음악 음향학

Musical acoustics

음악 음향학 또는 음악 음향학은 물리학,[1][2][3] 정신물리학,[4] 장기학[5](악기의 분류), 생리학,[6] 음악 이론,[7] 자기학,[8] 신호 처리, 악기 제작 등의 지식을 다른 학문 중에서 [9]결합한 다학제 분야다. 음향학의 한 분야로서, 그것은 음악을 만들기 위해 소리가 어떻게 이용되는지에 대한 음악의 물리학을 연구하고 묘사하는 것과 관련이 있다. 연구분야의 예로는 악기의 기능, 인간의 목소리(말과 노래의 물리학), 멜로디의 컴퓨터 분석, 음악치료에서의 음악의 임상적 이용 등이 있다.

음악 음향학의 선구자는 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)로 19세기 독일의 다산수학자로서 영향력 있는 의사, 물리학자, 생리학자, 음악가, 수학자, 철학자였다. 그의 저서 '음악[7] 이론의 생리학적 기초로서의 톤의 감각에 관한 것'은 음악 이론, 음악 공연, 음악 심리학 및 악기의 물리적 행동에 완전히 새로운 관점을 제공한 몇 가지 연구와 접근법의 혁명적인 요약본이다.

연구방법 및 분야

물리적인 측면

음을 연주하는 바이올린의 분광그램과 그 위의 5분의 1까지. 공유된 부분은 흰색 대시로 강조 표시된다.

두 개의 다른 음을 동시에 낼 때마다, 그들의 음파는 서로 상호작용을 한다 – 기압의 고조와 저조는 서로 강화시켜 다른 음파를 만들어낸다. 사인파가 아닌 반복 음파는 적절한 주파수 및 진폭(주파수 스펙트럼)의 다양한 사인파로 모델링할 수 있다. 인간의 경우 청각 기관(귀와 뇌의 합성)은 대개 이러한 음조를 분리하여 뚜렷하게 들을 수 있다. 한 번에 두 개 이상의 음을 재생할 때, 귀에 있는 기압의 변동은 각각의 음을 "포함"하며, 귀와/또는 뇌는 그것들을 분리하여 뚜렷한 음조로 해독한다.

원래 음원이 완벽하게 주기적인 경우 음은 기본 및 고조파, 부분 또는 오버톤이라고 불리는 여러 개의 관련 사인파(수학적으로 서로 추가)로 구성된다. 그 소리들은 조화 주파수 스펙트럼을 가지고 있다. 현존하는 가장 낮은 주파수는 기본이며, 전체 파동이 진동하는 주파수다. 오버톤은기본보다 빠르게 진동하지만, 총파가 정확히 각 사이클과 같으려면 기본 주파수의 정수 배수로 진동해야 한다. 실제 악기는 주기적인 것에 가깝지만 오버톤의 주파수가 약간 불완전하기 때문에 시간이 흐르면서 파도의 모양이 약간 변한다.[citation needed]

주관적 측면

이어북에 대한 기압의 변화, 그리고 그에 따른 물리적, 신경학적 처리와 해석은 소리라는 주관적 경험을 낳게 한다. 사람들이 뮤지컬로 인식하는 대부분의 소리는 비주기적인 진동보다는 주기적인 진동이나 규칙적인 진동에 의해 지배된다; 즉, 음악적인 소리는 일반적으로 확실한 음조를 가지고 있다. 이러한 변화들이 공기를 통해 전달되는 것은 음파를 통해서이다. 아주 간단한 경우, 사운드 파형의 가장 기본적인 모델로 여겨지는 사인파 음은 기압을 규칙적으로 증가시키거나 감소시키는 원인이 되며, 매우 순수한 음조로 들린다. 순수한 톤은 포크나 휘파람을 조율하여 만들 수 있다. 기압이 진동하는 속도는 허츠라고 불리는 초당 진동수로 측정되는 톤의 주파수다. 주파수는 인지된 피치의 주요 결정 요인이다. 기압 변화에 따라 고도에 따라 악기의 주파수가 변할 수 있다.

악기의 피치 범위

: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 banjomandolinguitarbass guitarharpsichordharpPlucked string instrumentviolinviolacellodouble bassoctobassviolin familyBowed string instrumentchordophonessopranomezzo-sopranoaltotenorbaritonebass (sound)Vocal range

*이 차트는 C까지만0 표시되지만 보드워크 홀 강당 오르간과 같은 일부 파이프 기관은 C−1(C0 아래 1 옥타브)까지 확장된다. 또한 하위 콘트라베이스 튜바의 기본 주파수는 B♭−1이다.


고조파, 부분 및 오버톤

고조파 척도

근본은 전파가 진동하는 빈도다. 오버톤은 기본보다 높은 주파수에서 존재하는 다른 사인파 성분이다. 기본과 오버톤을 포함하여 총 파형을 구성하는 모든 주파수 성분을 부분이라고 한다. 그들은 함께 조화 계열을 형성한다.

기본의 완벽한 정수배수인 오버톤을 고조파라고 한다. 오버톤이 조화에 가깝지만 정확하지 않을 때는 단순히 고조파라고 부르는 경우가 많지만, 때때로 고조파 부분이라고 부른다. 때때로 고조파 근처 어디에도 없는 오버톤이 만들어지기도 하고, 단지 부분적인 오버톤이나 부조화적인 오버톤이라고 불릴 뿐이다.

기본 주파수는 첫 번째 고조파와 첫 번째 부분 주파수로 간주된다. 그 다음 부분과 고조파의 번호 매김은 대개 같다. 두 번째 부분에서는 두 번째 고조파 등이 있다. 그러나 부조화 부분이 있다면, 그 숫자는 더 이상 일치하지 않는다. 오버톤은 기초 위에 나타나면서 번호가 매겨진다. 그래서 엄밀히 말하면, 첫 번째 오버리원은 두 번째 부분(그리고 보통 두 번째 고조파)이다. 이것은 혼란을 초래할 수 있기 때문에, 보통 고조파만 그 숫자로 언급되고, 오버톤과 부분적인 것은 그 고조파와의 관계에 의해 설명된다.

고조파 및 비선형성

대칭 및 비대칭 파형. 적색(상단)파에는 기본 고조파와 홀수 고조파만 들어 있고, 녹색(하단)파에는 기본 고조파와 짝수 고조파만 들어 있다.

주기적인 파동이 기본적이고 유일한 홀수 고조파(f, 3f, 5f, 7f, ...)로 구성될 때, 합계는 반파 대칭이다. 반전될 수 있고 위상이 이동될 수 있으며 정확하게 동일하다. 파동에 균일한 고조파(0f, 2f, 4f, 6f, ...)가 있으면 비대칭이며, 상반부는 하단의 거울 이미지가 아니다.

반대로 파형의 형태를 바꾸는 시스템(단순한 스케일링이나 시프트를 넘어)은 추가적인 고조파(조화학적 왜곡)를 만들어 낸다. 이것을 비선형 체계라고 한다. 만약 그것이 파동에 대칭적으로 영향을 미친다면, 생성된 고조파들은 모두 이상하다. 만약 그것이 고조파에 비대칭적으로 영향을 미친다면, 적어도 하나의 짝수 고조파(그리고 아마도 홀수 고조파)가 생성된다.

하모니

주요 기사: 하모니

단순 분율(예: 2/1, 3/2 또는 5/4)인 주파수 비율과 함께 두 음을 동시에 재생할 경우, 합성 파장은 여전히 주기적이며 짧은 시간 동안 조합이 자음음을 낸다. 예를 들어 200Hz에서 진동하는 노트와 300Hz에서 진동하는 노트가 합쳐져 100Hz에서 반복되는 파동을 만든다: 1/100초마다 300Hz 파동이 세 번 반복되고 200Hz 파동이 두 번 반복된다. 전체 파형은 100Hz에서 반복되지만 실제 100Hz 사인파 성분은 없다는 점에 유의하십시오.

또한, 두 노트는 같은 부분적인 부분이 많이 있다. 예를 들어 기본 주파수가 200Hz인 노트는 :(200,) 400, 600, 800, 1000, 1200, …에 고조파를 가진다.

기본 주파수가 300Hz인 노트는 :(300,) 600, 900, 1200, 1500 … 두 노트는 600 Hz와 1200 Hz에서 고조파를 공유하며, 시리즈에서 더 많은 것이 일치한다.

기본 주파수가 짧은 복합파와 공유되거나 밀접하게 연관된 부분들의 조합이 조화의 느낌을 유발한다. 두 주파수가 단순한 분수에 가깝지만 정확하지는 않을 때, 복합파는 톤 대신 일정한 맥박으로 파장의 취소를 들을 수 있을 정도로 천천히 순환한다. 이것을 구타라고 하며, 불쾌하거나 불협화음으로 간주된다.

박동 빈도는 두 음의 빈도 차이로 계산된다. 위의 예에서 200Hz - 300Hz = 100Hz. 또 다른 예로, 3425Hz와 3426Hz의 조합은 초당 한 번(3425Hz - 3426Hz = 1Hz) 박동한다. 이것은 변조 이론에서 따온 것이다.

조화와 불협화음의 차이는 명확히 규정되어 있지 않지만 박동 주파수가 높을수록 구간이 불협화음일 가능성이 높다. 헬름홀츠는 박동수가 대략 35Hz일 때 두 개의 순수한 톤 사이에 최대 불협화음이 발생할 것이라고 제안했다. [1]

저울

주요 기사: 음계

음악 작곡의 재료는 보통 음계라고 알려진 음조의 모음에서 따온 것이다. 대부분의 사람들이 절대 주파수를 적절하게 결정할 수 없기 때문에 척도의 정체는 음조 사이의 주파수 비율(구간으로 알려져 있음)에 있다.

주요 기사: 그냥 억양

이음계 음계는 역사를 통틀어 글로 나타나며, 각 옥타브에 7개의 음조로 구성되어 있다. 단지 억양으로 이음계 척도는 옥타브 내에서 가장 단순한 세 개의 간격, 완벽한 다섯 번째(3/2), 완벽한 네 번째(4/3) 및 주요한 세 번째(5/4)를 사용하여 쉽게 구성될 수 있다. 5번째와 3번째의 형태는 자연스럽게 고조파 공명기의 오버론 계열에 존재하기 때문에, 이것은 매우 간단한 과정이다.

다음 표는 단지 주요 척도의 모든 음과 척도의 첫 번째 음의 고정 주파수 사이의 비율을 보여준다.

C D E F G A B C
1 9/8 5/4 4/3 3/2 5/3 15/8 2

단지 억양을 통해 이용할 수 있는 다른 척도들이 있다. 예를 들어, 작은 척도. 억양만을 고수하지 않고 대신 다른 필요를 충족시키기 위해 간격을 조정하는 척도를 기질이라고 하는데, 그 중 평등한 기질이 가장 많이 사용된다. 템포는 단지 간격의 음향 순도를 모호하게 하지만 5분의 1의 폐쇄 원과 같은 바람직한 특성을 갖는 경우가 많다.

참고 항목

참조

  1. ^ Benade, Arthur H. (1990). Fundamentals of Musical Acoustics. Dover Publications. ISBN 9780486264844.
  2. ^ Fletcher, Neville H.; Rossing, Thomas (2008-05-23). The Physics of Musical Instruments. Springer Science & Business Media. ISBN 9780387983745.
  3. ^ Campbell, Murray; Greated, Clive (1994-04-28). The Musician's Guide to Acoustics. OUP Oxford. ISBN 9780191591679.
  4. ^ Roederer, Juan (2009). The Physics and Psychophysics of Music: An Introduction (4 ed.). New York: Springer-Verlag. ISBN 9780387094700.
  5. ^ Henrique, Luís L. (2002). Acústica musical (in Portuguese). Fundação Calouste Gulbenkian. ISBN 9789723109870.
  6. ^ Watson , Lanham, Alan H. D., ML (2009). The Biology of Musical Performance and Performance-Related Injury. Cambridge: Scarecrow Press. ISBN 9780810863590.
  7. ^ a b Helmholtz, Hermann L. F.; Ellis, Alexander J. (1885). "On the Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music by Hermann L. F. Helmholtz". Cambridge Core. Retrieved 2019-11-04.
  8. ^ Kartomi, Margareth (1990). On Concepts and Classifications of Musical Instruments. Chicago: University of Chicago Press. ISBN 9780226425498.
  9. ^ Hopkin, Bart (1996). Musical Instrument Design: Practical Information for Instrument Design. See Sharp Press. ISBN 978-1884365089.

외부 링크