Hvorfor er den høyeste frekvensen på et piano 4186 Hertz?

Ingen kan høre grunnleggende musikalske tonehøyder opp til hvor som helst nær 20.000 Hz, ikke engang nyfødte babyer med perfekte ører. Det øvre området for menneskelig hørsel er bare nyttig for å høre overtoner og overtoner som i utgangspunktet er «følte» i stedet for «hørt».

Det er en få toner over rekkevidden til pianoet som kan høres, men de er ikke musikalsk nyttige. En veldig dyktig fiolinist kan produsere disse ved hjelp av harmonics . Du kan produsere disse tonene med noen analoge elektroniske synthesizere, men ikke med et akustisk instrument. Hvis du prøver dette selv, vil det dukke opp at du aldri har hørt disse tonene brukt i noen faktisk musikk fordi de ikke er musikalsk nyttige og fordi få mennesker kan høre dem, og de som kan finne dem ubehagelige å lytte til.

Neil, pianodesign til side, det er en grunnleggende misforståelse i din avhør. Du leste i en bok et sted at omfanget av menneskelig hørsel går opp til 20.000 Hz. Vel, så hva? Det er bare en teoretisk konstruksjon. Ulike individer har forskjellige hørselsområder. De fleste mennesker kan høre tonehøyde midt i det teoretiske området for menneskelig hørsel mer eller mindre det samme, men det er en enorm variasjon blant mennesker i hvordan de hører tonehøyder i den ekstreme lave eller høye enden. For nesten alle mennesker reduseres hørselsområdet med alderen. Menn som en gruppe mister høykvalitets hørsel tidligere i alderen enn kvinner. Jeg er en mann som alltid har blitt ansett som utmerket hørsel, men i en alder av 34 oppdaget jeg i et innspillingsstudio at jeg ikke lenger kunne oppfatte en høy sinusbølge ved 11 000 Hz, mens yngre kvinner i studio kunne høre den tonehøyde (og klappet hendene over ørene av smerte).

Videre er frekvensresponsen til det menneskelige øret slett ikke lineær. Den følger ikke engang en matematisk beskrivelse av kurven, fordi menneskelig hørsel igjen ikke er basert på matematiske lover; den er basert på fysiologien til det menneskelige øret og hjernen. Lydstyrken som mennesker oppfatter ekstremt høye tonehøyder dempes kraftig på.

En uttalelse som «det menneskelige hørselsområdet stiger opp til 20 000 Hz» er som å si «rekkevidden til menneskelig høyde går opp til 7 fot 2 -tommer (218cm). » Masseproduserer klesindustrien bare klær som passer til mennesker som er 7 fot 2? Nei, de lager klær som gjennomsnittlige mennesker kan ha på seg. På den måten selger de mer klær.

Kommentarer

• Selv om det hele er variabelt – fikk jeg nylig sjekket ut hørselen min (da jeg var bekymret for hvilken skade Jeg gjorde på scenen) og fant ut at jeg fortsatt har god respons over 20 kHz i begge ører. Min venstre faktisk over 21 kHz. Riktignok som barn var frekvensområdet mitt ganske mye høyere, men det viser at litt omsorg og fornuftig bruk av ørepropper kan hjelpe.
• Det gjør ikke ‘ faktisk ikke viser det. Støyindusert hørselstap (NIHL) har en tendens til å passe til Fletcher-Munson, så uten din pleie og omhyggelig bruk av ørepropper begynner du ‘ å miste et sted rundt 4k først. De fleste mister sin veldig høye ende på grunn av alder, snarere enn NIHL. (Kanskje mer relevant, selv om du kan høre flere halvtoner over 17 kHz, kan du ‘ ikke skille dem ut som individuelle notater.)
• Det er ikke ‘ en spesiell type hørsel for grunnleggende, en annen for harmoniske.

Den høyeste grunnleggende tonehøyde på pianoet er slik at den er, og ikke høyere, fordi det ikke er mulig å bygge flere strengere med høyere tone i pianoets harpe. Det er ned til grensene for maskinteknikk og egenskapene til stålstrenger: strenglengde, strekkfasthet, spenning. Hva får deg til å tenke at det er mulig å bygge et akustisk slagverkinstrument som kan spille tonehøyder opp til grensene for menneskelig hørsel? Det ville trosse metallurgiens og fysikkens lover.

Vennligst referer til dette spørsmålet: Hvorfor pianotaster ikke er heltallfaktorer for oktavnoter?

Musikkinstrumenter er bygget ut fra det som er praktisk og mulig å konstruere i den virkelige verden, ikke basert på teoretisk matematikk.

Kommentarer

• Jeg ønsker ikke å motvirke dette, men vi får mange spørsmål her fra begynnende musikere som har bakgrunn innen vitenskap eller ingeniørfag og sier » Fysikkens lover sier dette , men måten musikkinstrumenter er laget på er det . Hvorfor er de forskjellige?» Det åpenbare svaret er at musikkinstrumenter er slik de er på grunn av århundrer med praktisk erfaring fra millioner av musikere. Teoretisk fysikk eller matematikk er stort sett irrelevant for musikkinstrumenter, eller musikkopptreden og praksis.
• Å være vitenskapsmann og musiker er jeg helt uenig i denne uttalelsen. De fleste ting som skjer i musikkinstrumenter er veldig godt forankret (om enn for det meste empirisk) i vitenskapelige lover og prinsipper og teoretisk fysikk og matematikk er veldig relevante. Jeg ‘ prøver ikke å være kontroversiell, men dette ville være en morsom diskusjon å ha !!
• Ja, de fleste ting som skjer i musikkinstrumenter er virkelig jordet i vitenskapelige lover, men poenget mitt er at disse instrumentene utviklet seg gjennom århundrer av musikere og byggere som hadde liten eller ingen kunnskap om eller hensyn til noen vitenskapelige lover. Instrumentene utviklet seg først gjennom århundrer med prøving og feiling og håndverk, og mye senere studerte forskere instrumentene og avledet vitenskapelige lover fra dem. IKKE omvendt. Du forstår at » teorien følger praksis. » Stradivari har aldri hørt om fysikk. Helmholz avledet noen vitenskapelige prinsipper etter at han studerte noen gamle fioler.
• Vel, jeg svingte på et vitenskapelig svar nedenfor. Jeg er helt enig i at instrumenter utviklet seg ved prøving og feiling og ikke med fysikk. Imidlertid var fysikkens lover deres første og er grunnlaget for » rettssaken & feil » selv om byggherrene ikke ‘ ikke var klar over dem. Nå som vi kjenner disse lovene, kan vi forstå dette mye bedre å kutte ut noen få hundre år ut av prosessen 🙂

En faktor som ikke dekkes av de andre svarene er den fysiske bredden på pianotastaturet.

Størrelsen på en nøkkel er optimalisert for den typiske menneskelige hånden; la oss anta at det ikke kan endres.

Pianoer må passe inn i folks hjem, klasserom, teatre, steder for tilbedelse. Ekstra bredde må bevise sin verdi.

Den dypeste tonen og den høyeste tonen skal kunne nås av en spiller som sitter i midten.

Jeg mistenker at markedskreftene ville ha formet utvalget av keyboardinstrumenter. Kanskje en instrumentprodusent en gang produserte et utvidet område piano. Han solgte sannsynligvis ikke så mange, og følgelig fanget den ikke.

Det er et marked for tastaturer med redusert rekkevidde – av hensyn til pris og størrelse. Men nok folk er villige til å betale for og gi plass til 88 nøkler for at de fortsatt er normen.

Bösendorfer lager to flygeler med utvidet rekkevidde (92 og 97 nøkler), men de selger tydeligvis ikke godt nok til at konkurrentene strømmer for å imitere dem.

Jeg tror Joshs kommentar har den rette ideen. Siden musikalske toner består av mange delvise toner, når du nærmer deg de høyeste få oktavene under 20 000 Hz, faller de øvre delene av tonene av toppen; og tonene mister karakteren . Notatene mangler rikdom og koherens .

Vær oppmerksom på at 5.000Hz bare er 2 oktaver under 20.000Hz. Så den tredje delvise og over har gått over terskelen og er uhørbare.

Jeg mistenker at hvetes svar om rammene og strengene er sannsynligvis grunnen til at pianoer stopper der de gjør (de fysiske materialene dikterte en stoppested). Svaret mitt forklarer hvorfor ingen fant dette som et problem (ingen ekstra oktav av tinkerbells var ønsket nok til å bli populær). Du (» Joe Western Culture «) trenger ikke» t trenger notater noe høyere.

Inspirert av hvete, her er noen anekdotiske bevis:

Nå har jeg sannsynligvis vurdert hyperakute til plasser. Selv i dette tilsynelatende ganske rom, kan jeg høre TV-skjermen skriker, den bærbare datamaskinens teensy little squeek, and a 60cycle hum from the bathroom and kjøleskap (og biler og fugler utenfor). Men jeg har fått en fetter som » Det er mye dårligere. Han kan ikke gå inn i visse butikker på grunn av deres skrikende dørklokkesystemer. Da han påpekte det og gikk tilbake utenfor, ble jeg oppmerksom på lyden han beskrev, men jeg kunne i stor grad filtrere den ut av min oppmerksomhet. Jeg mistenker at fetteren min kan ha kunstig økt følsomheten hans ved å jobbe med å gjenopprette gamle radioer, som jeg har prøvd å lese sammen med vårens ritual.

Kommentarer

• Den første setningen er morsom hvis du vet at jeg heter også Josh. 🙂

Det ofte siterte området 20Hz-20Khz betyr ikke at folk kan oppfatter tonehøyder i området 20Hz-20KHz, men ikke 19Hz eller 20,1KHz.Snarere er det en rekke frekvenser folk kan oppfatte som tonehøyder, med menneskers evne til å oppfatte ting som tonehøyder som faller av nær endene av det området. Utover det er det en rekke frekvenser som folk ikke kan høre som plasser i og av seg selv, men som vil endre folks oppfatning av hvordan andre frekvenser høres ut. Det er det sistnevnte området som strekker seg fra 20Hz-20Khz; som med førstnevnte, faller oppfatningen av nær slutten av området (å legge til et 10 KHz-signal til et 2 KHz-signal vil få det til å høres annerledes ut. Å legge til et 15 KHz-signal kan gjøre det samme med et 3 KHz-signal, men 15 KHz-signalet må kanskje være høyere for å oppnå samme effekt).

Rørorganer har ofte noen rør som spiller tonehøyder høyere enn de høyeste tastene på et piano, men slike rør produserer isolert sett en irriterende lyd uten en virkelig merkbar tonehøyde. Å spille slike rør i kombinasjon med rør som noen oktaver nedover, vil imidlertid gi en «lysere» lyd enn om de øvre rørene ble utelatt. Organisten trenger ikke å gjøre noe ekstra arbeid for å spille pipene utover å «slå dem på». Når de er aktivert, vil alt organisten spiller bli gjenlyd noen oktaver oppe på de mindre rørene.

Hvis et piano skulle inneholde en ekstra oktav øverst, og å spille tonene i den oktaven i kombinasjon med notene en oktav eller to ned kunne antagelig gi en behagelig glans til den produserte lyden. Dessverre ville det å spille alt i doblede oktaver begrense hva annet pianist kunne gjøre. Reed-organer, i tillegg til at de hadde to sett siv med en oktav fra hverandre som kunne aktiveres eller deaktiveres individuelt, og ofte hadde en oktavkobler som automatisk ville betjene tastene en oktav over de spilleren var aktivert. å trykke. Jeg er ikke klar over at noen pianoer noensinne har tatt med slike mekanismer.

En annen åpenbar faktor for ikke å ha det mange skalaer i et piano ville selvfølgelig være de praktiske aspektene ved kostnad og plass.

Spesielt når det gjelder plass, betyr ikke innsatsen som kreves for å nå slike høye taster i forhold til lydbidraget til mest musikk, ikke rettferdiggjøre kostnadene eller plassen okkupert av instrumentet.

Ikke alle instrumenter er egnet for å høre høye frekvenser. For høye frekvenser, i forhold til høreområdet, vil fioler for eksempel ha en preferanse.

Høye frekvenser kommer ut av et piano, sannsynligvis nær hørselsgrenser, men de gjør det som harmoniske, vil si .

Fra min erfaring som lydtekniker kan jeg fortelle deg at høyere frekvenser er forvrengt av plassen du er i. Det er umulig å opprettholde de vanlige forholdene som brukes i musikk (Bare tuning «s 1: 2: 3: 4: 5: 6) fordi høyfrekvent lyd forårsaker for mye interferens med sine egne refleksjoner. Som et resultat høyfrekvent støy brukes ikke til musikk, men det forteller deg hva slags rom du er i. Dette er også grunnen til at flaggermus bruker høyere tonehøyder for å navigere, i stedet for lavere.

Noen av mine venner på sound crew og jeg fant ut av dette når jeg prøvde å høre forskjellen mellom samplingsfrekvenser for cd-kvalitet (44100 Hz) og de samme filene til lavere samplingsfrekvenser (vanligvis 11025 Hz). Med de fleste opptakene kunne vi pålitelig velge hvilken som var, og måten vi gjorde det på var å prøve å høre hva slags plass innspillingen ble gjort i. Ved lavere samplingsfrekvenser var informasjonen ikke der.

Fordi det høres skingrende ut og generelt forferdelig, vil frekvensene også begynne å samle seg mer og føre til at den faktiske tonen som spilles forsvinner, det er bare fra et frekvensbasert syn, som vitenskap, er hvorfor jeg egentlig sier det. Fra et musikalsk synspunkt ville de sjelden brukes. Hvis du ønsket flere taster, kan du stille tonene til halv- eller kvarttoner og ha et massivt tastatur.