Творческие усилия и точные науки часто идут рука об руку. Понимание физики звука может привести к пониманию физики музыки и того, как можно создавать эстетически приятные звуки и аранжировки.
Звуковые волны и частоты
Звуковые волны колебания в среде, воспринимаемой человеческим ухом. Частота звуковой волны - это количество колебаний в секунду, измеряемое в Герцах.
Основная частота объекта, издающего звук, - это самая низкая собственная частота, на которой этот объект будет вибрировать. Значение этой частоты зависит от физических свойств объекта.
Частоты в гармоническом ряду являются целым числом, кратным основной частоте; однако возможны обертоны (модели стоячей волны) на частотах, не кратных основной гармонике. Музыкальная гамма - это набор музыкальных нот, упорядоченных по основной частоте.
Человеческий голос и пение
В любом конкретном объекте - будь то голосовые связки или музыкальный инструмент - стоячие волны создают определенные звуки. Ваше восприятие этого звука зависит от частоты вибрации, включая любые обертоны с меньшей амплитудой, которые влияют на тембр или воспринимаемое качество звука.
Люди создают музыку, вибрируя столб воздуха в горле. Изменяя форму / напряжение своих голосовых связок, они могут создавать разные колебательные режимы и звуки. Практикующие певцы научились делать это очень хорошо и могут формировать свои голосовые связки так, чтобы удерживать чистая нота в течение длительного времени, а также несколько точных нот на музыкальной шкале без запинки подача.
Когда люди говорят об определенных музыкальных нотах, они имеют в виду определенные звуковые частоты. Более высокие частоты создают более высокие ноты, а более низкие частоты создают более низкие ноты.
Музыкальные инструменты
Музыкальный звук также можно создать с помощью музыкальных инструментов. Органы, деревянные духовые, саксофоны, терменвоксы и другие электронные инструменты - все это примеры, и каждый из них создает музыкальный звук по-своему.
Деревянные духовые и другие подобные инструменты создают звук с помощью вибрирующие столбы воздуха. Регулируя длину инструментов или открывая и закрывая отверстия по бокам, частота собственных колебаний колонки изменяется, создавая разные ноты.
Струнные инструменты создают звук, создавая стоячие волны на натянутых струнах, которые усиливаются в корпусе инструмента. Частота вибрации струны зависит от ее массовой плотности, длины и натяжения.
Вот почему эти инструменты можно настраивать, регулируя натяжение струн, и почему одни струны толще других. Вот почему на таком инструменте, как гитара, различные ноты создаются путем нажатия струн на лады - при этом вы существенно меняете длину струн.
Другие инструменты работают по принципу вибрирующей мембраны. Барабаны - яркий тому пример. Головку барабана можно рассматривать как двухмерную версию вибрирующей струны. Частоты, с которыми он будет вибрировать при ударе, зависят от его массовой плотности и натяжения, но поскольку это двумерная мембрана, существует гораздо больше возможных режимов колебаний.
Удары и частоты ударов
Удары - это явление, возникающее в результате интерференции звуковых волн, и находящее множество применений, в том числе в музыкальных инструментах. Если две звуковые волны разной частоты интерферируют, разная амплитуда возникает в результате переключения между конструктивной интерференцией и деструктивной интерференцией между двумя волнами. Это изменение громкости звука известно как удары.
В частота биений определяется как разница частот между двумя исходными волнами. Это означает, что чем ближе две частоты, тем меньше частота биений (что означает меньшее количество ударов в секунду), что облегчает их различение человеческим ухом.
Определенные частоты биений воспринимаются человеческим ухом как «субъективная частота» или «разностная частота».
