فیزیک موسیقی 1

نویسندگان : علی فرهادی و محمد عرفان حق گو

 

در این سری از مطالب، می خواهیم شما را با فیزیک صوت در موسیقی آشنا کنیم. تمامی ساز ها و آلات موسیقی بر پایه ی مفهوم ساده ی موج صوتی تشکیل شده اند ، اما هر ساز صدا و زیبایی خاص خودش را دارد که انگار کاملا متمایز با ساز های دیگر است . انواع ساز ها نظیر کوبه ای (مثل دف و تنبک) ، زهی(مثل تار) و زهی مضرابی(مثل سنتور) و زهی آرشه ای(مثل ویولون) ، بادی (مثل نی و ترومپت) و یا ساز های پیچیده تر مثل پیانو با تبدیل انرژی مکانیکی بدن به صوت نواخته می شوند و تفاوت میان نحوه ی این تبدیل ، تفاوت در صدا را باعث می شود. این تبدیل عمدتا به دو صورت ضربه یا اصطکاک صورت می گیرد و مکان این تبدیل در بدنه ی ساز ، نت های مختلف را پدید می آورد . حال این سوال مطرح است که چنین سیستم پیچیده آی ، از کجا نشأت گرفته است

  •  تاریخچه ی مختصر

شواهد دقیقی مبنی بر این که انسان اولیه (نئاندرتال) با موسیقی آشنا بوده موجود نیست ، اما مسلماً سر منشا آن ، طبیعت است. مثلا زمانیکه باد از روی نی ها عبور میکرد ، و صدای خوشایندی ایجاد میشد ، انسان توانست به وسیله ی آن ساز نی بسازد یا هنگامی که پرندگان با منقار به بدنه ی درخت ها می کوبیدند ، بشر متوجه شد که با ضربه بر چوب هایی که اندکی میانشان خالی باشد میتوان طنین زیبایی ایجاد کرد . در ابتدا کاربرد این وسایل با امروزه متفاوت بوده است . مثلا از طبل در جنگ ها و یا برای اعلام خطر استفاده می کردند و یا کمی جلوتر ، با الهام از ساز نی ، تیر های صفیرکش را ساختند و در جنگ ها یا شکار ، برای تولید صدایی خاص استفاده می کردند. در انتها پس از حدود 60 هزار سال ، موسیقی به مکان فعلی خود رسید.

 

  •   مفاهیم اولیه 

خوب ، برای شروع لازم است مفاهیم ساده ی اولیه را توضیح دهیم تا برای شروع آماده باشید. در زندگی روزمره ما با امواج مختلفی سر و کار داریم ، مثل نور ، امواج رادیواکتیو (!!) و امواج صوتی مثل صدای حرف زدن ما با یکدیگر ، امواج رادیویی و موبایل و … . به طور متوسط ، گوش انسان می‌تواند امواج صوتی را در محدوده‌ی 20 هرتز تا 20 کیلوهرترز (20000 هرتز) شناسایی و تشخیص دهد . اگر فرکانس موج صوتی از این بازه بیشتر باشد آنرا فرا صوت و اگر کمتر باشد ، آنرا فروصوت می نامند. صحبت از فرکانس و هرتز شد ! باید بدانیم که برای همه ی موج ها یک سری تعاریف مشابه مطرح شده که تفاوت انواع موج ها در این تعاریف است. تعاریفی طول و دامنه ی موج ، فرکانس موج ، دوره ی تناوب و … .

علاوه بر تعاریف بالا ، به یک رفت و برگشت در موج ، تناوب یا نوسان (A تا B) و به مدت زمانی که موج این فاصله را طی می کند دوره ی تناوب می گویند . در واقه مفهوم دوره ی تناوب(T) این است که موج در چه مدت زمانی ، یک بار نوسان می کند . ولی فرکانس(f) یا بسامد عکس آن است . مفهوم فرکانس این است که موج در طول 1 ثانیه چند بار نوسان می کند. فرکانس برابر است با یک بر روی دوره تناوب و واحد دوره تناوب ثانیه است پس واحد فرکانس ، یک بروی ثانیه است که به آن هرتز (Hz) می گویند. پس اینکه می گویند فرکانس یک موج 20 هرتز است ، یعنی در طول 1 ثانیه 20 بار نوسان می کند. تفاوت شنیده شدن یا نشدن امواج ، در انرژی آنهاست ، پس میتوان نتیجه گرفت که فرکانس با انرژی موج رابطه ی مستقیم دارد.

 

  •  موسیقیِ بیشتر !

وقت آن است که وارد فاز اصلی شویم.

در موسیقی ما به وسیله ایجاد موج هایی با فرکانس های مشخص و به اصطلاح کوآنتیده صوت و نوار ا ایجاد میکنیم در واقع ما 12 نت موسیقی داریم هر نت با نت مجاور خود به اندازه نیم پرده فاصله موسیقایی دارد هر دسته13تایی از نت دو تا دو را یک اکتاو مینامیم زیرا 8 نت اصلی در آن هست : دو / رِ / می / فا / سل / لا / سی/ دو (8 تا است)

نماد های لاتین( به ترتیب):

دو (C)/ رِ(D)/ می(E)/ فا(F)/ سل(G)/ لا(A)/ سی(B)

دلیل اینکه میگویم 12 نت به خاطر این است که بین نت های دو .رِ یک نت و بین رِ.می یک نت و بین فا.سل یک نت و بین سل.لا یک نت و بین لا.می یک نت موجود است. و نام این نت های 12 گانه به ترتیب:

دو / دو# / رِ / ر# / می / فا / فا# / سل / سل# / لا / لا# / سی

یا به شیوه ای دیگر:

دو / رِ♭/ رِ /می♭/ می / فا / سل♭/ سل/ لا♭/ لا/ سی♭/ سی

علامت ♭ به معنی  (بِمُل) است: یعنی نیم پرده بَم تر

علامت # به معنی (دیِز)است: یعنی نیم پرده زیر تر

در موسیقی استاندارد ما 7 اکتاو داریم (در ساز جهانی و مادر , پیانو)

 

در موسیقی نت ها با یک دوره تناوب 12تایی دوباره تکرار میشوند ودر اکتاو بعدی ظاهر میشوند همان طور که از شکل پیداست طبق تعریف “دیز” و “بمل” آنوقت  :

نت می#(می دیز) = فا

نت دو♭ (دوبمل) در اکتاو بالاتر = سی در اکتاو پایینی

 

*حال به رابطه ریاضی بین نت ها می پردازیم:

-پایه ریاضی: آشنایی با دنباله هندسی (تصاعد هندسی)

دنباله تصاعد هندسی:

به مجموعه a0  تا an  تصاعد هندسی گویند هرگاه به صورت زیر باشند:

     a0 , q×a0 , q2×a0 , q3×a0 , …. , qn-1×a0

در این گونه دنباله ها برای ساختن عدد k اُم باید عدد k-1 اُم ضربدر قدر نسبت q میشود.

این بدین معنی است که وقتی ما فرکانس هر یک نت را تقسیم بر فرکانس نت نیم پرده پایین ترش بکنیم به یک قدر نسبت ثابت می رسیم.

یعنی:

(ak)÷(ak-1) = q

این قدر نسبت در بین نت های موسیقی برابر ریشه دوازدهم عدد2  است (12÷1) 2

یعنی هر نت هر اکتاو با نت مشابه خود در اکتاو پایین تر (12 نت پایین تر خود) نسبت 2 به 1 دارند یعنی:

(ak)÷(ak-12) = 2

نکته 1 : منظور از پایین رفتن در نت ها بَم شدن و بالا رفتن زیر شدن صدا هست

نکته 2 : برای درک بهتر بالا و پایینی در نت ها پیانو را در نظر گرفته و از سمت چپ به سمت راست می­آیید دارید از صدای بم به زیر و از پایین به بالا حرکت میکنید.

 

منتظر قسمت های بعدی باشید.

 

لینک کوتاه:

3 دیدگاه برای مطلب “فیزیک موسیقی 1” موجود است.

  1. باسلام خدمت اقای حق گو وممنون بابت اطلاعات شما
    من دانشجوی it هستم ومیخوام یک پژوهشی در باره ی سیگنال ها ورابطه ان با موسیقی
    ارائه بدهم لطفا اگر امکانش هست در این مورد بنده را راهنمایی کنید.
    بسیار ممنون.

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *