الصوتيات الموسيقية

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

علم الصوتيات الموسيقية هو مجال متعدد التخصصات يجمع بين معارف من الفيزياء ، [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] وعلم النفس الفيزيائي ، [ 4 ] وعلم الآلات الموسيقية، [ 5 ] وعلم وظائف الأعضاء ، [ 6 ] ونظرية الموسيقى ، [ 7 ] وعلم الموسيقى العرقية ، [ 8 ] ومعالجة الإشارات وصناعة الآلات الموسيقية، [ 9 ] وغيرها من التخصصات. وباعتباره فرعًا من فروع علم الصوتيات ، يهتم هذا العلم بدراسة ووصف فيزياء الموسيقى - أي كيفية استخدام الأصوات في صناعة الموسيقى. ومن أمثلة مجالات الدراسة : وظيفة الآلات الموسيقية ، والصوت البشري (فيزياء الكلام والغناء )، والتحليل الحاسوبي للألحان ، والاستخدام السريري للموسيقى في العلاج بالموسيقى .

كان هيرمان فون هيلمهولتز رائدًا في علم الصوتيات الموسيقية ، وهو عالم موسوعي ألماني من القرن التاسع عشر، كان طبيبًا وفيزيائيًا وفيزيولوجيًا وموسيقيًا ورياضيًا وفيلسوفًا ذا تأثير كبير. يُعد كتابه " حول إحساسات النغم كأساس فسيولوجي لنظرية الموسيقى " [ 7 ] مرجعًا ثوريًا يضم العديد من الدراسات والمناهج التي قدمت منظورًا جديدًا كليًا لنظرية الموسيقى والأداء الموسيقي وعلم نفس الموسيقى والسلوك الفيزيائي للآلات الموسيقية.

مناهج ومجالات الدراسة

الجوانب المادية

التحليل الطيفي الصوتي لتسجيل الموجات تحت الصوتية 30301
مخطط طيفي لعزف الكمان نغمة ثم نغمة خامسة مثالية فوقها. تم تمييز النغمات الجزئية المشتركة بخطوط بيضاء متقطعة.

عند عزف نغمتين مختلفتين في الوقت نفسه، تتفاعل موجاتهما الصوتية مع بعضها البعض، حيث تتعزز الارتفاعات والانخفاضات في ضغط الهواء لتُنتج موجة صوتية مختلفة. يمكن تمثيل أي موجة صوتية متكررة ليست موجة جيبية بالعديد من الموجات الجيبية المختلفة ذات الترددات والسعات المناسبة ( طيف التردد ). في الإنسان ، يستطيع جهاز السمع (المكون من الأذنين والدماغ ) عادةً عزل هذه النغمات وسماعها بوضوح. عند عزف نغمتين أو أكثر في آن واحد، يحتوي تغير ضغط الهواء عند الأذن على نغمات كل نغمة، وتقوم الأذن و/أو الدماغ بعزلها وفك شفرتها إلى نغمات مميزة.

عندما تكون مصادر الصوت الأصلية دورية تمامًا، تتكون النوتة من عدة موجات جيبية مترابطة (تتجمع رياضيًا) تُسمى النوتة الأساسية والتوافقيات أو النغمات الجزئية أو النغمات الفوقية . للأصوات أطياف تردد توافقية . التردد الأدنى هو التردد الأساسي، وهو التردد الذي تهتز عنده الموجة بأكملها. تهتز النغمات الفوقية أسرع من النوتة الأساسية، ولكن يجب أن تهتز بترددات مضاعفات صحيحة للتردد الأساسي حتى تكون الموجة الكلية متطابقة تمامًا في كل دورة. الآلات الموسيقية الحقيقية قريبة من الدورية، لكن ترددات النغمات الفوقية ليست مثالية تمامًا، لذا يتغير شكل الموجة قليلًا مع مرور الوقت.

الجوانب الذاتية

تُؤدي التغيرات في ضغط الهواء على طبلة الأذن ، وما يتبعها من معالجة وتفسير فيزيائي وعصبي، إلى التجربة الذاتية التي تُسمى الصوت . معظم الأصوات التي يُدركها الناس على أنها موسيقية تهيمن عليها اهتزازات دورية أو منتظمة وليست غير دورية؛ أي أن الأصوات الموسيقية عادةً ما يكون لها درجة صوتية محددة . ينتقل هذا التغير عبر الهواء عن طريق موجة صوتية . في أبسط الحالات، يتسبب صوت الموجة الجيبية ، الذي يُعتبر النموذج الأساسي لشكل الموجة الصوتية، في زيادة ضغط الهواء ونقصانه بشكل منتظم، ويُسمع كنغمة نقية جدًا. يمكن إنتاج النغمات النقية بواسطة الشوكات الرنانة أو الصفير . معدل تذبذب ضغط الهواء هو تردد النغمة، ويُقاس بالهرتز (عدد الذبذبات في الثانية) . التردد هو المحدد الرئيسي لدرجة الصوت المُدركة . يمكن أن يتغير تردد الآلات الموسيقية مع الارتفاع نتيجة لتغيرات ضغط الهواء.

نطاقات صوت الآلات الموسيقية

: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 banjomandolinguitarbaritone guitarbass guitarharpsichordharpPlucked string instrumentviolinviolacellodouble bassoctobassviolin familyBowed string instrumentchordophonessopranomezzo-sopranoaltotenorbaritonebass (voice type)Vocal range

* يعرض هذا المخطط الترددات حتى C₀ فقط ، مع العلم أن بعض آلات الأرغن الأنبوبية، مثل أرغن قاعة بوردووك هول ، تمتد إلى Cₒ₁ ( أوكتاف واحد أسفل C₀ ) . كما أن التردد الأساسي لآلة التوبا الفرعية هو B ♭ ₒ₁ .

التوافقيات، والنغمات الجزئية، والنغمات الفوقية

سلم التوافقيات

التردد الأساسي هو التردد الذي تهتز عنده الموجة بأكملها. أما النغمات التوافقية فهي مكونات جيبية أخرى موجودة بترددات أعلى من التردد الأساسي. تُسمى جميع مكونات التردد التي تُشكل شكل الموجة الكلي، بما في ذلك التردد الأساسي والنغمات التوافقية، بالنغمات الجزئية . وتشكل هذه المكونات معًا سلسلة التوافقيات .

تُسمى النغمات التوافقية التي تُمثل مضاعفات صحيحة تامة للنغمة الأساسية بالنغمات التوافقية . عندما تكون النغمة التوافقية قريبة من أن تكون توافقية، ولكنها ليست مطابقة لها تمامًا، تُسمى أحيانًا نغمة توافقية جزئية، على الرغم من أنها تُعرف غالبًا ببساطة باسم النغمات التوافقية. في بعض الأحيان، تتكون نغمات توافقية بعيدة كل البعد عن النغمات التوافقية، وتُسمى حينها نغمات جزئية أو نغمات توافقية غير توافقية.

يُعتبر التردد الأساسي هو التوافقي الأول والتردد الجزئي الأول. وعادةً ما يكون ترقيم الترددات الجزئية والتوافقية متطابقًا؛ فالتردد الجزئي الثاني هو التوافقي الثاني، وهكذا. ولكن في حال وجود ترددات جزئية غير توافقية، لا يتطابق الترقيم. تُرقّم النغمات الفوقية كما تظهر فوق التردد الأساسي. لذا، من الناحية الدقيقة، فإن أول نغمة فوقية هي التردد الجزئي الثاني (وعادةً ما تكون التوافقي الثاني ). ولأن هذا قد يُسبب التباسًا، يُشار عادةً إلى التوافقيات فقط بأرقامها، بينما تُوصف النغمات الفوقية والجزئية بعلاقاتها بتلك التوافقيات.

التوافقيات واللاخطية

شكل موجي متناظر وغير متناظر. تحتوي الموجة الحمراء (العلوية) على التوافقيات الأساسية والفردية فقط؛ بينما تحتوي الموجة الخضراء (السفلية) على التوافقيات الأساسية والزوجية.

عندما تتكون الموجة الدورية من تردد أساسي وتوافقيات فردية فقط ( f1، 3f2، 5f3، 7f4 ، ... ) ، تكون الموجة الناتجة متناظرة نصف موجة ؛ أي يمكن عكسها وتغيير طورها وتبقى كما هي. أما إذا احتوت الموجة على توافقيات زوجية ( f2 ، 4f4 ، 6f6 ، ... )، فإنها تكون غير متناظرة ؛ أي أن النصف العلوي من شكل الموجة المرسوم لا يعكس النصف السفلي.

على النقيض، يُنتج النظام الذي يُغير شكل الموجة (بما يتجاوز مجرد تغيير الحجم أو الإزاحة) توافقيات إضافية ( تشويه توافقي ). يُسمى هذا النظام بالنظام غير الخطي . إذا أثر على الموجة بشكل متناظر، تكون التوافقيات الناتجة فردية. أما إذا أثر عليها بشكل غير متناظر، فينتج على الأقل توافقي زوجي واحد (وربما توافقيات فردية أيضًا).

انسجام

إذا عُزفت نغمتان في آنٍ واحد، بنسب تردد كسور بسيطة (مثل 2/1 ، 3/2 ، أو 5/4 ) ، فإن الموجة المركبة تظل دورية، ذات دورة قصيرة، ويكون الصوت الناتج متناغمًا . على سبيل المثال، تتحد نغمة تهتز بتردد 200 هرتز مع نغمة تهتز بتردد 300 هرتز ( خمسة تامة ، أو نسبة 3/2 ، فوق 200 هرتز ) لتكوين موجة تتكرر بتردد 100 هرتز: كل 1/100 من الثانية، تتكرر موجة 300 هرتز ثلاث مرات، بينما تتكرر موجة 200 هرتز مرتين. لاحظ أن الموجة المركبة تتكرر بتردد 100 هرتز ، على الرغم من عدم وجود مكون جيبي فعلي بتردد 100 هرتز ناتج عن مصدر صوتي منفرد.        

بالإضافة إلى ذلك، تحتوي النغمتان الصادرتان من الآلات الصوتية على نغمات ثانوية توافقية تتضمن العديد من النغمات التي تشترك في نفس التردد. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي نغمة بتردد توافقي أساسي يبلغ 200 هرتز على نغمات ثانوية توافقية عند: 400، 600، 800، 1000 ، 1200 ، 1400 ، 1600 ، 1800 ، ... هرتز . ويمكن أن تحتوي نغمة بتردد أساسي يبلغ 300 هرتز على نغمات ثانوية توافقية عند: 600، 900، 1200 ، 1500 ، 1800 ، ... هرتز . تشترك النغمتان في نغمات توافقية عند 600، 1200، 1800 هرتز ، بالإضافة إلى نغمات أخرى متطابقة في كل سلسلة.    

على الرغم من أن آلية السمع البشري التي تُحقق ذلك لا تزال غير مفهومة تمامًا، إلا أن الملاحظات الموسيقية العملية التي أُجريت على مدى ألفي عام تقريبًا [ 10 ] تُشير إلى أن اجتماع الموجات المركبة ذات الترددات الأساسية القصيرة والنغمات الجزئية المشتركة أو المتقاربة هو ما يُسبب الإحساس بالتناغم: فعندما يكون ترددان قريبين من كسر بسيط، ولكن ليسا متطابقين تمامًا، فإن الموجة المركبة تدور ببطء كافٍ لسماع إلغاء الموجات كنبض ثابت بدلًا من نغمة. يُسمى هذا بالخفقان ، ويُعتبر مزعجًا أو نشازًا .

يُحسب تردد الخفقان على أنه الفرق بين ترددي النوتتين. عندما تكون النوتتان متقاربتين في الحدة، فإنهما تخفقان ببطء كافٍ بحيث يمكن للإنسان قياس فرق التردد بالسمع، باستخدام ساعة توقيت ؛ كان ضبط توقيت الخفقان هو الطريقة التي كان يتم بها ضبط البيانو والقيثارات والهاربسيكوردات على المقامات المعقدة قبل ظهور أجهزة الضبط بأسعار معقولة .

  • بالنسبة للمثال أعلاه، | 200 هرتز − 300 هرتز | = 100 هرتز.
  • كمثال آخر من نظرية التضمين ، فإن مزيجًا من 3425 هرتز و 3426 هرتز سينبض مرة واحدة في الثانية، لأن | 3425 هرتز - 3426 هرتز | = 1 هرتز .

الفرق بين التناغم والتنافر غير محدد بدقة، ولكن كلما زاد تردد الخفقان، زاد احتمال أن تكون الفاصلة الموسيقية متنافرة. اقترح هيلمهولتز أن أقصى قدر من التنافر يحدث بين نغمتين نقيتين عندما يكون معدل الخفقان حوالي 35  هرتز. [ 11 ]

الميزان

تُستمد مادة المقطوعة الموسيقية عادةً من مجموعة من النغمات تُعرف باسم السلم الموسيقي . ولأن معظم الناس لا يستطيعون تحديد الترددات المطلقة بدقة ، فإن هوية السلم الموسيقي تكمن في نسب الترددات بين نغماته (المعروفة بالفواصل الموسيقية ).

يظهر السلم الموسيقي الدياتوني في الكتابة الموسيقية عبر التاريخ، ويتألف من سبع نغمات في كل أوكتاف . في نظام التناغم الطبيعي، يمكن بناء السلم الدياتوني بسهولة باستخدام أبسط ثلاث فواصل موسيقية داخل الأوكتاف، وهي الخامسة التامة (3/2)، والرابعة التامة (4/3)، والثالثة الكبيرة (5/4). ولأن أشكال الخامسة والثالثة موجودة بشكل طبيعي في سلسلة النغمات التوافقية للمرنانات التوافقية، فإن هذه العملية بسيطة للغاية.

يوضح الجدول التالي النسب بين ترددات جميع نغمات السلم الموسيقي الكبير والتردد الثابت للنغمة الأولى من السلم.

جدهـFجيأبج
19/85/44/33/25/315/82

توجد سلالم موسيقية أخرى متاحة من خلال التناغم الطبيعي، مثل السلم الصغير . أما السلالم التي لا تلتزم بالتناغم الطبيعي، بل تُعدّل فواصلها لتلبية احتياجات أخرى، فتُسمى "المزاجات" ، وأكثرها استخدامًا هو المزاج المتساوي . ورغم أن المزاجات تُخفي نقاء الصوت الذي تتميز به الفواصل الطبيعية، إلا أنها غالبًا ما تتمتع بخصائص مرغوبة، مثل دائرة الخماسيات المغلقة .

بالنسبة للعديد من الآلات الموسيقية، لا يحدد العازف سوى توقيت وشدة بداية النوتة، والتي تتلاشى بعد ذلك بشكل مستقل عن إرادته. كما أن بداية النوتة عنصر أكثر أهمية للمستمع من نهايتها. [ 12 ] [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بيناد، آرثر هـ. (1990). أساسيات الصوتيات الموسيقية . منشورات دوفر. ISBN 9780486264844.
  2. ↑ فليتشر، نيفيل هـ.؛ روسينغ، توماس (23-05-2008). فيزياء الآلات الموسيقية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 9780387983745.
  3. ↑ كامبل، موراي؛ جريتد، كلايف (28 أبريل 1994). دليل الموسيقي للصوتيات . مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN 9780191591679.
  4. ^ رويدر ، خوان (2009). الفيزياء والفيزياء النفسية للموسيقى: مقدمة (4 ed.). نيويورك: سبرينغر-فيرلاغ. رقم ISBN  9780387094700.
  5. ^ هنريكي، لويس ل. (2002). Acústica الموسيقية (باللغة البرتغالية). مؤسسة كالوست جولبنكيان. رقم ISBN 9789723109870.
  6. ↑ واتسون، لانهام، آلان إتش دي، إم إل (2009). بيولوجيا الأداء الموسيقي والإصابات المرتبطة بالأداء . كامبريدج: دار سكيركرو للنشر. ISBN 9780810863590.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  7. 1 2 هيلمهولتز، هيرمان إل إف؛ إليس، ألكسندر جيه. (1885). حول أحاسيس النغم كأساس فسيولوجي لنظرية الموسيقى بقلم هيرمان إل إف هيلمهولتز . كامبريدج كور. doi : 10.1017/CBO9780511701801 . hdl : 2027/mdp.39015000592603 . ISBN 9781108001779تم الاطلاع عليه بتاريخ 2019-11-04 .{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  8. ↑ كارتومي، مارغريت (1990). حول مفاهيم وتصنيفات الآلات الموسيقية . شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو. ISBN 9780226425498.
  9. ↑ هوبكن، بارت (1996). تصميم الآلات الموسيقية: معلومات عملية لتصميم الآلات . انظر دار شارب للنشر. رقم ISBN 978-1884365089.
  10. ↑ بطليموس، غايوس كلاوديوس . هارمونيكونἉρμονικόν[ التوافقيات ] . سنة حوالي 180 ميلادي .
  11. ↑ "الخشونة" . music-cog.ohio-state.edu (ملاحظات المقرر). موسيقى 829ب. جامعة ولاية أوهايو . 
  12. ↑ Schaeffer 1977 ، ص 230. خطأ في sfn: لا يوجد هدف: CITEREFSchaeffer1977 ( مساعدة )
  13. ↑ "مراحل حماية السمع" .