A kreatív törekvések és a kemény tudományok gyakran együtt járnak. A hang fizikájának megértése megismerheti a zene fizikáját és azt, hogy milyen esztétikus hangokat és hangszereléseket lehet létrehozni.
Hanghullámok és frekvenciák
A hanghullámok igen rezgések olyan közegben, amelyet az emberi fül érzékel. A hanghullám frekvenciája a másodpercenkénti rezgések száma, Hertz-ben mérve.
A hangot produkáló tárgy alapvető frekvenciája az a legalacsonyabb természetes frekvencia, amelyen az adott tárgy rezegni fog. Ennek a frekvenciának az értéke az objektum fizikai tulajdonságaitól függ.
A harmonikus sorozat frekvenciái az alapfrekvencia egész számszorzatai; lehetséges azonban olyan felhangok (állóhullám-minták), amelyeknek frekvenciája nem az alap többszöröse. A zenei skála a hangjegyek összessége, az alapvető frekvencia szerint rendezve.
Emberi hang és ének
Bármely konkrét tárgyban - legyen az hangszalag vagy hangszer - az álló hullámok sajátos hangokat hoznak létre. Ennek a hangnak az érzékelése a rezgés frekvenciájától függ, beleértve az alacsonyabb amplitúdójú felhangokat is, amelyek hozzájárulnak a hangszínhez, vagy az észlelt hangminőséghez.
Az emberek a torkukon lévő levegőoszlop rezgésével hoznak létre zenét. A hangszálak alakjának / feszültségének megváltoztatásával másokat hozhatnak létre rezgési módok és hangok. A gyakorlott énekesek megtanulták ezt nagyon jól megtenni, és úgy alakíthatják hangszálaikat, hogy tartsák a tiszta hang hosszú ideig, valamint több pontos hangot is megüt zenei léptékben anélkül, hogy belebotlana hangmagasság.
Amikor az emberek bizonyos zenei jegyzetekről beszélnek, azok bizonyos meghatározott hangfrekvenciákra utalnak. A magasabb frekvenciák magasabb, az alacsonyabb frekvenciák alacsonyabb hangokat hoznak létre.
Hangszerek
A zenei hang hangszerekkel is létrehozható. A csőorgonák, a fafúvósok, a szaxofonok, a tereminek és más elektronikus eszközök mind példák, és mindegyik különböző módon hozza létre a zenei hangzást.
A fafúvósok és más hasonló hangszerek létrehozzák a hangot vibráló légoszlopok. A műszerek hosszának beállításával, vagy az oldalakon lévő nyílások nyitásával és zárásával az oszlop természetes rezgési frekvenciája megváltozik, különböző hangokat hozva létre.
A vonós hangszerek úgy hoznak létre hangot, hogy állóhullámokat produkálnak feszes húrokon, amelyek felerősödnek a hangszer testében. A húr rezgésének gyakorisága a tömegsűrűségétől, hosszától és feszültségétől függ.
Ezért lehet ezeket a hangszereket a húrok feszültségének beállításával hangolni, és ezért egyes húrok vastagabbak, mint mások. Ezért van az is, hogy egy olyan hangszeren, mint egy gitár, különböző hangok jönnek létre a húrok lefelé nyomásával - ezzel lényegében változtatja a húrok hosszát.
Más műszerek rezgő membrán elvén működnek. A dob kiváló példája ennek. A dobfej a vibrációs húr kétdimenziós változatának tekinthető. A frekvenciák, amelyeken rezegni fog, ütközése esetén tömegsűrűségétől és feszültségétől függ, de mivel kétdimenziós membránról van szó, sokkal több lehetséges rezgési mód létezik.
Ütések és ütemfrekvenciák
A ritmusok olyan jelenségek, amelyek a hanghullámok interferenciájából származnak, és számos alkalmazásuk van, beleértve a hangszereket is. Ha két különböző frekvenciájú hanghullám zavar, akkor változó amplitúdó származik a konstruktív interferencia és a két hullám közötti destruktív interferencia közötti váltásból. A hang hangosságának ezt a variációját ütemnek nevezzük.
A ütemfrekvencia a két eredeti hullám közötti frekvenciakülönbségként határozható meg. Ez azt jelenti, hogy minél közelebb van a két frekvencia, annál kisebb az ütési frekvencia (vagyis kevesebb ütés / másodperc), ami megkönnyíti az emberi füllel való megkülönböztetést.
Bizonyos ütemfrekvenciákat az emberi fül "szubjektív frekvenciának" vagy "különbségi frekvenciának" érzékel.