تناقش النغمات والتوافقيات بشكل عام فيما يتعلق بمصادر الصوت. غالبًا ما يتم الخلط بين هذين المفهومين ويتم استخدامهما بالتبادل في بعض الأحيان.
هذا ليس مفاجئًا لأنه في مواقف معينة ، ينتهي بهم الأمر بالإشارة إلى نفس مجموعة الترددات. ومع ذلك ، في حين أنه من الممكن أن تكون التوافقيات عبارة عن نغمات إيحائية وأن تكون النغمات الإيحائية عبارة عن توافقيات ، فمن الممكن أيضًا أن يكون لها توافقيات ليست نغمات إيحائية ، ونغمات غير متناسقة.
سرعة الموجة والطول الموجي والتردد
قبل مناقشة التوافقيات والنغمات ، من المهم فهم أساسيات الموجة.
الموجات هي اضطراب في وسط ينتشر من مكان إلى آخر عبر تذبذبات النقاط في الوسط. الصوت هو مجرد مثال واحد على ذلك ، وكذلك أمواج المحيط ، والأمواج على وتر ، وما إلى ذلك.
الطول الموجةهي المسافة بين قمم الموجة المتتالية. التردد الموجةهو عدد الدورات في الثانية من الموجة. و السرعة الموجةهو حاصل ضرب الطول الموجي والتردد.
ترددات الرنين
إذا كان اضطراب الانتشار محصورًا داخل وسيط ، فقد ينعكس ويتداخل مع نفسه. عند ترددات معينة ، يؤدي هذا إلى ظهور موجة دائمة ثابتة. يحدث هذا عندما تنقر على وتر الغيتار أو تنفخ في صفارة أو حتى تسقط مفتاح ربط على الأرض - تأثير الهبوط يتسبب في "قرع" مفتاح الربط عند تردد معين حيث يهتز لفترة وجيزة تأثير.
يتم استدعاء الترددات التي يمكن أن تحدث فيها هذه الموجات الدائمةترددات الرنين ،وتعتمد قيم هذه الترددات لوسط معين على خصائص هذا الوسيط. على سبيل المثال ، يعتمد التردد الذي يتم عنده إنشاء موجة واقفة على سلسلة على كثافة كتلة الوتر وتوتر الخيط وطول الخيط.
كما سترى في القسم التالي ، تحتوي معظم الكائنات على عدة ترددات مختلفة قد تهتز بها بشكل طبيعي ، وغالبًا ما ترتبط تلك الترددات المختلفة ببعضها البعض وبهندسة الكائن بحد ذاتها.
ما هي النغمة الفوقية؟
تردد الطنين هو تردد طبيعي لاهتزاز الجسم. إنه التردد الذي يهتز عنده شيء ما مكونًا نمط موجة واقفة. بالنسبة لأي كائن معين ، عادة ما يكون هناك عدة ترددات يحدث عندها هذا. أقل تردد يسمىالتردد الأساسىوغالبًا ما يشار إليها باسمF1.
انطغىهو الاسم الذي يطلق على أي تردد طنين أعلى من التردد الأساسي أو النغمة الأساسية.
تسمى قائمة النغمات المتتالية لكائن ماسلسلة overtone. قد تكون أو لا تكون الدرجة الأولى بالإضافة إلى جميع الدلالات اللاحقة في السلسلة عددًا صحيحًا مضاعفًا للأساسي. أحيانًا تكون العلاقة بهذه البساطة ، وفي أحيان أخرى تكون أكثر تعقيدًا ، اعتمادًا على خصائص وهندسة الكائن المهتز.
على سبيل المثال ، على غشاء دائري مثل رأس الأسطوانة ، توجد نغمات إيحائية عند 1.59F1, 2.14F1, 2.30F1, 2.65F1, 2.92F1والعديد من القيم الأخرى. تحدث هذه النغمات عند الترددات التي يمكن أن تحدث فيها موجة واقفة ثنائية الأبعاد على الغشاء. كما قد تظن ، فإن الرياضيات لاشتقاق هذه القيم أقل وضوحًا بكثير من تحديد أوضاع الموجة الواقفة على سلسلة!
ما هي التوافقيات؟
الترددات التوافقيةهي مضاعفات العدد الصحيح للتردد الأساسي ، أو أدنى تردد للاهتزاز.
ضع في اعتبارك وجود وتر مهتز. جميع أنماط الاهتزاز هي مضاعفات الأساسي وترتبط بطول الوتر وسرعة الموجة. تم العثور على ترددات أعلى من خلال العلاقة
f_n = nf_1
الطول الموجي:
\ lambda = \ frac {2L} {n}
أينإلهو طول السلسلة.
من هذا تحصل علىسلسلة متناسقة. التوافقي الثانيF2 = 2f1والثالث متناسقF3 = 3f1 وما إلى ذلك وهلم جرا. لاحظ أيضًا أن سرعة الموجة - حاصل ضرب الطول الموجي والتردد - هي نفسها لجميع قيمن.
في هذا المثال الخاص بالسلسلة ، كل النغمات هي مدروجات ، وكل التوافقيات هي نغمات إيحائية. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال دائمًا ، كما هو موضح في مثال رأس الطبلة ، وكما سترى في القسم التالي أيضًا.
الفرق بين Overtones و Harmonics
كما تمت مناقشته سابقًا ، التوافقيات هي مضاعفات عددية للتردد الأساسي. عند هذه الترددات ، قد يتعرض الجسم للرنين وقد لا يتعرض له. في المقابل ، النغمات هي أي تردد يحدث فيه الرنين فوق الأساسي. قد يحدث هذا عند التوافقيات فقط ، أو عند التوافقيات المحددة فقط أو عند قيم أخرى تمامًا.
ضع في اعتبارك مثال الموجات الصوتية الواقفة في أنبوب مفتوح (أو الوتر المهتز): في هذه الحالة ، التوافقيات والنغمات هي نفسها. مع وجود أنبوب مغلق ، تحدث النغمات فقط في التوافقيات الفردية.
على غشاء مستطيل أو دائري مثل رأس الطبلة ، تحصل على القليل من كل شيء. على الغشاء المستطيل ، بعض النغمات هي أيضًا مدروجات ، لكن بعضها ليس كذلك.
على سبيل المثال ، على غشاء مستطيل بطول 1.41 مرة عرضه ، تحدث الدرجات اللونية عند 1.41F1, 1.73F1, 2.00F1, 2.38F1, 2.71F1, 3.00F1, 3.37F1 وما إلى ذلك وهلم جرا. على غشاء دائري ، فإن معظم التوافقيات أو كلها لا ينتهي بها الأمر إلى أن تكون نغمات إيحائية.
تعد الأنماط الاهتزازية لرأس الأسطوانة أمثلة على النغمات غير التوافقية أو غير التوافقية. تحدث هذه أيضًا في الصنج وغيرها من آلات الإيقاع.
الات موسيقية
الآلات الموسيقية بما في ذلك آلات النفخ والنحاس والآلات الوترية وغيرها. يقدمون أمثلة لتطبيقات الرنين والتمييز بين النغمات والتوافقيات.
تميل بعض الآلات إلى تدوين النغمات على التوافقيات ، والبعض الآخر بتوافقيات فردية ، والبعض الآخر له نغمات غير متناسقة. باستخدام مفاتيح مختلفة على البيانو ، أو أوتار مختلفة على الجيتار أو تغيير الإصبع على الفلوت ، تتغير النغمات والتوافقيات المحتملة أيضًا.
وهذا هو سبب أهمية ضبط بعض الأدوات بشكل دوري. تعتمد النغمة التي يعزفها وتر العزف على الجيتار على كثافة كتلة الوتر ولكن أيضًا على التوتر. بعد العزف لفترة من الوقت ، قد يتمدد الوتر قليلاً وقد يتغير الشد. عن طريق إعادة ضبط التوتر ، يمكن استعادة تردد الاهتزاز الأساسي الصحيح.
Timbre وجودة الصوت
طابع الصوتهي جودة الصوت المتصورة لملاحظة في الموسيقى. على الرغم من أنك قد تعزف نفس النوتة الموسيقية على البيانو كما في البيانو ، إلا أن أذنك تستطيع معرفة الفرق. لماذا هذا هو الحال على الرغم من أن التردد هو نفسه؟ الجواب له علاقة بالنغمات.
عندما يتم نتف وتر الجيتار ، ينتج نغمة معينة عن طريق الاهتزاز بترددها الأساسي يهتز في نفس الوقت مع قيم النغمة المفرطة أيضًا ولكن بسعة أصغر بكثير (أقل أربعة حجمالخامس). تخيل موجة إشارة تظهر عند التكبير "متعرجة" أو مبطنة بمنحنى إشارة أصغر بكثير خاص بها.
يحدث الشيء نفسه عند العزف على مفتاح البيانو ، وتؤدي الاختلافات في الخصائص الفيزيائية لهذه الآلات إلى مجموعات مختلفة والقوة النسبية للنغمات ، مما يخلق جرسًا مختلفًا أو جودة صوت تسمح لك بالتمييز بين الاثنين الادوات.
العوامل الأخرى التي يمكن أن تؤثر أيضًا على جودة الملاحظة هي الهجوم ، والاضمحلال ، والاستمرار ، ووقت الإصدار. أثناء تشغيل النوتة الموسيقية ، يقفز السعة إلى الذروة ، وينخفض إلى مستوى ثابت لفترة من الوقت ، ثم ينخفض إلى الصفر عند انتهاء النغمة.
هجومهو الوقت بين بدء تشغيل النغمة حتى سعة الذروة.تسوسهو الوقت بين ذروة الاتساع والسعة الثابتة التي تُلعب بها النغمة.الحفاظهو الوقت الذي يتم خلاله عزف النغمة على اتساع ثابت.إطلاق سراحهو الوقت المستغرق للانتقال من السعة الثابتة إلى الصفر عند انتهاء النغمة.