A felharmonikusok fizikája és
pszichoakusztikája
pszichoakusztikája
Részletes tanulmány az emberi hallás és a zenei akusztika kapcsolatáról
1. Bevezetés: Mik azok a felharmonikusok?
Amikor egy természetes hangforrás (például egy hangszer húrja, egy síp levegőoszlopa vagy az emberi hangszál) megszólal, szinte sosem egyetlen tiszta frekvenciát bocsát ki. A megszólaló hang egy összetett rezgés eredménye. A legalacsonyabb frekvenciájú komponenst alaphangnak (vagy első harmonikusnak) nevezzük, ez határozza meg a hang észlelt magasságát. Az alaphang mellett azzal egy időben megszólalnak az alaphang egész számú többszörösei is: ezek a felharmonikusok (vagy felhangok).
Például, ha egy zongorán megütjük a 100 Hz-es alaphangot, a húr mechanikai tulajdonságai miatt
automatikusan létrejön a 200 Hz (2. harmonikus), 300 Hz (3. harmonikus), 400 Hz (4. harmonikus), 500 Hz (5. harmonikus) és így tovább, elméletileg a végtelenségig, gyakorlatilag a rendszer csillapításáig.
2. A felhangok fizikai korlátai és elnyelődése
A kérdésre, hogy a magas sorszámú (pl. 4., 5. vagy a feletti) harmonikusok miért nem hallhatók mindig tiszta különálló hangként, a fizika és a mechanika adja meg az első választ:
• Energiaveszteség és amplitúdó-csökkenés: A fizikai testek rezgési energiája nem oszlik el
egyenletesen. Minél magasabb egy részhang sorszáma, a rezgési módus fenntartásához annál nagyobb belső szerkezeti feszültségre és energiára lenne szükség. A hangszerek anyaga (fa, fém, húr) belső súrlódás és légellenállás miatt a magasabb frekvenciájú rezgéseket sokkal gyorsabban felemészti (elnyeli). Emiatt a magas felhangok eleve jóval halkabban (kisebb amplitúdóval) hagyják el a hangszert, mint az
alaphang.
• Akusztikai környezet: A falak, bútorok és maga a levegő is frekvenciafüggő módon nyeli el a hangot. A magas frekvenciájú hangok terjedés közben sokkal gyorsabban veszítenek az energiájukból a levegő molekuláris súrlódása miatt, mint a mély hangok.
3. Pszichoakusztikai jelenségek: Miért 'tűnnek el' a fülünkben?
Még ha a hangszer ki is bocsátja a magas felhangokat, az emberi hallórendszer (a fül és az agy) korlátai miatt gyakran képtelenek vagyunk azokat különálló entitásként azonosítani.
• Frekvencia-elfedés (Auditory Masking): Ez a pszichoakusztika egyik legfontosabb törvénye. Ha két hang frekvenciája közel van egymáshoz, a hangosabb hang 'elfedi' (hallhatatlanná teszi) a halkabbat. Mivel a zenei hangok esetében az alaphang és az első felhangok hordozzák az energia több mint 80-90%-át, ezek a domináns frekvenciák szó szerint elnyomják a mellettük lévő halk, magas sorszámú társaikat.
• A cochlea kritikus sávjai: A belső fülben található csiga (cochlea) baziláris membránja végzi a frekvencia-analízist. A membrán különböző pontjai más-más frekvenciára rezonálnak. Ha két frekvencia túl közel esik egymáshoz, ugyanazt az idegi receptorzónát (kritikus sávot) stimulálják. Mivel a felharmonikusok frekvenciatávolsága fix (pl. 100 Hz-enként követik egymást), a magasabb
tartományokban (pl. 400 Hz és 500 Hz között, vagy pláne 1000 Hz és 1100 Hz között) a fülünk
felbontóképessége már nem elég ahhoz, hogy külön sávként érzékelje őket. Az idegrendszer
összeolvasztja a jelet.
4. A hangszín (Timbre) és a Gestalt-elv
Bár a magas felhangokat külön-külön nem halljuk füttyként, jelenlétük mégis kritikus. Az emberi agy a Gestalt-pszichológia elvei szerint működik: a beérkező részleteket egyetlen egésszé gyúrja össze. A magas harmonikusok relatív aránya határozza meg a hangszínt. Ha egy hangból elektronikusan kiszűrnénk a 4. sorszám feletti felhangokat, a hang unalmassá, 'szinuszossá' vagy tompává válna. A hegedű éles, fényes, néha karcos hangját pont az adja, hogy a mechanikai felépítése miatt a magas (akár 10-15. sorszámú) felharmonikusai is viszonylag erősek maradnak. Ezzel szemben a klarinét akusztikailag úgy viselkedik, mint egy egyik végén zárt cső, így szinte csak a páratlan sorszámú
harmonikusokat (1., 3., 5.) erősíti fel, amitől üreges, meleg hangzást kap.
5. Hogyan tehetők mégis hallhatóvá?
A mindennapi hallás során 'elnyelt' magas felhangokat bizonyos módszerekkel izolálni lehet:
• Felhangéneklés (Torokéneklés): Egy különleges énektechnika, ahol az előadó a szájüreg, a nyelv és az ajkak precíz formálásával felerősíti a saját hangszálai által kibocsátott egyik magas (pl. 5., 6. vagy 7.) felhangot, miközben az alaphangot folyamatosan szólaltatja meg. Ilyenkor a fülünk egyértelműen két külön hangot hall: egy mély dörmögést és egy felette lévő éles füttyöt.
• Stúdiótechnika (Exciter és Saturator): A modern zenei produkcióban használt 'Harmonic Exciter'
áramkörök vagy szoftverek célzottan torzítják a jelet, ezáltal új, magas sorszámú felharmonikusokat generálnak, vagy a meglévő halkakat felerősítik. Ez adja meg a popzenékben hallható énekhangok 'levegős', kristálytiszta és prémium érzetét.
...és sorolhatnám tovább...persze ha valaki,továbbra is szivesen vásárol a discogson,vagy lemezbőrzén,aranyárban "látszólag" jó állapotban lévő,elsőkiadásos lemezt,aztán kiderül odahaza,"hát igen,ez egy picit serceg,a rumble/lemezzaj egy picit magasabb,mint mondjuk egy Analogue Production,vagy MoFi/MFSL stb mai jó kiadványon",szive és lelke legyen rajta 
