Os esforços criativos e as ciências exatas muitas vezes andam de mãos dadas. Compreender a física do som pode levar a uma compreensão da física da música e como sons e arranjos esteticamente agradáveis podem ser feitos.
Ondas e frequências sonoras
Ondas sonoras são vibrações em um meio, que pode ser percebido pelo ouvido humano. A frequência de uma onda sonora é o número de vibrações por segundo, medido em Hertz.
A frequência fundamental de um objeto que está produzindo som é a frequência natural mais baixa na qual esse objeto vibrará. O valor desta frequência depende das propriedades físicas do objeto.
As frequências em uma série harmônica são múltiplos inteiros da frequência fundamental; no entanto, é possível ter sobretons (padrões de ondas estacionárias) em frequências que não são múltiplos da fundamental. Uma escala musical é um conjunto de notas musicais ordenadas pela frequência fundamental.
Voz Humana e Canto
Em qualquer objeto específico - sejam as cordas vocais ou um instrumento musical, as ondas estacionárias criam sons específicos. A sua percepção desse som depende da frequência da vibração, incluindo quaisquer sobretons de amplitude inferior que contribuam para o timbre ou qualidade do som percebido.
Os humanos criam música vibrando a coluna de ar em suas gargantas. Ao alterar a forma / tensão em suas cordas vocais, eles podem criar diferentes modos vibracionais e sons. Cantores experientes aprenderam a fazer isso muito bem e podem moldar suas cordas vocais de modo a segurar um nota pura por um longo tempo, bem como acertar várias notas exatas em uma escala musical sem vacilar em tom.
Quando as pessoas falam sobre notas musicais específicas, elas estão se referindo a certas frequências sonoras específicas. As frequências mais altas criam notas mais altas e as frequências mais baixas criam notas mais baixas.
Instrumentos musicais
O som musical também pode ser criado por instrumentos musicais. Órgãos de tubos, sopros, saxofones, theremins e outros instrumentos eletrônicos, são todos exemplos, e cada um cria sons musicais de maneiras diferentes.
Woodwinds e outros instrumentos semelhantes criam som por colunas vibrantes de ar. Ajustando os comprimentos dos instrumentos, ou abrindo e fechando orifícios nas laterais, a frequência vibracional natural da coluna é alterada, produzindo notas diferentes.
Os instrumentos de corda criam som produzindo ondas estacionárias em cordas tensas que são amplificadas no corpo do instrumento. A frequência com que uma corda vibrará depende de sua densidade de massa, comprimento e tensão.
É por isso que esses instrumentos podem ser afinados ajustando a tensão das cordas, e porque algumas das cordas são mais grossas do que outras. É também por isso que em um instrumento como um violão, notas diferentes são criadas pressionando as cordas para baixo nos trastes - ao fazer isso, você está essencialmente variando o comprimento das cordas.
Outros instrumentos operam com base no princípio de uma membrana vibratória. A bateria é um excelente exemplo disso. A cabeça de um tambor pode ser considerada a versão bidimensional da corda vibrante. As frequências nas quais ele vibrará ao ser atingido dependem de sua densidade e tensão de massa, mas por ser uma membrana bidimensional, existem muitos outros modos vibracionais possíveis.
Batidas e frequências de batidas
As batidas são um fenômeno resultante da interferência das ondas sonoras e têm muitas aplicações, inclusive em instrumentos musicais. Se duas ondas sonoras de frequências diferentes interferirem, uma amplitude variável resultará de uma mudança entre a interferência construtiva e a interferência destrutiva entre as duas ondas. Essa variação no volume do som é conhecida como batidas.
O freqüência de batida é definido como a diferença de frequência entre as duas ondas originais. Isso significa que quanto mais próximas as duas frequências estão, menor é a frequência de batimento (ou seja, menos batidas por segundo), o que as torna mais fáceis de distinguir com o ouvido humano.
Certas frequências de batimento são percebidas pelo ouvido humano como uma "frequência subjetiva" ou "frequência de diferença".