Γιατί τα διαφορετικά μουσικά όργανα κάνουν διαφορετικούς ήχους;

Διαφορετικά μουσικά όργανα παράγουν διαφορετικούς ήχους λόγω των διαφορετικών τρόπων δόνησης. Το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένα, το μέγεθος του οργάνου και ο τρόπος που παίζεται το όργανο επηρεάζουν τη δόνηση και, κατά συνέπεια, τον ήχο που παράγει το όργανο.

Η μουσική είναι ένα ουσιαστικό μέρος της ζωής μας. για κάποιους είναι μια μορφή διασκέδασης, και για άλλους, είναι μια αγαπημένη απόδραση. Είναι και ήταν μια αναπόσπαστη πτυχή όχι μόνο μεμονωμένων πολιτισμών, αλλά ολόκληρων εθνών και της ανθρωπότητας συνολικά. Χρησιμοποιήσαμε τη μουσική για να οργανώσουμε την κοινωνία μας, να γιορτάσουμε τα φεστιβάλ μας, να εκφράσουμε αγάπη και να προετοιμαστούμε για πόλεμο, μεταξύ πολλών άλλων.

Με την πάροδο των ετών, έχουμε δει μια εξέλιξη της μουσικής και των διαφόρων ειδών της, καθοδηγούμενη από καλλιτέχνες που κυκλοφορούν ένα σινγκλ ή ένα άλμπουμ με τραγούδια.

Ένα τραγούδι παράγεται με τη μίξη διαφορετικών οργάνων και φωνητικών μεταξύ τους, δημιουργώντας νέους ήχους από αυτό. Ωστόσο, έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί κάθε όργανο ακούγεται τόσο διαφορετικό; Γιατί ένα τύμπανο ακούγεται σκληρό και βαθύ, αλλά ένα φλάουτο ακούγεται τόσο ρευστό και ευάερο; Γιατί ένα πιάνο ακούγεται ήπιο, σε σύγκριση με μια ηλεκτρική κιθάρα με τον σκληρό, βρώμικο ήχο του;

Τι δίνει στα όργανα τους μοναδικούς ήχους τους; (Φωτογραφία :Anna_Kuzmina/Shutterstock)

Για να κατανοήσουμε γιατί διαφορετικά όργανα παράγουν διαφορετικούς ήχους, θα πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τη φυσική της μουσικής.

Τι είναι ο ήχος;

Ο ήχος είναι ένα κύμα που δημιουργείται όταν ένα αντικείμενο δονείται. Η δόνηση του αντικειμένου μεταφέρεται μέσω της μετατόπισης των σωματιδίων στο συγκεκριμένο μέσο. Όταν ακούμε κάτι, το ηχητικό κύμα μεταφέρεται από το δονούμενο αντικείμενο και χτυπά το τύμπανο του αυτιού μας, το οποίο στη συνέχεια επεξεργάζεται από τον εγκέφαλό μας ως αντίληψη του ήχου.

Ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν στον αέρα, χτυπούν το τύμπανο

Η ποιότητα του ήχου που ακούγεται εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του ηχητικού κύματος. Αυτές οι φυσικές ιδιότητες χαρακτηρίζονται ως εξής:

Μήκος κύματος

Ένα κύμα ταξιδεύει σε διαστήματα αντίστοιχων κορυφών και κοιλοτήτων. Ως μήκος κύματος θεωρείται η ολοκλήρωση ενός κύκλου μιας τέτοιας κορυφής και κατώφλι.

Μήκος κύματος (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Αυτό που πρέπει να σημειωθεί εδώ είναι ότι τα ίδια τα σωματίδια δεν ταξιδεύουν μέσω του μέσου, αλλά αντικαθιστούν το παρακείμενο σωματίδιο. έτσι ταξιδεύει ένα κύμα. Παρόμοια με το κύμα που σχηματίζεται όταν ένα χαλαρό σχοινί τεντώνεται, οι χορδές του σχοινιού δεν ταξιδεύουν, αλλά μετατοπίζουν τα παρακείμενα σωματίδια, σχηματίζοντας ένα κύμα κάνοντας ουσιαστικά μια κίνηση μπρος-πίσω.

Πίσω-πίσω κίνηση του κύματος.

Συχνότητα

Ο αριθμός των φορών που τα κύματα πηγαίνουν μπρος-πίσω σε ένα δευτερόλεπτο είναι η συχνότητα αυτού του ήχου. Έτσι, Συχνότητα =Πλήρεις κύκλοι κυμάτων / Μονάδα χρόνου. Η μονάδα μέτρησής του είναι τα Hertz, που σημαίνει ότι μια συχνότητα 1 Hz ισούται με 1 κίνηση μπρος-πίσω σε 1 δευτερόλεπτο.

Η συχνότητα του ήχου καθορίζει το ύψος του, δηλαδή πόσο υψηλό ή χαμηλό είναι ο ήχος. Ένας ήχος μεγαλύτερης συχνότητας και υψηλότερου τόνου θα ήταν το τρίξιμο των νυχιών σε έναν πίνακα κιμωλίας. Ένας ήχος χαμηλότερης συχνότητας και χαμηλού τόνου θα ήταν ένα βαθύ τύμπανο μπάσου.

Το ανθρώπινο αυτί ανιχνεύει περιορισμένο αριθμό συχνοτήτων. Στο κάτω άκρο, το βαθύτερο που μπορούμε να ακούσουμε είναι 20 Hz και στο υψηλότερο άκρο, μπορούμε να ακούσουμε μέχρι περίπου 20000 Hz.

Πλάτος

Το πλάτος είναι το ύψος του κύματος. Το ύψος καθορίζει την ένταση ενός ήχου. Ένα υψηλότερο πλάτος έχει ως αποτέλεσμα έναν πιο δυνατό ήχο. Το κέντρο του κύματος θεωρείται ως η θέση ηρεμίας του κύματος. Η μέτρηση του πλάτους γίνεται από το κέντρο προς το επάνω και κάτω άκρο της κορυφής και της κοιλότητας, αντίστοιχα.

Σημειώσεις

Πιθανότατα έχετε δει τα πλήκτρα ενός πιάνου κάποια στιγμή στη ζωή σας. Κάθε πλήκτρο αντιστοιχεί σε μια σημείωση. Τα κλειδιά είναι ταξινομημένα σε ζεύγη 7 λευκών και 5 μαύρων πλήκτρων. Κάθε πλήκτρο παράγει έναν μοναδικό ήχο επειδή ο ήχος που προέρχεται από αυτό δονείται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Τα δώδεκα πλήκτρα είναι διατεταγμένα από το C έως το A. Μαζί, κάθε σύνολο των 12 ονομάζεται οκτάβα.

Νότες και οκτάβες σε πιάνο. (Φωτογραφία :Toponium/Shutterstock)

Το C1 δονείται στα 32,70 Hz και το A1 δονείται στα 55,00 Hz. Αυτές οι νότες είναι διατεταγμένες με την αύξουσα σειρά της συχνότητάς τους. Έτσι, το C1 έως το A1 γίνεται οκτάβα. Αυτές οι οκτάβες συνεχίζουν να ανεβαίνουν με τη σειρά επίσης, C2 σε A2, C3 σε A3 και ούτω καθεξής.

Αυτές οι μουσικές σημειώσεις είναι καθολικές για κάθε όργανο. Το Α4 που παίζεται στο πιάνο έχει την ίδια συχνότητα με το Α4 που παίζεται στην κιθάρα. Ωστόσο, εάν αυτό είναι αλήθεια, γιατί παράγουν διαφορετικούς ήχους;

Τι δίνει στα όργανα τον ιδιαίτερο ήχο τους;

Overtones and Harmonics

Η πρόταση φαίνεται διαισθητική, ότι μια νότα που φέρει την ίδια συχνότητα θα πρέπει να ακούγεται το ίδιο σε κάθε όργανο, αλλά υπάρχουν πολλά περισσότερα που συμβαίνουν στα παρασκήνια.

Όταν βγάζουμε τη χορδή μιας κιθάρας στη νότα Α3 (110 Hz), ο ήχος που ακούμε δεν γίνεται μόνο από μία συχνότητα. Ο ήχος περιέχει κρυφές συχνότητες κάτω από τη βασική συχνότητα (A3).

Πολλαπλά στρώματα κυμάτων σε έναν ήχο, καθένα από τα οποία είναι μοναδικό για το όργανο.

Έτσι η χορδή δονείται μία φορά στα 110 Hz, δονείται δύο φορές στα 220 Hz και τρεις φορές στα 330 Hz. Αυτό συμβαίνει ταυτόχρονα, επομένως όλα αθροίζονται για να δώσουν στην κιθάρα τον μοναδικό της ήχο.

Οι χορδές δημιουργούν πολύπλοκα κύματα

Αυτά τα βήματα των συχνοτήτων είναι υπερτονικά, επομένως τα 220 Hz γίνονται ο 1ος τόνος και τα 330 Hz ο 2ος τόνος. Αυτό μπορεί να συμβεί άπειρα. Η κίνηση της χορδής γίνεται πολύ περίπλοκη όταν παρατηρείται στην πραγματικότητα λόγω αυτής της αλληλεπίδρασης των κυμάτων. Δεν είμαστε σε θέση να διακρίνουμε τους πολλούς τόνους, καθώς φαίνεται να είναι ένας ήχος, παρόλο που στην πραγματικότητα είναι το άθροισμα τόσων πολλών.

(Φωτογραφία :Fouad A. Saad/Shutterstock)

Αν και ακούμε πολλές συχνότητες μαζί, συνολικά, η χορδή δονείται μόνο 110 φορές το δευτερόλεπτο. Αυτό συμβαίνει επειδή στο χρόνο που η θεμελιώδης συχνότητα ολοκληρώνει έναν πλήρη κύκλο, ο 1ος τόνος συμπληρώνει δύο κύκλους και ο τρίτος ολοκληρώνει τρεις κύκλους. Έτσι, ολόκληρο το μοτίβο δονείται στη βασική συχνότητα των 110 Hz, η οποία γίνεται πιο πολύπλοκη από τις προστιθέμενες συχνότητες.

Οι πρόσθετες συχνότητες είναι ακέραιοι της θεμελιώδους συχνότητας. Αυτοί οι ακέραιοι αριθμοί ονομάζονται Αρμονικές. Σε μια αρμονική σειρά, η επόμενη συχνότητα είναι πάντα πολλαπλάσιο της θεμελιώδους συχνότητας. Εάν η βασική συχνότητα ήταν 110 Hz, η επόμενη θα ήταν (2×110 =220), (3×110 =330) και ούτω καθεξής.

Αρμονικές – Ακέραιοι της θεμελιώδους συχνότητας. (Φωτογραφία :Fouad A. Saad/Shutterstock)

Οι επισημάνσεις αντιστοιχούν σε αρμονικές, αλλά μερικές φορές οι επισημάνσεις δεν είναι ακέραιοι αριθμοί της θεμελιώδους συχνότητας, όπου και οι δύο όροι απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο.

Οι υπερτόνοι και οι αρμονικές είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους μια κιθάρα ακούγεται διαφορετικά από το πιάνο επειδή έχουν χορδές διαφορετικού μήκους που παράγουν διαφορετικές συχνότητες.

Χρόνο

Τα αυτιά μας είναι πολύ καλά στο να αντιλαμβάνονται διαφορετικούς ήχους. Ένας τρόπος με τον οποίο το κάνει αυτό είναι μέσω του «ηχοχρώματος» του ήχου. Το timbre είναι η τονική ποιότητα ή το τονικό χρώμα του ήχου. Η χροιά του ήχου καθορίζεται από τους τόνους και τις αρμονικές που βγάζει ο ήχος.

Η διαφορετική χροιά διαφορετικών οργάνων. (Φωτογραφία:Vecton/Shutterstock)

Η αλλαγή του πλάτους και του τόνου σε κάθε αρμονική δίνει στα όργανα την ιδιαίτερη χροιά τους. Αυτή η «ποιότητα» του ήχου είναι τόσο αντιληπτικό φαινόμενο όσο και φυσικό. Οι άνθρωποι μπορούν να διαφοροποιήσουν δύο πηγές ήχου λόγω των αντιληπτικών δυνατοτήτων του αυτιού.

Τα φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου που καθορίζουν τη χροιά του είναι το φάσμα και το περίβλημα. Ένα φασματόγραμμα εμφανίζει τις διάφορες συχνότητες ενός ήχου σε οπτική μορφή. Ο φάκελος περιγράφει πώς ένας ήχος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, τόσο σε πλάτος όσο και σε ύψος.

Φασματογράφημα που δείχνει το «χρώμα» του ήχου

Υλικό

Το υλικό των οργάνων είναι επίσης ένας από τους κύριους λόγους για τους διαφοροποιημένους ήχους τους, καθώς το υλικό επηρεάζει άμεσα τη χροιά ενός οργάνου.

Διαφορετικά υλικά έχουν επίσης διαφορετικές πυκνότητες, οι οποίες επηρεάζουν την ταχύτητα του ήχου. Ορισμένα υλικά είναι πολύ αντανακλαστικά, γεγονός που προσθέτει περισσότερα επίπεδα σε έναν ήχο.

Ταχύτητα ήχου σε διαφορετικά υλικά (Φωτογραφία :Fouad A. Saad/Shutterstock)

Οι κραδασμοί των υλικών είναι επίσης ένας παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Το μέταλλο δονείται διαφορετικά από το πλαστικό, δίνοντας πιο πλούσιο και καθαρό ήχο.

Σε συμπέρασμα

Ο ήχος είναι μια από τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, που αποτελεί σημαντικό μέρος της ανθρώπινης εμπειρίας. Η διαφοροποίηση των διαφορετικών ήχων μας έχει βοηθήσει να επιβιώσουμε, επιτρέποντάς μας να επικοινωνούμε μεταξύ μας σε στιγμές κινδύνου. Μας βοήθησε επίσης να συνδεθούμε με άλλους βοηθώντας μας να εκφράσουμε το άυλο.

Οι τόνοι, οι αρμονικές, η χροιά και τα υλικά διαφοροποιούν τους ήχους και δίνουν στα όργανα τη μοναδική τους ποιότητα. Δόξα τω Θεώ γι' αυτό! Πόσο άγριος θα ήταν αυτός ο κόσμος αν κάθε όργανο ακουγόταν το ίδιο;