Creatieve inspanningen en de harde wetenschappen gaan vaak hand in hand. Het begrijpen van de fysica van geluid kan leiden tot een begrip van de fysica van muziek en hoe esthetisch aangename geluiden en arrangementen kunnen worden gemaakt.
Geluidsgolven en frequenties
Geluidsgolven zijn trillingen in een medium dat door het menselijk oor kan worden waargenomen. De frequentie van een geluidsgolf is het aantal trillingen per seconde, gemeten in Hertz.
De grondfrequentie van een object dat geluid produceert, is de laagste natuurlijke frequentie waarop dat object zal trillen. De waarde van deze frequentie hangt af van de fysieke eigenschappen van het object.
De frequenties in een harmonische reeks zijn gehele veelvouden van de grondfrequentie; het is echter mogelijk om boventonen (staande golfpatronen) te hebben bij frequenties die geen veelvoud zijn van de grondtoon. Een toonladder is een set van muzieknoten geordend op grondfrequentie.
Menselijke stem en zang
In elk specifiek object - of het nu uw stembanden zijn of een muziekinstrument, staande golven creëren specifieke geluiden. Je perceptie van dat geluid hangt af van de trillingsfrequentie, inclusief eventuele boventonen met een lagere amplitude die bijdragen aan het timbre of de waargenomen geluidskwaliteit.
Mensen maken muziek door de luchtkolom in hun keel te laten trillen. Door de vorm/spanning in hun stembanden te veranderen, kunnen ze verschillende trillingsmodi en geluiden. Geoefende zangers hebben dit heel goed geleerd en kunnen hun stembanden zo vormen dat ze een pure noot voor een lange tijd, evenals het raken van verschillende exacte noten op een toonladder zonder in te haperen toonhoogte.
Wanneer mensen over bepaalde muzieknoten praten, verwijzen ze naar bepaalde specifieke geluidsfrequenties. Hogere frequenties creëren hogere noten en lagere frequenties creëren lagere noten.
Muziekinstrumenten
Muzikaal geluid kan ook worden gecreëerd door muziekinstrumenten. Pijporgels, houtblazers, saxofoons, theremins en andere elektronische instrumenten zijn allemaal voorbeelden, en elk creëert op verschillende manieren een muzikaal geluid.
Houtblazers en andere soortgelijke instrumenten creëren geluid door trillende luchtkolommen. Door de lengte van de instrumenten aan te passen of gaten in de zijkanten te openen en te sluiten, wordt de natuurlijke trillingsfrequentie van de kolom veranderd, waardoor verschillende tonen worden geproduceerd.
Snaarinstrumenten creëren geluid door staande golven te produceren op strakke snaren die worden versterkt in het lichaam van het instrument. De frequentie waarmee een snaar trilt, hangt af van de massadichtheid, lengte en spanning.
Dat is de reden waarom deze instrumenten kunnen worden gestemd door de spanning van de snaren aan te passen, en waarom sommige snaren dikker zijn dan andere. Het is ook de reden waarom op een instrument als een gitaar verschillende noten worden gecreëerd door de snaren bij de frets naar beneden te drukken - door dit te doen, varieert u in wezen de lengte van de snaren.
Andere instrumenten werken volgens het principe van een trillend membraan. Drums zijn daar een goed voorbeeld van. Een drumvel kan worden gezien als de tweedimensionale versie van de trillende snaar. De frequenties waarop het zal trillen wanneer het wordt geraakt, hangt af van de massadichtheid en spanning, maar omdat het een tweedimensionaal membraan is, zijn er veel meer mogelijke trillingsmodi.
Beats en beatfrequenties
Beats zijn een fenomeen dat het gevolg is van interferentie met geluidsgolven en dat veel toepassingen heeft, ook in muziekinstrumenten. Als twee geluidsgolven met verschillende frequenties interfereren, ontstaat een variërende amplitude door een omschakeling tussen constructieve interferentie en destructieve interferentie tussen de twee golven. Deze variatie in de luidheid van het geluid staat bekend als beats.
De slagfrequentie wordt gedefinieerd als het verschil in frequentie tussen de twee oorspronkelijke golven. Dit betekent dat hoe dichter de twee frequenties bij elkaar liggen, hoe kleiner de slagfrequentie is (dus minder slagen per seconde), waardoor ze gemakkelijker te onderscheiden zijn met het menselijk oor.
Bepaalde slagfrequenties worden door het menselijk oor waargenomen als een "subjectieve frequentie" of "verschilfrequentie".