Lydens vitenskap: svingninger, tonehøyde og klangfarge

Lyd er noe som rister

Alle lyder begynner med at noe svinger, beveger seg fram og tilbake veldig fort: en gitarstreng, et trommeskinn, lufta inni en fløyte eller stemmebåndene i halsen din. Svingningen dytter på lufta ved siden av, den lufta dytter på neste bit luft, og en bølge av bitte små sammenpressinger og strekk sprer seg utover, som ringer i vannet.

Når bølgen når øret ditt, får den trommehinnen til å riste i det samme mønsteret, og hjernen hører en lyd. I luft på 20 °C går bølgen omtrent 343 meter hvert sekund; i vann går den mer enn fire ganger så fort. Ute i verdensrommet finnes det ingen luft som kan bære den, så der kan lyd ikke bevege seg i det hele tatt.

Prøv selv: legg fingrene forsiktig på forsiden av halsen og nynn. Summingen du kjenner, er svingningen som lager stemmen din.

Tonehøyde: hvor mange ganger i sekundet

Hvor fort noe svinger, avgjør hvor lyst eller dypt det høres ut. Antall svingninger per sekund kalles frekvensen, og den måles i hertz (Hz), en enhet oppkalt etter forskeren Heinrich Hertz. 440 svingninger i sekundet er A4, som du møtte i leksjonen om tonenavn; 110 i sekundet er A2, to oktaver lavere.

Raskere betyr lysere, og saktere betyr dypere. Den dypeste tangenten på et piano, A0, er 27,5 Hz, og den lyseste, C8, er omtrent 4 186 Hz. Et ungt øre kan høre omtrent fra 20 til 20 000 Hz; den øvre grensen synker som regel med alderen, og mange voksne hører opp til omtrent 16 000 Hz.

• 110 → 880 HzFire A-er på 110, 220, 440 og 880 svingninger i sekundet, som rene sinustoner.

En oktav er det dobbelte

Lytt til de fire A-ene igjen. Hver av dem svinger nøyaktig dobbelt så fort som den før. Det er hemmeligheten bak oktaven fra leksjonen om tonenavn: to toner som ligger en oktav fra hverandre, har frekvenser i forholdet 2 til 1, så de smelter så godt sammen at de høres ut som den samme tonen, én lys og én dyp.

Andre enkle forhold høres også myke ut. Når to frekvenser står i forholdet 3 til 2, som 220 Hz og 330 Hz, hører du en ren kvint. Grovt sagt: jo enklere forholdet er, desto oftere treffer de to bølgene hverandre, og desto roligere høres de ut sammen.

• 2 : 1 (oktav)220 Hz og 440 Hz, først én om gangen, så sammen.
• 3 : 2 (kvint)220 Hz og 330 Hz, først én om gangen, så sammen.

Hvorfor A = 440

For å spille sammen må musikere være enige om hvor høy én tone er. I dag stemmer det meste av verden A-en over midt-C til 440 Hz. Slik har det ikke alltid vært: i flere hundre år varierte tonehøyden fra sted til sted, ofte etter det lokale orgelet. I 1859 vedtok Frankrike en lov som satte A til 435 Hz.

I 1939 anbefalte en internasjonal konferanse i London 440 Hz. Den internasjonale standardiseringsorganisasjonen (ISO) tok den i bruk som standard i 1955 og bekreftet den i 1975 som ISO 16. Likevel bruker ikke alle nøyaktig 440: mange orkestre stemmer litt høyere, et sted mellom omtrent 440 og 444 Hz.

• 440 mot 435 HzDagens A, så den franske A-en fra 1859, så begge sammen.

Overtoner: hvorfor et piano og en gitar høres forskjellige ut

Et ekte instrument svinger ikke bare i én fart. En streng svinger i hele sin lengde og samtidig i halvdeler, tredjedeler, firedeler og så videre. En tone på 110 Hz inneholder derfor også svakere lyder på 220, 330, 440, 550 Hz og oppover: hele multipler av den laveste. Denne familien kalles overtonerekken, og de høyere medlemmene er overtoner. Den laveste, grunntonen, hører vi som tonehøyden.

Hvert instrument har sin egen blanding av sterke og svake overtoner, og sin egen måte å begynne og dø ut på. Den blandingen er klangfargen. Det er derfor et piano og en gitar som spiller den samme A-en like sterkt, likevel høres forskjellige ut. En sinusbølge har ingen overtoner i det hele tatt, og derfor høres den så enkel og glatt ut.

Overtonestigen nedenfor spiller de åtte første medlemmene av overtonerekken til 110 Hz. Noen av dem bommer litt på pianotangentene: den 7. er omtrent en tredjedels halvtone lavere enn G-en på klaviaturet.

• OvertonestigeDe åtte første tonene i overtonerekken til 110 Hz, én om gangen.
• Bygg en toneBegynn med 220 Hz og legg til 440, 660 og 880 Hz: lyden blir fyldigere.
• SinusbølgeA4 som en ren sinusbølge, uten overtoner.
• PianoDen samme A4 på piano.

Likesvevende temperatur: tolv like trinn

Stemmer du hvert intervall etter de enkleste forholdene, høres noen tonearter nydelige ut og andre stygt ustemte. Det vanlige svaret i dag er likesvevende temperatur med tolv toner: oktaven deles i tolv nøyaktig like store halvtoner. Går du opp én halvtone, ganges frekvensen med tolvteroten av 2, omtrent 1,0595. Gjør det tolv ganger, så lander du på nøyaktig det dobbelte: oktaven.

Gevinsten er at alle tonearter fungerer like godt, så musikken kan gå til hvilken som helst toneart. Prisen er at de fleste intervaller ligger en bitte liten bit unna de enkle forholdene. Musikere måler disse bitte små avstandene i cent: én halvtone er 100 cent. En likesvevende kvint er bare omtrent 2 cent trangere enn en ren 3:2-kvint, men en likesvevende stor ters er omtrent 14 cent videre enn en ren 5:4-ters. Sangere og strykere, som kan justere hver tone, drar ofte mot de rene utgavene. Hvor tydelig du hører forskjellen, varierer fra person til person.

Likesvevende temperatur har vært den viktigste stemmingen i vestlig musikk siden 1900-tallet. Før det var flere andre stemminger i bruk, og tangentmusikere gikk bare gradvis over til likesvevende temperatur.

• Likesvevende tersC og E som på et moderne piano: lytt etter en svak dirring.
• Ren ters (5:4)Den samme tersen med E senket 14 cent: mykere og roligere.

Svevninger: vå-vå-lyden når du stemmer

Når to toner ligger veldig nær hverandre uten å være like, glir bølgene deres inn og ut av takt. Når de treffer hverandre, blir lyden sterkere, og når de opphever hverandre, blir den svakere, så du hører en jevn vå-vå-vå. Disse pulsene kalles svevninger, og antall svevninger per sekund er lik forskjellen mellom de to frekvensene: 440 Hz og 442 Hz gir 2 svevninger i sekundet.

Svevninger er den beste vennen til den som stemmer. Når du bringer en streng nærmere riktig tone, går svevningene saktere, og når de forsvinner, er de to tonene stemt rent. Pianostemmere teller til og med svevninger for å stille inn intervaller. Hvis tonene kommer langt fra hverandre, blir svevningene for raske til å telle og blir til en ru, summende lyd.

• 440 + 442 HzTo svevninger hvert sekund.
• 440 + 445 HzFem svevninger hvert sekund: en raskere vå-vå.
• Stemme innDen andre tonen nærmer seg 440 Hz til svevningene stopper.

Prøv selv: spill den samme tonen på to instrumenter, eller syng med på en lang, holdt tone, og lytt etter svevninger. Juster sakte til de går saktere og forsvinner.

Utforsk videre

• TonenavnMusikken bruker bare sju tonenavn, om og om igjen, som ukedagene. Finn dem på pianoet og lær hva kryss og b betyr.
• IntervallerEt intervall er avstanden mellom to toner, som å telle trappetrinnene mellom to personer i en trapp. Hør alle intervallene og lær å telle dem.
• SkalaerEn skala er en rekke toner som går oppover trinn for trinn, bygd etter en enkel oppskrift. Velg en hvilken som helst starttone og hør dur, moll, pentatonikk, blues og mer.