Bir sinüs dalgası tek bir frekans taşır: saf ton. Kare dalga ise temel frekansın yanında tek sayılı harmonikleri de içerir. 100 Hz’lik bir kare dalga aynı zamanda 300 Hz, 500 Hz, 700 Hz bileşenlerini taşır ve bu bileşenlerin genlikleri sırasıyla 1/3, 1/5, 1/7 oranında azalır. Fourier analizi bunu matematiksel olarak gösterir; kare dalga, sonsuz sayıda sinüsün toplamıdır.

Pratik sonuç şu: “100 Hz çalıyorum” dediğinizde ortamda yalnızca 100 Hz yoktur. Bu, kare dalganın kusuru değil tanımıdır — ama bilinmesi gerekir.

Neden kare dalga?

Dolaşımdaki frekans listeleri tarihsel olarak kare dalga üreten cihazlar için hazırlanmıştı. Rezzonix aynı dalga biçimini kullanır ki katalogdaki değer ile duyduğunuz sinyal örtüşsün. Sinüs dalgası kullansaydık aynı Hz değerinde bambaşka bir spektrum elde ederdiniz ve katalog ile çıktı arasındaki ilişki kopardı.

Kare dalganın ikinci bir pratik avantajı da var: harmonik içerdiği için küçük hoparlörlerde daha belirgin duyulur. Bir telefon hoparlörü 100 Hz’lik saf sinüsü neredeyse hiç üretemez; ama 100 Hz’lik kare dalganın 300 ve 500 Hz’lik harmonikleri hoparlörün rahat çalıştığı bölgeye düştüğü için kulak bir şey duyar. Burada dikkat: duyduğunuz şey temel frekans değildir. Kulak eksik temeli “tamamlama” eğilimindedir (missing fundamental olgusu), yani 100 Hz duyduğunuzu sanırsınız ama hoparlörden çıkan 300 Hz ve üstüdür.

Doluluk oranı (duty cycle)

Kare dalganın bir de doluluk oranı vardır: dalganın periyodunun yüzde kaçında “yüksek” durumda olduğu. %50 doluluk klasik kare dalgadır ve yalnızca tek harmonikleri içerir. Doluluk oranı %50’den saptığında çift harmonikler de spektruma girer ve ton belirgin biçimde değişir. Aynı Hz değeri, farklı doluluk oranında farklı duyulur — bu yüzden “şu frekansı çaldım” demek, sinyali tam olarak tanımlamaz.

Örnekleme ve aliasing

Dijital ses ayrık örneklerden oluşur. 44,1 kHz örnekleme hızında saniyede 44.100 örnek alınır ve Nyquist teoremi gereği üretilebilecek en yüksek frekans bunun yarısıdır: 22,05 kHz. Bunun üstündeki bir frekansı zorlarsanız, sinyal “katlanarak” daha düşük ve tamamen sahte bir frekans olarak geri döner. Buna aliasing denir.

Kare dalga için bu özellikle önemlidir, çünkü kare dalga sonsuz harmonik içerir ve bu harmoniklerin bir kısmı kaçınılmaz olarak Nyquist sınırını aşar. Naif üretilen bir kare dalga, duyulur bandın içine sahte frekanslar sızdırır. Bunu önlemenin yolu bant sınırlı üretimdir — yani sınırın üstündeki harmonikleri hesaba katmamak.

Cihazınızın gerçek sınırları

Katalog 20 Hz ile 43 kHz arasında değerler içerir. Ancak zincirin her halkasının kendi sınırı var:

İnsan işitmesi kabaca 20 Hz – 20 kHz aralığındadır ve üst sınır yaşla düşer. Otuzlu yaşlarındaki çoğu yetişkin 16 kHz üstünü zaten duymaz.
Telefon hoparlörleri birkaç milimetrelik sürücülerdir. Genellikle 300 Hz’in altını ve 15 kHz’in üstünü anlamlı bir güçle üretemezler; ayrıca kendi rezonans frekanslarında beklenmedik biçimde yükseltirler. Ekranda yazan değer ile havaya çıkan enerji aynı şey değildir.
Örnekleme hızı matematiksel tavanı belirler: 44,1 kHz’de 22,05 kHz. Bazı cihazlar 48 kHz destekler, bu da 24 kHz’e çıkarır. 43 kHz’i doğru üretmek için 86 kHz’in üstünde bir örnekleme hızı gerekir ki tüketici cihazlarında bu pratikte yoktur.
Bluetooth kodekleri bandı ayrıca daraltır ve sıkıştırma uygular. Kablosuz kulaklıkla dinliyorsanız sinyal zaten işlenmiş haldedir.

Yani katalogda 43 kHz görmeniz, cihazınızın onu çaldığı anlamına gelmez. Uygulama çalınamayan öğeleri belirtir. Bunu gizlemek yerine yazıyoruz — çünkü bir şeyin duyulmaması, “çalışıyor ama duyulmuyor” demek değildir; çoğu zaman hiç üretilmemiş demektir.

Ölçmek isterseniz

Cihazınızın gerçekte ne ürettiğini merak ediyorsanız, ikinci bir cihazda çalışan bir spektrum analizör uygulaması bunu size gösterir. Telefonunuzu belirli bir mesafeye koyup bir tonu çalın ve spektrumu izleyin: temel frekansın gerçekte orada olup olmadığını, harmoniklerin nerede durduğunu ve ne kadar enerji çıktığını görürsünüz. Bu, tahmin etmekten çok daha öğretici bir on dakikadır.

Güvenlik

Yüksek ses seviyelerinden kaçının. Uzun süreli, yüksek sesli kulaklık kullanımı — hangi frekansta olursa olsun — işitme sağlığı açısından risklidir. Duyamadığınız yüksek frekanslar da kulağa enerji taşır; “duymuyorum, o hâlde zararsız” doğru bir çıkarım değildir. Sesi rahat bir seviyede tutun ve aralar verin.