Harmoninen särö

Jaksolliset äänet voidaan purkaa esim. Fourier-analyysilla perustaajuudeksi sekä n.s harmoniseksi yläsävelsarjaksi, jossa jokaisen harmonisen taajuus saadaan kertomalla perustaajuus harmonisen järjestysluvulla (siis esim 1. kHz:n 5. harmoninen on taajuudeltaan 5 kHz).

Äänen säröytyminen, harmoninen särö:

Jos ääni johdetaan laitteeseen, joka ei toista sitä täsmälleen alkuperäisessä muodossa, ääni säröytyy. Ylensä särö syntyy, kun vahvistinkomponentin siirtofunktio (siis sellainen käyrä, jonka suhteen sisääntuleva signaali peilautuu lähtöön) ei ole suora. Esimerkkinä sinisignaali, jonka huiput on leikattu pois. Tutkimalla säröytynyttä signaalia esim. spektrianalysaattorilla havaitaan, että alkuperäisen sinisgnaalin taso on leikkautumisen yhteydessä hieman laskenut, mutta että sille on tullut 3. 5. 7 jne harmonisia.

Väitetään, että esim. särössä parilliset harmoniset häiritsevät musiikkia vähemmän kuin parittomat. Äänen perusluonne muodostuu perustaajuuden ja 2 sekä 3. harmonisen suhteista siten, että 2. harmoninen saa äänen vahvaksi, jopa paksuksi ja lopulta tukkoiseksi, 3. harmoninen taas vie huomiota pois perustaajuudesta tuomalla ääneen uuden harmonisen rakenteen. 3. harmoninen tavallaan “ohentaa” perusääntä. Koska luonnossa 2. ja 3. harmoninen ovat aina läsnä (ainakin jompikumpi), nämä periaatteessa kertovat äänen alkuperäisen muodon (esim. vain perustaajuutta ja 3. harmonista sisältävä ääni on muodoltaan lähes puhdas “kanttiaalto”, vain hieman pyöristetyillä nurkilla.) Harmonisten suhteet sitten toistuvat periaatteessa ylemmillä harmonisilla siten, että esim. 4. Harmoninen on käytännössä 2. harmonisen toinen harmoninen jne. Kuitenkin jo 5. harmoninen poikkeaa tästä sarjasta, mistä lisää seuraavassa.

Korkeiden harmonisten häiritsevyys särössä

Korkeammat harmoniset (esim. särössä) häiritsevät enemmän kuin alemmat. Ilmiötä on pyritty selittämään mm. peittoilmiön avulla, mutta hyvin yksinkertaisella kokeella havaitaan, että esim. (lähes) oktaavia korkeamman taajuuden peittäminen signaalin alle on varsin vaikeaa (tarvitaan useita kymmeniä desibelejä tasoeroa, siis säröprosentti toisen harmonisen osalta saisi olla esim. 0.1%. parempi selitys saadaan, kun tutkitaan ylempien harmonisten musiikillisia suhteita:

Matalat harmoniset (2, 3 ja 4) ovat tarkoissa musikaalisissa suhteissa perustaajuuteen (oktaavi, kvintti), eivätkä pyri luomaan alkuperäiseen ääneen dissonanssia (=riitasointua). Korkeat harmoniset (esim. 5 ja varsinkin 7,9,11) muodostavat ääneen musiikillisesti huonosti soivia intervalleja, ääni kuulostaa epävireiseltä, kireältä jne. Yleensä korkeiden harmonisten sisältö äänessä ei juurikaan kerro äänen perusluonteesta, vaan siitä. kuinka lähellä tai kaukana äänilähde on. Siis korostamalla ylempiä harmonisia äänilähde tulee lähemmäksi. Ilmiö on varsin voimakas korostettaessa taajuusaluetta 2-8 kHz.

Väitetään, että oleellisin ero putki- ja transistorivahvistimen soundin välillä selittyy erilaisista säröytymiskäyttäytymisistä: Putkivahvistimen ominaiskäyrä on 2. asteen funktio (siis paraabelin puolikas), jonka aiheuttama särö sisältää periaatteessa vain 2 harmonista. Putkivahvistimen särö lisää siis ääneen lämpöä, vahvuutta ja musikaalisuutta.

Transistorivahvistimen ominaiskäyrä taas on eksponentiaalifunktio, jonka harmoniset ovat toisen harmonisen lisäksi 3, 5, 7 jne. Transistorivahvistimen särö kuulostaa siis lattealta, epämusikaaliselta, kireältä jne.

Muita särötyyppjä ovat mm. Keskeismodulaatio- (IM) ja Transientti-keskeismodulaatio (TIM) säröt. Kelanauhan modulaatiokohina ja digitaaliäänen kvantisointikohina ovat säröjä, jokta eivät ole luonteeltaan harmonisia.