Музыкальная акустика или музыкальная акустика — междисциплинарная область, объединяющая 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 — как звучитзаняты для создания музыки. Примерами областей исследования являются функция музыкальных инструментов , человеческий голос (физика речи и пения ), компьютерный анализ мелодии и клиническое использование музыки в музыкотерапии .
Пионером музыкальной акустики был Герман фон Гельмгольц , немецкий эрудит 19 века, который был влиятельным врачом , физиком , физиологом, музыкантом, математиком и философом. Его книга «Ощущения тона как физиологическая основа теории музыки» [7] представляет собой революционный сборник нескольких исследований и подходов, которые обеспечили совершенно новый взгляд на теорию музыки , музыкальное исполнение, музыкальную психологию и физическое поведение музыкальных инструментов. .
Всякий раз, когда два разных тона воспроизводятся одновременно, их звуковые волны взаимодействуют друг с другом — максимумы и минимумы давления воздуха усиливают друг друга, создавая разные звуковые волны. Любая повторяющаяся звуковая волна, не являющаяся синусоидальной, может быть смоделирована множеством различных синусоидальных волн соответствующих частот и амплитуд (частотный спектр ). У людей слуховой аппарат (состоящий из ушей и головного мозга ) обычно может изолировать эти тона и слышать их отчетливо. Когда два или более тонов воспроизводятся одновременно, изменение давления воздуха в ухе «содержит» высоту тона каждого, а ухо и / или мозг изолируют и декодируют их в отдельные тона.
Когда первоначальные источники звука идеально периодические, нота состоит из нескольких связанных синусоидальных волн (которые математически складываются друг с другом), называемых основными и гармониками , частичными или обертонами . Звуки имеют гармонический частотный спектр.. Самая низкая присутствующая частота является основной, и это частота, на которой колеблется вся волна. Обертоны вибрируют быстрее, чем основная частота, но должны вибрировать с целым числом, кратным основной частоте, чтобы общая волна была точно такой же в каждом цикле. Реальные инструменты близки к периодическим, но частоты обертонов немного несовершенны, поэтому форма волны со временем немного меняется. [ нужна ссылка ]
Изменения давления воздуха на барабанную перепонку и последующая физическая и неврологическая обработка и интерпретация вызывают субъективное ощущение, называемое звуком . В большинстве звуков, которые люди признают музыкальными , преобладают периодические или регулярные вибрации, а не непериодические; то есть музыкальные звуки обычно имеют определенную высоту звука . Передача этих вариаций по воздуху осуществляется звуковой волной . В очень простом случае звук синусоиды, который считается самой базовой моделью формы 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, представляет собой частоту тона, которая измеряется в колебаниях в секунду, называемую герцами . Частота является основным фактором, определяющим воспринимаемую высоту звука . Частота музыкальных инструментов может меняться с высотой из-за изменений атмосферного давления.
* Эта диаграмма отображается только до C 0 , хотя некоторые органы, такие как Boardwalk Hall Auditorium Organ , доходят до C −1 (на одну октаву ниже C 0 ). Кроме того, основная частота субконтрабасовой тубы равна B ♭ -1 .