Gli sforzi creativi e le scienze dure spesso vanno di pari passo. Comprendere la fisica del suono può portare a comprendere la fisica della musica e come possono essere realizzati suoni e arrangiamenti esteticamente gradevoli.
Onde sonore e frequenze
Le onde sonore sono vibrazioni in un mezzo, che può essere percepito dall'orecchio umano. La frequenza di un'onda sonora è il numero di vibrazioni al secondo, misurato in Hertz.
La frequenza fondamentale di un oggetto che produce suono è la frequenza naturale più bassa alla quale quell'oggetto vibrerà. Il valore di questa frequenza dipende dalle proprietà fisiche dell'oggetto.
Le frequenze in una serie armonica sono multipli interi della frequenza fondamentale; tuttavia, è possibile avere armonici (pattern d'onda stazionaria) a frequenze che non sono multipli della fondamentale. Una scala musicale è un insieme di note musicali ordinate per frequenza fondamentale.
Voce umana e canto
In qualsiasi oggetto particolare, che si tratti delle tue corde vocali o di uno strumento musicale, le onde stazionarie creano suoni specifici. La tua percezione di quel suono dipende dalla frequenza della vibrazione, inclusi eventuali armonici di ampiezza inferiore che contribuiscono al timbro o alla qualità del suono percepita.
Gli umani creano musica facendo vibrare la colonna d'aria nelle loro gole. Cambiando la forma/tensione nelle loro corde vocali, possono creare diversi modi vibrazionali e suoni. I cantanti esperti hanno imparato a farlo molto bene e possono modellare le loro corde vocali in modo da tenere a nota pura per lungo tempo, oltre a colpire diverse note esatte su una scala musicale senza vacillare in intonazione.
Quando le persone parlano di particolari note musicali, si riferiscono a determinate frequenze sonore specifiche. Le frequenze più alte creano note più alte e le frequenze più basse creano note più basse.
Strumenti musicali
Il suono musicale può essere creato anche da strumenti musicali. Organi a canne, legni, sassofoni, theremin e altri strumenti elettronici sono tutti esempi e ognuno crea il suono musicale in modi diversi.
I fiati e altri strumenti simili creano il suono di colonne d'aria vibranti. Regolando le lunghezze degli strumenti, o aprendo e chiudendo fori sui lati, si modifica la frequenza vibrazionale naturale della colonna, producendo note diverse.
Gli strumenti a corda creano il suono producendo onde stazionarie su corde tese che vengono amplificate nel corpo dello strumento. La frequenza alla quale una corda vibrerà dipende dalla sua densità di massa, lunghezza e tensione.
Ecco perché questi strumenti possono essere accordati regolando la tensione delle corde e perché alcune delle corde sono più spesse di altre. È anche il motivo per cui su uno strumento come una chitarra, vengono create note diverse premendo le corde sui tasti: così facendo, stai essenzialmente variando la lunghezza delle corde.
Altri strumenti funzionano secondo il principio di una membrana vibrante. I tamburi ne sono un ottimo esempio. Una pelle di tamburo può essere pensata come la versione bidimensionale della corda vibrante. Le frequenze alle quali vibrerà quando viene colpito dipendono dalla sua densità e tensione di massa, ma poiché è una membrana bidimensionale, esistono molti più modi vibrazionali possibili.
Battute e frequenze di battuta
I battiti sono un fenomeno che deriva dall'interferenza delle onde sonore e ha molte applicazioni, anche negli strumenti musicali. Se due onde sonore di frequenze diverse interferiscono, un'ampiezza variabile risulta da un passaggio tra interferenza costruttiva e interferenza distruttiva tra le due onde. Questa variazione nel volume del suono è nota come battiti.
Il frequenza di battimento è definita come la differenza di frequenza tra le due onde originarie. Ciò significa che più vicine sono le due frequenze, minore è la frequenza del battito (che significa meno battiti al secondo), il che le rende più facili da distinguere con l'orecchio umano.
Alcune frequenze di battito sono percepite dall'orecchio umano come "frequenza soggettiva" o "frequenza di differenza".