Hudební akustika - Musical acoustics

Hudební akustika nebo hudební akustika je multidisciplinární obor, který kombinuje znalosti z fyziky[1][2][3], psychofyzika[4], organologie [5](klasifikace nástrojů), fyziologie[6], hudební teorie[7], etnomuzikologie[8], zpracování signálu a výroba přístrojů[9], mimo jiné disciplíny. Jako pobočka akustika, se zabývá výzkumem a popisem fyziky hudba - jak zvuky jsou zaměstnáni k výrobě hudby. Příklady studovaných oblastí jsou funkce hudební nástroje, lidský hlas (fyzika mluvený projev a zpěv ), počítačová analýza melodie a v klinickém použití hudby v hudební terapie.

Průkopníkem hudební akustiky byl Hermann von Helmholtz, německý polymath 19. století, který byl vlivný lékař, fyzik , fyziolog, hudebník, matematik a filozof. Jeho kniha O pocitech tónu jako fyziologickém základu pro hudební teorii [7] je revoluční kompendium několika studií a přístupů, které poskytly zcela nový pohled na hudební teorie, hudební vystoupení, hudební psychologie a fyzické chování hudebních nástrojů.

Metody a obory studia

Fyzické aspekty

Spektrogram houslí hrajících na notu a pak dokonalá pětina nad nimi. Sdílené části jsou zvýrazněny bílými pomlčkami.

Kdykoli se hrají dvě různé výšky tónu současně, jejich zvukové vlny na sebe vzájemně působí - výšky a minimy tlaku vzduchu se navzájem posilují a vytvářejí jinou zvukovou vlnu. Jakoukoli opakující se zvukovou vlnu, která není sinusovou vlnou, lze modelovat mnoha různými sinusovými vlnami příslušných frekvencí a amplitud ( frekvenční spektrum ). v lidé the sluch aparát (složený z uši a mozek ) obvykle dokáže tyto tóny izolovat a slyšet je zřetelně. Jsou-li přehrávány dva nebo více tónů najednou, variace tlaku vzduchu u ucha „obsahuje“ výšky každého z nich a ucho a / nebo mozek je izolují a dekódují do odlišných tónů.

Pokud jsou původní zdroje zvuku dokonale periodické, Poznámka se skládá z několika souvisejících sinusových vln (které se matematicky navzájem doplňují) nazývaných základní a harmonické, částečné nebo podtexty. Zvuky mají harmonický frekvenční spektra. Nejnižší přítomná frekvence je základní a je to frekvence, při které vibruje celá vlna. Podtóny vibrují rychleji než základní, ale musí vibrovat na celočíselných násobcích základní frekvence, aby celková vlna byla v každém cyklu přesně stejná. Skutečné nástroje jsou blízké periodickým, ale frekvence podtónů jsou mírně nedokonalé, takže se tvar vlny v průběhu času mírně mění.[Citace je zapotřebí ]

Subjektivní aspekty

Variace v vzduch tlak proti ucho buben a následné fyzické a neurologické zpracování a interpretace vedou k vyvolání subjektivní zkušenosti zvuk. Většina zvuků, které lidé poznávají jako hudební dominuje periodicky nebo spíše pravidelné vibrace než neperiodické; to znamená, že hudební zvuky mají obvykle a definitivní hřiště. Přenos těchto variací vzduchem probíhá prostřednictvím zvuku mávat. Ve velmi jednoduchém případě se zvuk a sinusoida, který je považován za nejzákladnější model zvukové vlny, způsobuje pravidelné zvyšování a snižování tlaku vzduchu a je slyšet jako velmi čistý tón. Čisté tóny může produkovat ladičky nebo pískání. Rychlost, kterou tlak vzduchu osciluje, je frekvence volaného tónu, který se měří v oscilacích za sekundu hertz. Frekvence je primárním determinantem vnímaného hřiště. Frekvence hudebních nástrojů se může měnit s nadmořskou výškou v důsledku změn tlaku vzduchu.

Rozteč řad hudebních nástrojů

: Osmá oktáva CStřední C.: Osmá oktáva CStřední C.gongudeřil idiofontrubkové zvonyudeřil idiofoncrotaleszvonkohravibrafoncelestametalofonyxylofonmarimbaxylofonyidiofonytympánymembranofonytrumpeta s pikoloutrubkakornetbasová trubkatrubkyWagnerova tubaWagnerova tubakřídlovkaalt rohbarytonový rohlesní rohroh (nástroj)cimbassotypy pozounůtypy pozounůsopránový pozounalt pozountenorový pozounbasový pozounkontrabasový pozounpozounyeuphoniumbasová tubakontrabas tubasubkontrabasová tubatubadechové nástrojeVarhany (hudba)zapisovač garkleinůsopraninový rekordérsopránový rekordéraltový rekordértenorový zapisovačbasový rekordérskvělý basový rekordérkontrabasový zapisovačsub-skvělý basový rekordérsub-kontrabasový zapisovačRekordér (hudební nástroj)Fipplepikolakoncertní flétnaaltová flétnabasová flétnakontraaltová flétnakontrabasová flétnasubkontrabasová flétnadvojitá kontrabasová flétnahyperbassová flétnawesternová flétnová rodinabočně foukaná flétnaflétnyHarmonikaHarmonikaakordeonharmoniumvolný rákossopranissimo saxofonsopraninový saxofonsopránový saxofonalt saxofontenor saxofonbaryton saxofonbasový saxofonkontrabasový saxofonsubkontrabasový saxofonsaxofonová rodinasopraninový klarinetsopránový klarinetalt klarinetbasklarinetkontraaltový klarinetkontrabasový klarinetoctocontra-alt klarinetoktokontrabasový klarinetklarinetová rodinajediný rákoshobojhoboj d'amoreanglický rohheckelphonehobojovéfagotkontrabassoonfagotyvystavenadvojitý rákosdechové nástrojeaerofonycymbalumtepaný cimbálklavírciteraUkulele5strunné banjomandolínakytarabaskytaracembaloharfaTrhaný strunný nástrojhousleviolacellokontrabasoctobasshouslová rodinaSmyčcový smyčcový nástrojchordophonessopránmezzosopránalttenorbarytonbas (zvuk)Vokální rozsah

*Tento graf se zobrazuje pouze dolů do C.0, i když některé varhany, například Boardwalk Hall Auditorium Organ, sahají až k C.−1 (jedna oktáva pod C0). Také základní frekvence subkontrabasová tuba je B♭−1.


Harmonické, částečné a podtext

Stupnice harmonických

The základní je frekvence, při které vibruje celá vlna. Podtóny jsou další sinusové složky přítomné při frekvencích nad základní hodnotou. Jsou volány všechny frekvenční složky, které tvoří celkový tvar vlny, včetně základního a podtextu částečné. Společně tvoří harmonická řada.

Nazývají se podtóny, které jsou dokonalými celočíselnými násobky základního harmonické. Když je podtext téměř harmonický, ale není přesný, někdy se tomu říká harmonický dílčí, i když se často označuje jednoduše jako harmonické. Někdy se vytvářejí podtóny, které nejsou ani zdaleka harmonické, a nazývají se jen částečné nebo neharmonické podtóny.

Základní frekvence je považována za první harmonická a první dílčí. Číslování parciálních a harmonických je pak obvykle stejné; druhá část je druhá harmonická atd. Pokud však existují neharmonické částice, číslování se již neshoduje. Podtóny jsou očíslovány, jakmile se objeví výše základní. Takže přísně vzato, za prvé podtext je druhý částečné (a obvykle druhý harmonický). Protože to může vést ke zmatku, pouze harmonické jsou obvykle označovány svými čísly a podtexty a partials jsou popsány jejich vztahy k těmto harmonickým.

Harmonické a nelinearity

Symetrický a asymetrický tvar vlny. Červená (horní) vlna obsahuje pouze základní a liché harmonické; zelená (spodní) vlna obsahuje základní a rovnoměrné harmonické.

Když se periodická vlna skládá ze základní a pouze lichých harmonických (f, 3f, 5f, 7f, ...), součtová vlna je půlvlna symetrický; může být invertován a fázově posunut a být úplně stejný. Pokud má vlna nějaké sudé harmonické (0f, 2f, 4f, 6f, ...), je asymetrická; horní polovina není zrcadlovým obrazem spodní části.

Naopak systém, který mění tvar vlny (mimo jednoduché škálování nebo posunutí) vytváří další harmonické (harmonické zkreslení ). Tomu se říká a nelineární Systém. Pokud ovlivňuje vlnu symetricky, vytvářené harmonické jsou všechny liché. Pokud působí na harmonické asymetricky, vytvoří se alespoň jedna sudá harmonická (a pravděpodobně také lichá harmonická).

Harmonie

Hlavní článek: Harmonie

Pokud jsou současně přehrávány dvě noty s frekvencí poměry to jsou jednoduché zlomky (např. 2/1, 3/2 nebo 5/4), složená vlna je stále periodická, s krátkou periodou - a kombinace zní souhláska. Například nota vibrující při 200 Hz a nota vibrující při 300 Hz (a perfektní pátý, nebo poměr 3/2, nad 200 Hz) přidejte dohromady, abyste vytvořili vlnu, která se opakuje při 100 Hz: každých 1/100 sekundy, vlna 300 Hz se opakuje třikrát a vlna 200 Hz se opakuje dvakrát. Všimněte si, že celková vlna se opakuje při 100 Hz, ale neexistuje skutečná sinusová složka 100 Hz.

Navíc dvě noty mají mnoho stejných partials. Například nota se základní frekvencí 200 Hz má harmonické na: (200,) 400, 600, 800, 1000, 1200,…

Poznámka se základní frekvencí 300 Hz má harmonické kmitočty na: (300,) 600, 900, 1200, 1500, ... Tyto dvě noty sdílejí harmonické kmitočty při 600 a 1200 Hz a více se shodují dále v řadě.

Pocit harmonie způsobuje kombinace složených vln s krátkými základními frekvencemi a sdílenými nebo úzce souvisejícími particiemi. Když se dvě frekvence blíží jednoduchému zlomku, ale nejsou přesné, složená vlna cykluje dostatečně pomalu, aby slyšela rušení vln jako stálý pulz namísto tónu. Tomu se říká porážka, a je považován za nepříjemný, nebo disharmonický.

Frekvence bití se vypočítá jako rozdíl mezi frekvencemi dvou not. V příkladu výše | 200 Hz - 300 Hz | = 100 Hz. Jako další příklad by kombinace 3425 Hz a 3426 Hz porazila jednou za sekundu (| 3425 Hz - 3426 Hz | = 1 Hz). To vyplývá z modulace teorie.

Rozdíl mezi konsonancí a disonancí není jasně definován, ale čím vyšší je frekvence rytmu, tím pravděpodobnější je interval disonanční. Helmholtz navrhl, že maximální disonance by vznikla mezi dvěma čistými tóny, když je rytmická frekvence zhruba 35 Hz. [1]

Váhy

Hlavní článek: Hudební stupnice

Materiál hudební skladby je obvykle převzat ze sbírky tónů známých jako a měřítko. Protože většina lidí to nedokáže adekvátně určit absolutní frekvence, identita stupnice spočívá v poměrech frekvencí mezi jejími tóny (známými jako intervaly ).

Hlavní článek: Jen intonace

The diatonická stupnice se objevuje písemně v celé historii a skládá se ze sedmi tónů v každém oktáva. v jen intonace diatonickou stupnici lze snadno sestrojit pomocí tří nejjednodušších intervalů v oktávě, perfektní pátý (3/2), perfektní čtvrtý (4/3) a hlavní tercie (5/4). Jako formy pátého a třetího jsou přirozeně přítomny v podtónová řada harmonických rezonátorů je to velmi jednoduchý proces.

Následující tabulka ukazuje poměry mezi frekvencemi všech not spravedlivého zvuku hlavní stupnice a pevná frekvence první noty stupnice.

CDEFGABC
19/85/44/33/25/315/82

Existují i ​​jiné stupnice dostupné pouze pomocí intonace, například menší měřítko. Volají se váhy, které nedodržují pouze intonaci a místo toho mají nastaveny intervaly tak, aby vyhovovaly dalším potřebám temperamenty, z toho stejný temperament je nejpoužívanější. Temperamenty, i když zakrývají akustickou čistotu pouhých intervalů, mají často žádoucí vlastnosti, například uzavřený kruh pětin.


Reference

  1. ^ Benade, Arthur H. (1990). Základy hudební akustiky. Dover Publications. ISBN  9780486264844.
  2. ^ Fletcher, Neville H .; Rossing, Thomas (2008-05-23). Fyzika hudebních nástrojů. Springer Science & Business Media. ISBN  9780387983745.
  3. ^ Campbell, Murray; Greated, Clive (1994-04-28). Hudebníkův průvodce akustikou. OUP Oxford. ISBN  9780191591679.
  4. ^ Roederer, Juan (2009). Fyzika a psychofyzika hudby: Úvod (4. vyd.). New York: Springer-Verlag. ISBN  9780387094700.
  5. ^ Henrique, Luís L. (2002). Acústica hudební (v portugalštině). Fundação Calouste Gulbenkian. ISBN  9789723109870.
  6. ^ Watson, Lanham, Alan H. D., ML (2009). Biologie hudebního výkonu a úrazu souvisejícího s výkonem. Cambridge: Strašák Press. ISBN  9780810863590.
  7. ^ A b Helmholtz, Hermann L. F .; Ellis, Alexander J. (1885). „O vjemech tónu jako fyziologickém základu pro hudební teorii Hermanna L. F. Helmholtze“. Cambridge Core. Citováno 2019-11-04.
  8. ^ Kartomi, Margareth (1990). O koncepcích a klasifikacích hudebních nástrojů. Chicago: University of Chicago Press. ISBN  9780226425498.
  9. ^ Hopkin, Bart (1996). Design hudebních nástrojů: Praktické informace pro design nástrojů. Viz Sharp Press. ISBN  978-1884365089.


Viz také

externí odkazy