Twórcze przedsięwzięcia i nauki ścisłe często idą w parze. Zrozumienie fizyki dźwięku może prowadzić do zrozumienia fizyki muzyki oraz tego, jak można tworzyć przyjemne estetycznie dźwięki i aranżacje.
Fale dźwiękowe i częstotliwości
Fale dźwiękowe są wibracje w medium, które może być postrzegane przez ludzkie ucho. Częstotliwość fali dźwiękowej to liczba drgań na sekundę mierzona w hercach.
Podstawowa częstotliwość obiektu, który wydaje dźwięk, to najniższa częstotliwość drgań własnych, przy której ten obiekt będzie wibrował. Wartość tej częstotliwości zależy od właściwości fizycznych obiektu.
Częstotliwości w szeregu harmonicznym są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej; jednak możliwe są alikwoty (wzory fal stojących) na częstotliwościach, które nie są wielokrotnościami częstotliwości podstawowej. Skala muzyczna to zestaw nut uporządkowanych według częstotliwości podstawowej.
Ludzki głos i śpiew
W każdym konkretnym obiekcie – czy to w strunach głosowych, czy w instrumencie muzycznym, fale stojące wytwarzają określone dźwięki. Twoje postrzeganie tego dźwięku zależy od częstotliwości wibracji, w tym wszelkich alikwotów o niższej amplitudzie, które mają wpływ na barwę lub postrzeganą jakość dźwięku.
Ludzie tworzą muzykę, wibrując kolumnę powietrza w swoich gardłach. Zmieniając kształt/napięcie w ich strunach głosowych, mogą tworzyć różne tryby wibracyjne i dźwięki. Doświadczeni śpiewacy nauczyli się tego robić bardzo dobrze i potrafią kształtować swoje struny głosowe tak, aby utrzymać czysta nuta przez długi czas, a także uderzenie w kilka dokładnych nut w muzycznej skali bez załamywania się smoła.
Kiedy ludzie mówią o konkretnych nutach, mają na myśli określone częstotliwości dźwięku. Wyższe częstotliwości tworzą wyższe dźwięki, a niższe częstotliwości tworzą niższe dźwięki.
Instrumenty muzyczne
Dźwięk muzyczny może być również tworzony przez instrumenty muzyczne. Organy, instrumenty dęte drewniane, saksofony, thereminy i inne instrumenty elektroniczne to przykłady, a każdy z nich tworzy dźwięk muzyczny na różne sposoby.
Instrumenty dęte drewniane i inne podobne instrumenty tworzą dźwięk przez wibrujące kolumny powietrza. Regulując długość instrumentów lub otwierając i zamykając otwory w bokach, zmienia się naturalna częstotliwość wibracji kolumny, wytwarzając różne dźwięki.
Instrumenty smyczkowe wytwarzają dźwięk, wytwarzając fale stojące na napiętych strunach, które są wzmacniane w korpusie instrumentu. Częstotliwość drgań struny zależy od jej masy, długości i napięcia.
Dlatego instrumenty te można stroić, regulując napięcie strun, a niektóre struny są grubsze niż inne. Jest to również powód, dla którego na instrumencie takim jak gitara powstają różne dźwięki, naciskając struny na progach – robiąc to, zasadniczo zmieniasz długość strun.
Inne instrumenty działają na zasadzie wibrującej membrany. Doskonałym tego przykładem są bębny. Głowica bębna może być traktowana jako dwuwymiarowa wersja wibrującej struny. Częstotliwości, z jakimi będzie wibrować po uderzeniu, zależą od jego gęstości masy i napięcia, ale ponieważ jest to dwuwymiarowa membrana, istnieje znacznie więcej możliwych trybów wibracji.
Uderzenia i częstotliwości uderzeń
Dudnienia są zjawiskiem wynikającym z interferencji fal dźwiękowych i mają wiele zastosowań m.in. w instrumentach muzycznych. Jeśli interferują dwie fale dźwiękowe o różnych częstotliwościach, zmiana amplitudy wynika z przełączenia między interferencją konstruktywną a interferencją destrukcyjną między dwiema falami. Ta zmiana głośności dźwięku nazywana jest uderzeniami.
częstotliwość rytmu definiuje się jako różnicę częstotliwości między dwiema pierwotnymi falami. Oznacza to, że im bliżej tych dwóch częstotliwości, tym mniejsza jest częstotliwość uderzeń (co oznacza mniej uderzeń na sekundę), co ułatwia ich rozróżnienie przez ludzkie ucho.
Niektóre częstotliwości dudnienia są odbierane przez ludzkie ucho jako „częstotliwość subiektywna” lub „częstotliwość różnicowa”.