Sains bunyi: getaran, pic dan warna ton

Bunyi ialah sesuatu yang bergegar

Setiap bunyi bermula dengan sesuatu yang bergetar, bergerak ke depan dan ke belakang dengan sangat pantas: tali gitar, kulit dram, udara di dalam flut, atau pita suara di dalam kerongkong anda. Getaran itu menolak udara di sebelahnya, udara itu menolak udara seterusnya, dan gelombang mampatan dan regangan kecil merebak keluar, seperti riak di kolam.

Apabila gelombang itu sampai ke telinga anda, ia membuat gegendang telinga anda bergegar dengan corak yang sama, dan otak anda mendengar bunyi. Dalam udara pada suhu 20 °C, gelombang itu bergerak kira-kira 343 meter setiap saat; dalam air ia lebih daripada empat kali lebih pantas. Di angkasa lepas tiada udara untuk membawanya, jadi bunyi langsung tidak dapat bergerak.

Cuba: letakkan jari anda perlahan-lahan di bahagian depan kerongkong dan berdengung. Getaran yang anda rasa itulah yang menghasilkan suara anda.

Pic: berapa kali sesaat

Seberapa pantas sesuatu bergetar menentukan setinggi atau serendah mana bunyinya. Bilangan getaran sesaat dipanggil frekuensi, diukur dalam hertz (Hz), unit yang dinamakan sempena ahli sains Heinrich Hertz. 440 getaran sesaat ialah A4 yang anda temui dalam pelajaran Nama not; 110 sesaat ialah A2, dua oktaf lebih rendah.

Lebih pantas bermaksud lebih tinggi dan lebih perlahan bermaksud lebih rendah. Kekunci paling rendah pada piano, A0, ialah 27.5 Hz, dan yang paling tinggi, C8, kira-kira 4,186 Hz. Telinga yang muda boleh mendengar lebih kurang 20 hingga 20,000 Hz; had atasnya biasanya menurun dengan usia, dan ramai orang dewasa mendengar sehingga kira-kira 16,000 Hz.

• 110 → 880 HzEmpat A pada 110, 220, 440 dan 880 getaran sesaat, sebagai ton sinus tulen.

Oktaf ialah dua kali ganda

Dengar empat A itu sekali lagi. Setiap satu bergetar tepat dua kali lebih pantas daripada yang sebelumnya. Itulah rahsia oktaf daripada pelajaran Nama not: dua not yang berjarak satu oktaf mempunyai frekuensi dalam nisbah 2 berbanding 1, jadi kedua-duanya bergabung dengan begitu baik sehingga berbunyi seperti not yang sama, satu tinggi dan satu rendah.

Nisbah mudah yang lain juga berbunyi lancar. Apabila dua frekuensi berada dalam nisbah 3 berbanding 2, seperti 220 Hz dan 330 Hz, anda mendengar kelima sempurna. Secara kasarnya, semakin mudah nisbahnya, semakin kerap kedua-dua gelombang itu sejajar, dan semakin tenang bunyinya apabila dimainkan bersama.

• 2 : 1 (oktaf)220 Hz dan 440 Hz, mula-mula satu demi satu, kemudian serentak.
• 3 : 2 (kelima)220 Hz dan 330 Hz, mula-mula satu demi satu, kemudian serentak.

Mengapa A = 440

Untuk bermain bersama, pemuzik mesti bersetuju tentang setinggi mana sesuatu not. Hari ini, kebanyakan dunia menala A di atas C tengah kepada 440 Hz. Dahulu tidak begitu: selama berabad-abad pic berubah dari satu tempat ke satu tempat, selalunya mengikut organ tempatan. Pada tahun 1859, Perancis meluluskan undang-undang yang menetapkan A pada 435 Hz.

Pada tahun 1939, sebuah persidangan antarabangsa di London mengesyorkan 440 Hz. Pertubuhan Antarabangsa bagi Pemiawaian (ISO) menerimanya sebagai piawai pada tahun 1955 dan mengesahkannya pada tahun 1975 sebagai ISO 16. Walaupun begitu, bukan semua orang menggunakan tepat 440: banyak orkestra menala sedikit lebih tinggi, di antara kira-kira 440 hingga 444 Hz.

• 440 lawan 435 HzA hari ini, kemudian A Perancis tahun 1859, kemudian kedua-duanya serentak.

Nada atas: mengapa piano dan gitar berbunyi berbeza

Alat muzik sebenar tidak bergetar pada satu kelajuan sahaja. Tali bergetar secara keseluruhan dan, pada masa yang sama, dalam bahagian separuh, satu pertiga, satu perempat dan seterusnya. Jadi not pada 110 Hz juga mengandungi bunyi yang lebih lembut pada 220, 330, 440, 550 Hz dan ke atas: gandaan nombor bulat bagi yang paling rendah. Keluarga ini dipanggil siri harmonik, dan ahli-ahlinya yang lebih tinggi ialah nada atas. Kita mendengar yang paling rendah, iaitu nada asas, sebagai pic not itu.

Setiap alat muzik ada campuran nada atas yang kuat dan lembut tersendiri, dan caranya sendiri untuk bermula dan pudar. Campuran itulah warna tonnya, atau timbre. Itulah sebabnya piano dan gitar yang memainkan A yang sama pada kekuatan yang sama tetap berbunyi berbeza. Gelombang sinus langsung tiada nada atas, dan itulah sebabnya bunyinya begitu ringkas dan licin.

Tangga nada atas di bawah memainkan lapan ahli pertama siri harmonik bagi 110 Hz. Beberapa daripadanya tersasar sedikit daripada kekunci piano: yang ke-7 kira-kira satu pertiga semiton lebih rendah daripada G pada papan kekunci.

• Tangga nada atasLapan harmonik pertama bagi 110 Hz, satu demi satu.
• Bina satu tonMulakan dengan 220 Hz, kemudian tambah 440, 660 dan 880 Hz: bunyinya menjadi lebih penuh.
• Gelombang sinusA4 sebagai gelombang sinus tulen, tanpa nada atas.
• PianoA4 yang sama pada piano.

Temperamen sama rata: dua belas langkah sama

Jika anda menala setiap sela kepada nisbah yang paling mudah, sesetengah kunci berbunyi indah dan yang lain berbunyi sangat sumbang. Penyelesaian biasa hari ini ialah temperamen sama rata dua belas ton (equal temperament): oktaf dibahagikan kepada dua belas semiton yang betul-betul sama. Naik satu semiton mendarabkan frekuensi dengan punca kuasa dua belas bagi 2, kira-kira 1.0595. Lakukannya dua belas kali dan anda tiba tepat pada dua kali ganda: oktaf.

Kelebihannya, setiap kunci berfungsi sama baik, jadi muzik boleh berpindah ke mana-mana kunci. Kosnya, kebanyakan sela tersasar sedikit sahaja daripada nisbah mudah. Pemuzik mengukur jurang kecil ini dalam sen: satu semiton ialah 100 sen. Kelima dalam temperamen sama rata hanya kira-kira 2 sen lebih sempit daripada kelima tulen 3:2, tetapi ketiga major dalam temperamen sama rata kira-kira 14 sen lebih lebar daripada ketiga tulen 5:4. Penyanyi dan pemain alat bertali, yang boleh melaraskan setiap not, sering condong ke arah versi tulen. Sejauh mana anda dapat mendengar perbezaannya berbeza dari seorang ke seorang.

Temperamen sama rata telah menjadi penalaan utama dalam muzik Barat sejak abad ke-20. Sebelum itu, beberapa penalaan lain digunakan, dan pemain alat papan kekunci beralih kepada temperamen sama rata secara beransur-ansur sahaja.

• Ketiga sama rataC dan E seperti pada piano moden: dengar getaran halus yang berkilau.
• Ketiga tulen (5:4)Ketiga yang sama dengan E diturunkan 14 sen: lebih licin dan lebih tenang.

Denyutan: bunyi wa-wa semasa menala

Apabila dua not sangat hampir tetapi tidak sama, gelombangnya keluar masuk sejajar. Apabila sejajar, bunyinya menjadi lebih kuat, dan apabila saling membatalkan, bunyinya menjadi lebih lemah, jadi anda mendengar wa-wa-wa yang berulang sekata. Denyut-denyut ini dipanggil denyutan (beats), dan bilangan denyutan sesaat sama dengan beza antara dua frekuensi itu: 440 Hz dan 442 Hz memberikan 2 denyutan sesaat.

Denyutan ialah kawan baik orang yang menala. Semakin hampir tali anda dengan not yang betul, semakin perlahan denyutannya, dan apabila denyutan hilang, kedua-dua not itu sudah sepadan. Penala piano malah mengira denyutan untuk menetapkan sela. Jika not-not itu semakin jauh, denyutan menjadi terlalu pantas untuk dikira dan bertukar menjadi bunyi yang kasar dan berdengung.

• 440 + 442 HzDua denyutan setiap saat.
• 440 + 445 HzLima denyutan setiap saat: wa-wa yang lebih pantas.
• MenalaNot kedua bergerak semakin hampir dengan 440 Hz sehingga denyutan berhenti.

Cuba: mainkan not yang sama pada dua alat muzik, atau nyanyi bersama satu not panjang, dan dengar denyutannya. Laraskan perlahan-lahan sehingga denyutan menjadi perlahan dan hilang.

Teruskan meneroka

• Nama notMuzik hanya menggunakan tujuh nama not, berulang-ulang seperti hari dalam seminggu. Cari not-not itu pada piano dan pelajari maksud syap dan flat.
• SelaSela ialah jarak antara dua not, seperti mengira anak tangga antara dua orang di tangga. Dengar setiap sela dan pelajari cara mengiranya.
• SkelSkel ialah set not yang naik langkah demi langkah, dibina daripada resipi mudah. Pilih mana-mana not permulaan dan dengar major, minor, pentatonik, blues dan banyak lagi.