Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Музыкальная акустика или музыкальная акустика - это мультидисциплинарная область, которая объединяет знания из физики , [1] [2] [3] психофизики , [4] органологии [5] (классификация инструментов), физиологии , [6] теории музыки , [7] ] этномузыкология , [8] обработка сигналов и приборостроение [9] среди других дисциплин. Как раздел акустики , он занимается исследованием и описанием физики музыки - того, как звучитиспользуются для создания музыки. Примерами областей исследования являются функции музыкальных инструментов , человеческий голос (физика речи и пения ), компьютерный анализ мелодии и клиническое использование музыки в музыкальной терапии .

Пионером музыкальной акустики был Герман фон Гельмгольц , немецкий эрудит XIX века, влиятельный врач , физик , физиолог, музыкант, математик и философ. Его книга « Об ощущениях тона как физиологической основе теории музыки» [7] представляет собой революционный сборник нескольких исследований и подходов, которые предоставили совершенно новый взгляд на теорию музыки , музыкальное исполнение, музыкальную психологию и физическое поведение музыкальных инструментов. .

Методы и направления обучения [ править ]

Физические аспекты [ править ]

Спектрограмма скрипки, играющей ноту, а затем идеальную квинту над ней. Общие частичные данные выделены белыми черточками.

Когда одновременно воспроизводятся две разные высоты звука, их звуковые волны взаимодействуют друг с другом - максимумы и минимумы давления воздуха усиливают друг друга, создавая другую звуковую волну. Любая повторяющаяся звуковая волна, которая не является синусоидальной, может быть смоделирована множеством различных синусоидальных волн соответствующих частот и амплитуд ( частотного спектра ). В организме человека слух аппарат (состоящий из ушей и мозга ) , как правило , изолирует эти звуки и слышать их отчетливо. Когда одновременно воспроизводятся два или более тона, изменение давления воздуха в ухе «содержит» высоту каждого тона, а ухо и / или мозг выделяют и декодируют их в отдельные тона.

Когда исходные источники звука идеально периодичны, нота состоит из нескольких связанных синусоид (которые математически складываются друг с другом), называемых основной гармоникой и гармониками , частичными или обертонами . Звуки имеют гармонический частотный спектр.. Самая низкая присутствующая частота - это основная частота, на которой колеблется вся волна. Обертоны вибрируют быстрее, чем основная частота, но должны колебаться с частотой, кратной основной частоте, чтобы общая волна была точно такой же в каждом цикле. Настоящие инструменты близки к периодическим, но частоты обертонов немного неидеальны, поэтому форма волны немного меняется со временем. [ необходима цитата ]

Субъективные аспекты [ править ]

Изменения в воздухе давлении против уха барабана и последующей физической и неврологической обработки и интерпретации, приводят к субъективному опыту под названием звук . В большинстве звуков, которые люди считают музыкальными , преобладают периодические или регулярные колебания, а не непериодические; то есть музыкальные звуки обычно имеют определенную высоту . Эти изменения передаются по воздуху посредством звуковой волны . В очень простом случае звук синусоиды, который считается основной моделью звуковой волны, вызывает регулярное увеличение и уменьшение давления воздуха и воспринимается как очень чистый тон. Чистые тона можно получить с помощью камертона или свиста . Скорость, с которой колеблется давление воздуха, - это частота тона, которая измеряется в колебаниях в секунду, называемая герцами . Частота - это основной фактор, определяющий воспринимаемую высоту звука . Частота звучания музыкальных инструментов может меняться с высотой из-за изменений атмосферного давления.

Диапазоны высоты звука музыкальных инструментов [ править ]

:Eighth octave CMiddle C:Eighth octave CMiddle Cgongstruck idiophonetubular bellsstruck idiophonecrotalesglockenspielvibraphonecelestametallophonesxylophonemarimbaxylophonesidiophonestimpanimembranophonespiccolo trumpettrumpetcornetbass trumpettrumpetswagner tubawagner tubaflugelhornalto hornbaritone hornFrench hornhorn (instrument)cimbassotypes of trombonetypes of trombonesoprano trombonealto trombonetenor trombonebass trombonecontrabass trombonetromboneseuphoniumbass tubacontrabass tubasubcontrabass tubatubabrass instrumentsOrgan (music)garklein recordersopranino recordersoprano recorderalto recordertenor recorderbass recordergreat bass recordercontrabass recordersub-great bass recordersub-contrabass recorderRecorder (musical instrument)fipplepiccoloconcert flutealto flutebass flutecontra-alto flutecontrabass flutesubcontrabass flutedouble contrabass flutehyperbass flutewestern concert flute familyside-blown fluteflutesharmonicaharmonicaaccordionharmoniumfree reedsopranissimo saxophonesopranino saxophonesoprano saxophonealto saxophonetenor saxophonebaritone saxophonebass saxophonecontrabass saxophonesubcontrabass saxophonesaxophone familysopranino clarinetsoprano clarinetalto clarinetbass clarinetcontra-alto clarinetcontrabass clarinetoctocontra-alto clarinetoctocontrabass clarinetclarinet familysingle reedoboeoboe d'amorecor anglaisheckelphoneoboesbassooncontrabassoonbassoonsexposeddouble reedwoodwind instrumentsaerophonescymbalumhammered dulcimerpianozitherukulele5-string banjomandolinguitarbass guitarharpsichordharpPlucked string instrumentviolinviolacellodouble bassoctobassviolin familyBowed string instrumentchordophonessopranomezzo-sopranoaltotenorbaritonebass (sound)Vocal range

* Эта диаграмма отображается только до C 0 , хотя некоторые органы, такие как Boardwalk Hall Auditorium Organ , простираются до C -1 (на одну октаву ниже C 0 ). Кроме того, основная частота субконтрабасовой тубы B ♭ -1 .


Гармоники, частичные и обертоны [ править ]

Шкала гармоник

Фундаментальным является частота , при которой вся волна вибрирует. Обертоны - это другие синусоидальные компоненты, присутствующие на частотах выше основной. Все частотные компоненты, составляющие общую форму волны, включая основную частоту и обертоны, называются частичными . Вместе они образуют гармонический ряд .

Обертоны, которые являются точными целыми числами, кратными основной гармонике, называются гармониками . Когда обертон близок к гармоническому, но не точен, его иногда называют гармонической партией, хотя их часто называют просто гармониками. Иногда создаются обертоны, которые далеко не гармоничны, их просто называют частичными или негармоническими обертонами.

Основная частота считается первой гармоникой и первой частичной. В этом случае нумерация парциальных частот и гармоник обычно одинакова; вторая частичная - вторая гармоника и т. д. Но если есть негармонические частички, нумерация перестает совпадать. Обертоны нумеруются по мере их появления над основным. Строго говоря, первый обертон является второй партией (и обычно второй гармоникой). Поскольку это может привести к путанице, только гармоники обычно обозначаются их номерами, а обертоны и частичные компоненты описываются их отношениями к этим гармоникам.

Гармоники и нелинейности [ править ]

Симметричная и асимметричная форма волны. Красная (верхняя) волна содержит только основную и нечетную гармоники; зеленая (нижняя) волна содержит основную и четную гармоники.

Когда периодическая волна состоит из основной и только нечетных гармоник (f, 3f, 5f, 7f, ...), суммарная волна является полуволновой симметричной ; его можно инвертировать и сдвигать по фазе, и он будет точно таким же. Если волна имеет четные гармоники (0f, 2f, 4f, 6f, ...), она асимметрична; верхняя половина не является зеркальным отражением нижней.

И наоборот, система, которая изменяет форму волны (помимо простого масштабирования или сдвига), создает дополнительные гармоники ( гармонические искажения ). Это называется нелинейной системой . Если он воздействует на волну симметрично, все гармоники будут нечетными. Если это влияет на гармоники асимметрично, создается по крайней мере одна четная гармоника (и, вероятно, также нечетные гармоники).

Гармония [ править ]

Основная статья: Гармония

Если две ноты воспроизводятся одновременно с частотными соотношениями, которые являются простыми дробями (например, 2/1, 3/2 или 5/4), составная волна все равно будет периодической с коротким периодом - и комбинация будет звучать согласно . Например, нота, вибрирующая с частотой 200 Гц, и нота, вибрирующая с частотой 300 Гц ( идеальная квинта , или соотношение 3/2, выше 200 Гц) в сумме составляют волну, которая повторяется с частотой 100 Гц: каждые 1/100 секунды. , волна 300 Гц повторяется три раза, а волна 200 Гц повторяется дважды. Обратите внимание, что общая волна повторяется с частотой 100 Гц, но на самом деле синусоидальная составляющая 100 Гц отсутствует.

Кроме того, в этих двух нотах много одинаковых частичек. Например, банкнота с основной частотой 200 Гц имеет гармоники: (200,) 400, 600, 800, 1000, 1200,…

Нота с основной частотой 300 Гц имеет гармоники в:: (300,) 600, 900, 1200, 1500,… Две ноты имеют общие гармоники с частотой 600 и 1200 Гц, и больше совпадают в последующих сериях.

Комбинация составных волн с короткими основными частотами и общими или тесно связанными частями - вот что вызывает ощущение гармонии. Когда две частоты близки к простой доле, но не точны, составная волна циклически меняется достаточно медленно, чтобы слышать подавление волн как устойчивую пульсацию вместо тона. Это называется избиением и считается неприятным или противоречивым .

Частота биений рассчитывается как разница между частотами двух нот. В приведенном выше примере | 200 Гц - 300 Гц | = 100 Гц. В качестве другого примера, комбинация 3425 Гц и 3426 Гц будет биться один раз в секунду (| 3425 Гц - 3426 Гц | = 1 Гц). Это следует из теории модуляции .

Разница между консонансом и диссонансом четко не определена, но чем выше частота биений, тем больше вероятность диссонанса интервала. Гельмгольц предположил, что максимальный диссонанс возникнет между двумя чистыми тонами при частоте биений примерно 35 Гц. [1]

Весы [ править ]

Основная статья: Музыкальная гамма

Материал музыкальной композиции обычно берется из набора нот, известного как гамма . Поскольку большинство людей не могут адекватно определить абсолютные частоты, идентичность шкалы заключается в соотношениях частот между ее тонами (известными как интервалы ).

Основная статья: Просто интонация

Диатоническая шкала появляется в письменной форме на протяжении всей истории, состоящая из семи тонов в каждой октаве . В простой интонации диатоническая гамма может быть легко построена с использованием трех простейших интервалов в октаве: совершенной квинты (3/2), совершенной четверти (4/3) и мажорной трети (5/4). Поскольку формы пятого и третьего естественно присутствуют в обертонной серии гармонических резонаторов, это очень простой процесс.

В следующей таблице показаны соотношения между частотами всех нот только мажорной гаммы и фиксированной частотой первой ноты гаммы.

CDEFграммАBC
19/85/44/33/25/315/82

Есть и другие гаммы, доступные через интонацию, например минор . Весы, которые не придерживаются одной интонации, а вместо этого имеют интервалы, скорректированные для удовлетворения других потребностей, называются темпераментами , из которых чаще всего используется одинаковый темперамент . Темпераменты, хотя и затемняют акустическую чистоту только интервалов, часто обладают желательными свойствами, такими как замкнутый круг квинт .


Ссылки [ править ]

  1. ^ Бенаде, Артур Х. (1990). Основы музыкальной акустики . Dover Publications. ISBN 9780486264844.
  2. ^ Флетчер, Невилл Х .; Россинг, Томас (2008-05-23). Физика музыкальных инструментов . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387983745.
  3. ^ Кэмпбелл, Мюррей; Greated, Клайв (1994-04-28). Путеводитель музыканта по акустике . ОУП Оксфорд. ISBN 9780191591679.
  4. ^ Редерер, Juan (2009). Физика и психофизика музыки: введение (4-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 9780387094700.
  5. ^ Энрике, Луис Л. (2002). Музыкальная акустика (на португальском языке). Fundação Calouste Gulbenkian. ISBN 9789723109870.
  6. Перейти ↑ Watson, Lanham, Alan HD, ML (2009). Биология музыкального исполнения и травмы, связанные с исполнением . Кембридж: Scarecrow Press. ISBN 9780810863590.
  7. ^ a b Гельмгольц, Герман Л.Ф .; Эллис, Александр Дж. (1885). "Об ощущениях тона как физиологической основе теории музыки Германа Л.Ф. Гельмгольца" . Кембриджское ядро . Проверено 4 ноября 2019 .
  8. ^ Картоми, Маргарет (1990). О понятиях и классификациях музыкальных инструментов . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 9780226425498.
  9. ^ Хопкин, Барт (1996). Дизайн музыкальных инструментов: Практическая информация по дизайну инструментов . См. Sharp Press. ISBN 978-1884365089.


См. Также [ править ]

  • Акустический резонанс
  • Киматика
  • Математика музыкальных гамм
  • Струнный резонанс
  • Вибрирующая струна
  • 3-й мост (гармонический резонанс на основе равных разделений струн)
  • Основы физики скрипки

Внешние ссылки [ править ]

  • Музыкальная акустика - звуковые файлы, анимация и иллюстрации - University of New South Wales
  • Коллекция акустики - описания, фотографии и видеоклипы аппарата для исследований в области музыкальной акустики профессора Дейтона Миллера.
  • Технический комитет по музыкальной акустике (TCMU) Американского акустического общества (ASA)
  • Библиотека исследований музыкальной акустики (MARL)
  • Acoustics Group / Курсы по акустике и музыкальным технологиям - Эдинбургский университет
  • Группа акустических исследований - Открытый университет
  • Группа музыкальной акустики Speech, Music and Hearing KTH
  • Физика звука клавесина
  • Визуальная музыка
  • Savart Journal - Интернет-журнал открытого доступа по науке и технологиям струнных музыкальных инструментов.
  • Онлайн-курс Audio Engineering под лицензией Creative Commons License
  • Интерференция и созвучие от Physclips
  • Curso de Acústica Musical (испанский)