Sóng Sin (Sine wave)

Dạng cụ thể của áp lực sóng tạo nên một âm thanh, phải được rõ ràng, phải xác định rõ loại dao động nào tạo ra chúng. Đối với thí dụ cơ bản nhất về vật lý, có thể, những âm thanh của một âm thoa, được dùng trong nhiều thế kỷ trước đây trên các công cụ điều chỉnh cao độ của nhạc cụ cho thích hợp, được tạo ra bởi loại dao động cơ bản nhất, được gọi là chuyển động họa âm đơn giản (simple harmonic motion).

Một con lắc đong đưa qua lại và một quả cân nhấp nhô lên xuống, khi ở cuối chu kỳ sẽ chậm lại, là thí dụ để quan sát loại chuyển động này dễ dàng hơn. Hãy nhớ rằng con lắc được xử dụng trong đồng hồ cổ hồi xưa khi gần hết năng lượng vẫn không đổi thời gian lắc. (Nói cách khác, nó vẫn duy trì tần số đặc trưng của mình bất kể biên độ của nó ra sao).

Âm thoa, tất nhiên, di chuyển vào ra nhanh chóng đủ để tạo ra sóng âm thanh nghe rõ, nhưng có rất nhiều loại dao động tương tự. Khi vỗ nó, các nhánh của nó phản ứng bằng cách rung với dao động đơn giản, áp không khí chung quanh dao động y như nó. (Nốt nhạc La (A) 440Hz là tần số thông dụng nhất, mặc dù họ vẫn còn sản xuất một số loại tần số tương ứng với nốt nhạc khác nhau, không phải ai cũng chuyển sang dùng chuyển sang dùng bộ điều hưởng điện tử) (electronic tuners)

Cách trình bày loại chuyển động bằng đồ thị từ những rung động của một âm thoa có thể hình dung bằng cách gắn cây bút vào một trong các ngạnh như minh họa trong hình 2.7.

Một miếng giấy di chuyển ở tốc độ bình thường với cây bút chạm vào giấy nhẹ nhàng, dao động của âm thoa sẽ hiện ra.

Hình 2.7 : (A) Âm thoa tạo ra các dạng sóng cơ bản được gọi là sóng sin, tất cả các sóng âm thanh đều được tạo thành như vậy, không có ngoại lệ. (Tỷ lệ hình này đã được phóng đại để minh họa.) Khi dùng thuật ngữ tần số và bước sóng, họ đã tham khảo sóng sin tạo thành âm thanh như thế nào.
(B) Chế độ rung của một dây đàn đơn giản. Nhiều nhạc sĩ và soundman không có kỹ thuật cao , đã rất khó khăn để hiểu rằng những việc này xảy ra đồng thời, mỗi rung động có dạng thức chuyển động sóng sin tại tần số riêng của nó. (Thuật ngữ họa âm (harmonic), về bản chất, có nghĩa là tần số của nó là bội số nguyên của tần số gốc).

(Thuật ngữ harmonic. theo âm nhạc gọi là hài âm, nhưng trong âm thanh phải gọi là họa âm mới chính xác, cũng như harmonic frequency là họa tần – ND)

Căn nguyên của dạng sóng, thể hiện chuyển động của họa âm đơn giản theo cùng một lịch trình, sẽ là một dạng sóng sine. Đây là loại sóng cơ bản nhất để tạo thành tất cả các sóng âm thanh, không có ngoại lệ. Thực ra, do định luật chuyển động cơ bản của vật lý và phân tử, mỗi loại dạng sóng, có thể bị toán học, âm học và điện tử chia nhỏ chính nó thành các thành phần sóng sine. Khi dùng các thuật ngữ tần số (frequency) và bước sóng (wavelength), người ta thường giả định để chỉ một thành phần sóng sinetrong âm thanh. Như sẽ thấy, khả năng trích xuất các thành phần sóng sine liên quan đến một âm thanh và cũng có tầm quan trọng đến thính giác của chính con người. Trước khi đi vào các dạng sóng phức tạp, chương này sẽ giới thiệu thêm một số khái niệm cơ bản.