost descris succesul lui Popa Marius care a reusit un amplificator cu distorsiuni mai mici de 1% . In acest caz se pune intrebarea daca aceste armonice "mai supravietuisc" avand in vedere aportul reactiilor locale sau globale . In prezenta acestor reactii, semnalul electric venit dinspre sursa , este puternic afectat de reactia amplificarilor urmatoare din montaj.

Ooooopppsss...am dat un "preview message" si imi dau seama ca am scris cam mult ...sper sa nu fie inutil.

Dar mai bine mai pun un link cu un docuement scris de Russell Hamm care este relevant din punct de vedere al tratarii distorsiunilor  : neliniaritati ale sistemului sau armonicele semnalului sursa ??? precum si a diferentei dintre semiconductori si tub.

Parerea mea este ca documentul trebuie citit cu mare atentie http://www.dwfearn.com/tubes_vs_transistors.html

Un alt link util care merita vizionat "da capo al fine" despre fizica intrumentelor muzicale . Eu l-am pus de la minutul care mi s-a parut mai interesant

http://www.youtube.com/watch?v=-D9UlPcJSRM#t=40m

Editat Iunie 11, 2014 de gg101

[adigh]

 

Exista instrumente, in special instrumentele de alame, care pot ajunge si la 40 de armonice..... Problema apare cand vine vorba de "micro detalii" care apartin sursei de sunet ........Din punctul meu de vedere urmeaza problema cea mai spinoasa : cum facem ca aceste armonice , care din punct de vedere electric reprezinta niste anomalii , sa nu fie "taiate" din dorinta de a face ca amplificatorul nostru sa fie cat mai liniar ??? Chiar intr-un topic recent a fost descris succesul lui Popa Marius care a reusit un amplificator cu distorsiuni mai mici de 1% . In acest caz se pune intrebarea daca aceste armonice "mai supravietuisc"

 

1.- Un amplificator liniar nu "taie" armonicile. Din contra, cu cit e mai liniar le reda mai corect.2.- Nu exista pericolul ca intr-un amplificator cu distorsiuni mici, armonicile date de instrument sa nu "supravietuiasca".

3.- Armonicile date de un instrument muzical nu sunt anomalii electrice.

[gg101]

1.- Un amplificator liniar nu "taie" armonicile. Din contra, cu cit e mai liniar le reda mai corect.2.- Nu exista pericolul ca intr-un amplificator cu distorsiuni mici, armonicile date de instrument sa nu "supravietuiasca".

3.- Armonicile date de un instrument muzical nu sunt anomalii electrice.

Incearca un test cu semnal "dinte de fierastrau" negat format din 20 de armonice (cu frontul in stanga) .

 

Sau mai bine sa intreb , cum o fi mai bine ??? Daca consideram un THD de 1%, care distributie a armonicelor ar fi mai indicata : prin 1-2 armonice sau prin 7-8 sau chiar mai multe  ??? 

Editat Iunie 11, 2014 de gg101

[adigh]

 

 Problema apare cand vine vorba de "micro detalii" care apartin sursei de sunet ........Din punctul meu de vedere urmeaza problema cea mai spinoasa : cum facem ca aceste armonice , care din punct de vedere electric reprezinta niste anomalii , sa nu fie "taiate" din dorinta de a face ca amplificatorul nostru sa fie cat mai liniar ??? Chiar intr-un topic recent a fost descris succesul lui Popa Marius care a reusit un amplificator cu distorsiuni mai mici de 1% . In acest caz se pune intrebarea daca aceste armonice "mai supravietuisc"

 

Pentru ca un amplificator sa redea cit mai bine armonicile unui instrument nu e nevoie ca acel amplificator sa distorsioneze. Convingerea ta ca un amplificator ce genereaza distorsiuni mici, sub 1% sa zicem, nu e capabil sa redea corect armonicile instrumentului muzical, e gresita. Se confunda, din nou, armonicile instrumentului cu distorsiunile generate in amplificator. Armonicile instrumentului nu pot fi considerate distorsiuni.

De fapt cu cit amplificatorul distorsioneaza mai putin cu atit vor fi redate mai bine armonicile instrumentului.

 

E complet gresit sa te ingrijorezi ca intr-un amplificator liniar si cu distorsiuni mici, armonicile instrumentului muzical nu "supravietuiesc".

Un amplificator cu distorsiuni mici inseamna ca el nu baga multe distorsiuni in plus, nicidecum ca reduce armonicile instrumentului muzical.

Editat Iunie 12, 2014 de adigh

[gg101]

Convingerea ta ca un amplificator ce genereaza distorsiuni mici, sub 1% sa zicem, nu e capabil sa redea corect armonicile instrumentului muzical, e gresita.

Dar unde am scris eu ca amplificatorul trebuie sa fie neliniar si sa aiba distorsiuni gramada, ca sa poata reda armonicele din semnal ??? Eu intreb cum se fac diferentele dintre armonicele provenite  din neliniaritatea sistemului si cele din semnalul audio ??? Armonice sunt toate.

Poate nu ai citit ce am scris mai sus dar am intrebat cum o fi mai bine ...sau mai liniar ???

Consideram un sistem cu THD 1%, este mai bine ca acesta sa disipe pierderile provenite din distorsiuni prin 1,2 armonice sau prin 8 sau mai multe armonice ???????

Editat Iunie 12, 2014 de gg101

[THOMAS]

Acum,pe drept se naste urmatoarea intrebare:

  ce naiba cautam la tuburile electronice cand pentru a obtine o putere lesinata de 6W...8W cu un THD <1% si asta cu un consum de energie fantastic,tensiuni inalte,transformatoare speciale,surse multiple componente de inalta calitate,traductoare de sunet (difuzoare) cu un SPL>90dB,cand putem extrem de usor sa construim amplificatoare cu TDA2030 la puteri de 15W cu THD=0.5% sau mai mici, cu un randament energetic excelent,sau cu superbul si clasicul TDA7294 la o putere de 100W si care are la 50W THD<0.1% ???

***********************************************************************************************************************************************************************************************************

 

Cititi ce zice aici despre transformata Fourier si la ce folseste,bineinteles daca aveti incredere in spusele de acolo(!?) http://ro.wikipedia.org/wiki/Transformata_Fourier#

 

Si DA: nu trebuie sa facem confuzie intre armonicile unui instrument muzical,sau unor anumite sunete din natura, armonici care le definesc timbrul si dupa care noi le recunostem si armonicile dintr-o analiza Fourier care este:"transformarea Fourier poate fi gândită ca o funcție care măsoară cât de mult este prezentă în funcție fiecare frecvență individuală și putem recombina aceste unde folosind o integrală pentru a reproduce funcția originală..."

  Pana la urma sunt de felicitat/apreciat cei ce realizeaza ceva practic si nu-si fac probleme teoretice de acest gen,ei construiesc si sunt multumiti de realizarile lor...

Editat Iunie 12, 2014 de LMOlimpiu

[adigh]

Dar unde am scris eu ca amplificatorul trebuie sa fie neliniar si sa aiba distorsiuni gramada, ca sa poata reda armonicele din semnal ???

Uita-te in citatul ce l-am dat. Acolo ai scris. Te ingrijorai ca intr-un amplificator prea liniar si cu distorsiuni prea mici, armonicile instrumentului muzical nu ar putea "supravietui".

 

Si cu asta am incheiat cu problema asta inainte sa o iei razna din nou. Ti-am spus ce am avut de spus.

[gg101]

Uita-te in citatul ce l-am dat. Acolo ai scris. Te ingrijorai ca intr-un amplificator prea liniar si cu distorsiuni prea mici, armonicile instrumentului muzical nu ar putea "supravietui".

 

Pai ar trebuie sa citesti tot ca sa si intelegi la ce ma refer . Mai repet odata si te rog sa raspunzi pt ca manifesti atitudine ofensatoare. Eu nu cunosc frustrarile si neimplinirile tale din viata de zi cu zi, dar lasa-le acasa si nu le mai afisa in forum. Nu esti tu in masura sa apreciezi si sa judeci pe unul sau altul. Raspunde la obiect daca ai ceva de spus.

Eu intreb cum se fac diferentele dintre armonicele provenite  din neliniaritatea sistemului si cele din semnalul audio ??? Armonice sunt toate.

Cum o fi mai bine ...sau mai liniar ??? Consideram un sistem cu THD 1%, este mai bine ca acesta sa disipe pierderile provenite din distorsiuni prin 1,2 armonice sau prin 8 sau mai multe armonice ???????

Editat Iunie 12, 2014 de gg101

[adigh]

Acum,pe drept se naste urmatoarea intrebare:

  ce naiba cautam la tuburile electronice ..........???

 

- Nu toata lumea se innebuneste dupa sunetul cald. Multi prefera amplificatoarele SS. Daca surplusul de armonici pare e secretul, se pot face cu usurinta etaje ce pot baga distorsiuni pare, etaje ce se pot plasa la intrarea unui amplificator cu siliciu. Nici macar nu trebuie sa fie cu tub acel etaj, e suficient un tranzistor ce lucreaza in clasa A, facut cum trebuie. Chiar si asa, cu toate distorsiunile pare in plus, tot nu va suna ca un amplificator pe tuburi. Un alt foarte important parametru al amplificatoarelor cu tuburi, ce-l diferentiaza de amplifurile SS, e damping factorul.

 

- Faptul ca sunetul e mai neobositor la anumite amplificatoare, pentru multi nu are nici-o importanta. E mai important pentru ei sa aiba un sunet clar, precis si exact. Sa se auda exact ca in sala de concert. Daca in sala de concert obosesti dupa un anumit numar de ore, foarte bine, atunci sa obosesti si ascultind acasa. Unii se concentreaza la muzica iar altii se concentreaza la altceva, muzica fiind ceva auxiliar, un oarecare fond sonor.

Atunci cind te concentrezi, la muzica sau la orice altceva, e inevitabila oboseala. Concentrarea produce oboseala.

Editat Iunie 12, 2014 de adigh

[gg101]

Daca surplusul de armonici pare e secretul,

 

Nu trebuie vreun surplus,nu trebuiesc armonice in plus . Trebuie sa existe doar armonicele din semnal sursa .Si pt ca esti expert si in spectrul de frecventa repet aceeasi intrebare :

Cum se fac diferentele dintre armonicele provenite  din neliniaritatea sistemului si cele din semnalul audio ??? Pt ca armonice sunt toate.

Cum o fi mai bine ...sau mai liniar ??? Consideram un sistem cu THD 1%, este mai bine ca acesta sa disipe pierderile provenite din distorsiuni prin 1,2 armonice sau prin 8 sau mai multe armonice ???????

Editat Iunie 12, 2014 de gg101