اکوستیک و فیزیک صدا

سلام دوستان عزیز.

امروز قصد دارم تا در مورد صدا مطالبی رو خدمت شما تقدیم کنم. برای وارد شدن به بحث تئوری موسیقی، قبل از هر چیز باید صدا رو بشناسیم، و عوامل تولید کننده ی اون بدونیم. مطالبی که در ادامه خدمت شما ارائه میشه، از این سایت گرفته شده. پیشنهادی که واسه مطالعه دارم، واسه دوستانی که نمیتونن یکجا کل این متن رو الان مطالعه کنن این هست که کپیش کنن توی یک فایل متنی، و سر فرصت مطالعش کنن.

منشا صدا

در پیرامون ما صدها و هزاران صدای گوناگون شنیده می شود اما یک نکته در تمامی صداهای مختلفی که شنیده می شوند می شنویم مشترک است و آن ایجاد صدا در نتیجه حرکت و ارتعاش اجسام می باشد. در واقع بدون حرکت هیچ صدایی وجود نخواهد داشت. وقتی یک موتور یا ماشین کار می کند، تولید صدا می کند. وقتی به یک تنبک ضربه می زنیم یا بر یک تار و سه تار و گیتار دست می کشیم صدا تولید می شود. حتی حنجره انسان نیز با جابجا شدن تارهای صوتی توسط هوا صدا تولید می کند. وجه مشترک همه اینها حرکت و تولید ارتعاش است که در اثر آن هوا جابجا شده و تولید صدا می کند. ارتعاشات حاصل از حرکت تارها و دیگر اشیا می توانند تند یا کند باشند. هر چه ارتعاش تندتر باشد فرکانس صدای تولیدی بیشتر است و سرعت حرکت آن بسیار بیشتر از حرکت یک سیم یا تار ضخیم تر می باشد. سیم ضخیم به دلیل کندی حرکت دارای صدای بم تری است و دارای فرکانس کمتری نیز می باشد. با کنار هم قرار دادن و ترکیب کیفی و کمی  این صداها به طور منظم  دسته بندی آنها اصواتی حاصل می شود که شنیدار خوشایندی دارند و این اصوات هستند که زمینه ساز ساختار موسیقی می شوند.

چگونگی حرکت صداها

اصوات حاصل از ارتعاشات به شکل موجی حرکت می کنند(مشابه امواجی که در سطح آب از انداختن یک سنگ در برکه ای ایجاد می شود و امواج دایره به اطراف حرکت می کنند) وقتی یک شیء صداساز(مثلا دیاپازن) را به ارتعاش در می آوریم ارتعاش حاصله در اطراف خود به هوای مجاور فشار می آورد. همین هوای فشرده شده در بازگشت شاخه های دیاپازن به جای خود بر می گردد. این رفت و برگشت در هوا به صورت امواج صوتی به حرکت در می آیند و فشردگیها و بازشدگیهای حاصله چندین بار در ثانیه ادامه می یابند. در این صورت امواج اگر مانعی بر سر راهشان نباشد، قادرند مسافت زیادری را بپیمایند(اگر گوش خود را به زمین بچسبانیم می توانیم صدای حرکت قطار یا حتی برخورد نعلهای یک اسب در حال حرکت را از فاصله دور بشنویم)اما اگر در مسیر صداها مانع جامد و سختی مثل دیوار یا صخره قرار داشته باشد، صدا پژواک می شود.

صدا

صدا بر دو نوع است: صدای موسیقایی و صدای غیر موسیقایی(آوا) . صدای موسیقی شامل اصواتی است که به شکل سرود، و آواز و یا از آلات موسیقی خارج می شود اما صدای  غیر موسیقی یا آوار شامل سایر اصوات است که از دیگر منابع تولید صدا حادث شده و جنبه خوشایند و موسیقی وار را دارا نیستند.

وسعت صوت

وسعت صدا در افراد متفاوت است.بعضی ها بم می خوانند و بعضی ها زیر (اوج).چنانکه فلان آوازه خوان 2 دانگ صدا دارد و دیگری 6 دانگ.منظور از 2دانگ , نرم و آهسته خواندن و منظور از 6 دانگ , زیر و اوج خواندن می باشد.

غربی ها با آزمایشهای دقیق آواز , به تناسب قدرت و ضعف,یعنی همان زیری و بمی , صداها را به 4 دسته تقسیم کرده اند: باس . تنور . آلتو . سوپرانو

خواننده باس آوازی کوتاه و بم دارد و خواننده سوپرانو آوازی بلند و زیر دارد.

در ایران هم از قدیم آوای خوانندگان را به 3 دسته تقسیم کرده بودند و این سه قسم شامل:(از پائین به بالا) دو دانگ , چهار دانگ و شش دانگ بوده است.و چون در ایران وسیله دقیقی برای اندازه گیری قدرت صدا وجود نداشت , بر اساس قدرت و ضعف صداها را به این سه درجه تقسیم کرده بودند.

اصواتی که حاصل ارتعاشات سیستم صوتی انسان می باشد، بطور معمول به شش طبقه یا رده تقسیم می شود که هر یک دارای گستره خاص ارتعاشی خود می باشند و عبارتند از:

1-     سپرانو(صدای زیر زنانه)

2-    متسوسپرانو(صدای متوسط زنانه)

3-    آلتو یا کنترالتو( صدای بم زنانه)

4-    تَنُور (صدای زیر مردانه)

5-    باریتون (صدای متوسط مردانه)

6-    باس (صدای بم مردانه)

هر خواننده حد معینی از اصوات را می تواند بخواند و آن حد متوسط را وسعت صدای آن خواننده می گویند. باید بدانیم همانطور که وسعت سازها قابل تغئیر است وسعت صوت هم قابل تغئیر می باشد.

در کتاب موسیقی فارابی به نام "النغم و الایقاع"(آهنگها و وزنها) بین صدای زن و مرد اختلافی که وجود دارد اینطور فرض شده که اگرعمارتی را در نظر بگیرم , صدای زن حکم طبقه بالای عمارت را دارد و صدای مرد حکم طبقه پائین عمارت.

به طور کلی صدای مردها بم تر از زنهاست که در اصطلاح موسیقی مردها "راست کوک" و زنها "چپ کوک" هستند.

صدا ـ تن رِنگ و زیر و بم

هر بازگشت مناسب و تاثیر شنوایی در آکوستیک را صوت می نامند. در واقع بخش امواج صوتی در فیزیک توسط نوسانات مختلف (حرکت ارتعاشی) یک جسم قابل ارتجاع و قابل ارتعاش و به اشکال مختلف جامد، مایع وگاز به وجود می آید. نوسانات به وجود آمده که در هوا جریان می یابند  توسط مولکولهای هوا به فضاهای مجاور منتقل شده و امواج صوتی به گوش می رسد. این امواج به نوسانات پاندولی شبیه است که تحت تاثیر نیرویی به نوسان درآید. در مقابل نوسان دوبل،که آن را پاندول با یک حرکت کامل رفت و برگشت ما بین B_C اجرا می کند. به عنوان یک نوسان محسوب می شود.

دامنه نوسان (Amplitude) توسط قوس AB که برابر با قوس AC است. نشان داده می شود و شماره نوسان نشان دهنده تعداد نوسانات کاملی است که دریک ثانیه انجام می گیرد. گوش انسان قادر است محدوده ای از 20 تا 20هزار نوسان در ثانیه را به عنوان تُن حس کند. اما این نوسانات بر دو نوع نامنظم مانند چک چک آب و حرکت سم  اسب که به آنها نوفه می گویند و نوع منظم که به اصواب و نوسانات منظم و متناوب مشهور هستند مانند موزیک. در موسیقی فقط نوسانات متناوبی که فواصل زمانی یکسانی دارند استعمال می شوند و چون قابلیت ارتعاش جسم به وجود آورنده تن در درجه اول اهمیت قرار دارد، بنابراین اجسام خاصی در موسیقی بکار می روند مانند سیمها، ورقه و تنه های فلزی، ملیه های فلزی، پدال، زبانه و مفتولهای چوبی پوست و لوله های فلزی حبس کننده صدا که این اجسام توسط ضربه زدن ، زخمه زدن ، آرشه کشیدن، کشیده و رها کردن، دست زدن ، ضربه به وسیله چکش یا چوبک و میله و ... که همگی به وجود آورنده نوسانات عرضی هستند که این نوسانات بتدریج به نوسانات عمودی (یعنی حالت اولیه، برگشت به وضع اول) تبدیل می شوند و برعکس در سازهای لوله ای با هوای محبوس تنها نوسانات طولی ایجاد می شود که این نوسانات باعث تغییر و تبدیل دامنه نوسان امواج می شوند و همچنین نوسانات عرضی ورودی از هوای مجاور نیز در مسیر نوسانات طولی قرار می گیرند.

اما قدرت تن صدا بستگی به دامنه نوسان یک جسم در حال ارتعاش دارد. همینطور تابع نیروی وارد شده برای ارتعاش یک سیم ویولن را اگر به محکمی آرشه بکشیم سازنده ارتعاشات (نوسانات) با دامنۀ طولانی تر و تن قویتری را نسبت به یک آرشه کشیدن ضعیف از خود خارج می کند.

زیر و بم بودن نتها نیز به آسانی توسط تعداد نوسانات معین می شوند. چرا که هر چه تعداد نوسانات بیشتر باشد به همان میزان تن ریزتر می شود.

رنگ تن نیز در سازهای مختلف متفاوت است. بطور مثال طنین Do اگر توسط چند ساز مانند فلوت، ویولن، قرنی و ترومپت و یا سازهای دیگر اجرا و نواخته شوند با یکدیگر متفاوت است و رنگ تنها به شکل زیر معین می شود:

1-     به وسیله به وجود آورنده تن ( ضربه، آرشه، دمیدش)

2-     به وسیله جنس، فرم و حجم آلات و سازهای موسیقی

3-     به وسیله فرم اصلی نوسانات

4-     به وسیله نوع و میزان سُری تن های هارمونیک ترکیب شونده با تن پایه

5-     به وسیله قدرت و نیروی نسبی تن هارمونیک نسبت به تن پایه خود

به هر طریق یک نت که به گوش می رسد در اصل از ترکیب تن های زیادی به وجود آمده که این تن های آهسته و نارسا و هم نوسان را تن های هارمونیک می نامند.

اکوستیک در سالن

اجرای موسیقی در اماکنی مانند سالنهای نمایش و کنسرت و تالارها؛ اکوستیک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. چرا که شنوایی در یک سالن و تالار بزرگ بستگی به نوع و چگونگی انتشار و انعکاس صدا و همین طور برگشت آن دارد. امواج صوتی مدور و کروی بوده و به اطراف انتشار می یابند و هنگامی که به مانعی ( دیوار تالار) برخورد می کنند بنا بر قانون انعکاس برگشت می نمایند. اکوستیک و پوشش دیوارها و سقف بایستی به طریقی باشد که صدا را تقویت نموده و از هدر رفتن صدا یا اکو شدن و پژواک آن جلوگیری نماید. در این محلها به وسیله پارچه چوب و مواد خاص دیوارها و سقف پوشش می شوند.

تفاوت اصوات سازها

در تمامی اشیاء و عناصر قابل ارتعاش و صدادار و همین طور سازها اختلافات طول موجی و فرکانسی وجود دارد. در تمام صداها و نغمه های موسیقی که در اثر ارتعاش یک سیم در سازهای بادی و یا ارتعاش از سازهای کوبه ای ، ضربه ای، کلاویه و غیره حاصل می شود دلیل اولیه آن وجود پتانسیل حرکتی و دوم عامل حرکت زا می باشد که در اثر ایجاد حرکت در شی و جابجایی ها ارتعاش ایجاد شده و صوت حاصل می شود. در ایجاد یک نغمه واحد از یک ساز تعداد بیشماری صدای فرعی به نام سیستم اجزائی یا هماهنگ یا فراآهنگ دخالت دارد که شدت هر یک از آنها و در هر جزء از هر ساز به نسبت معینی می باشد و به همین دلیل است که طنین (تن و رنگ) صداهای حاصله از سازهای مختلف با یکدیگر متفاوت بوده و در عین حال نوعی کیفیت صوتی به نام (خوش صدایی) وجود دارد که این نیز به عنوان ابزار تمیز دادن و شناخت اصوات حاصل از سازهای گوناگون بکار گرفته می شود.

قانون تارهای مرتعش

1-     قانون اثر طول: فرکانس صوت اصلی تار مرتعش با طول تار نسبت عکس دارد.

2-    قانون اثر نیروی کشش: فرکانس صوت اصلی تار مرتعش با جذر نیروی کشش تار متناسب است.

3-    قانون اثر جرم: فرکانس صوت اصلی تار مرتعش با جذر جرم واحد طول تار نسبت عکس دارد.

4-    قانون هم آهنگها: با یک تار مرتعش می توان هم آهنگهای فر و زوج صوت اصلی را نیز تولید نمود.

ویبراسیون، شوبن، کامبینایشن

اگر دو سیم یا شیء قابل ارتعاش(کوک شده در یک صدا و اکتاو) به صدا درآیند. تُن ها در هم می آمیزند اگر دو سیم یا دو شیء مزبور کاملا در یک کوک قرار نگرفته باشند این برخورد صدا را شوبن می نامند کامبیناشن یا تن های ترکیبی نیز جزء همین شوبن قرار می گیرند.

رزونانس

هنگامیکه سیم های مربوط به دو ویولن هم کوک باشند و برای نمونه سیم سل یکی از دو ویولن به صدا در آید. سیم سل در ویولن دیگر هم به نوسان در می آید. این هم نوسانی و هم صدایی را رزونانس می نامند. این یک پدیده خاص اکوستیک است و مفهوم آن چنین است که هر جسم صدا دهنده قابل ارتعاش ، نوسانی مختص به خود و با طول موج معین را دارا می باشد و زمانی که جسم مزبور به امواج صوتی هم طول خود برخورد کند فورا  به نوسان درخواهد آمد.

اگر ما یک دیاپازون را به صدا درآورده و در هوا نگهداریم. تُن آن خفیف است. حالا اگر آن را روی قطعه چوبی قرار دهیم صدای آن بسیار بالاتر می رود. چون رشته های چوب(آوند) به نوسان درآمده و این لرزش را از سطح بالایی چوب در فضا جریان می دهند. بدین طریق توده اصوات حاصله بسیار بیشتر بوده و در هوا به حرکت در می آیند که با توده های به حرکت درآمده صدای دیاپازون مخلوط شده و به گوش می رسد. این خاصیت هم نوسانی در سازهای زهی و مضرابی مانند چنگ، تار، گیتار و ... به خوبی قابل مشاهده است.

نوانس

نوانس در قطعه موسیقی عبارت است از میزان توان و ملایمتی(تندی و کندی) که به صدا داده می شود. نوانس درموسیقی مثل سایه و روشن در نقاشی است که بدون این عناصر هنرمند قادر به ابراز بیان خویش نمی شود.

مثل کلاس درس شد؟! شرمنده، اگه میخواین موزیسین خوبی باشین، باید این اصول رو بدونین. در ادامه دیگه به این شکل نخواهد بود. بهتون قول میدم جذاب و جذابتر بشه 

 تا روزی دیگر، و مطلبی دیگر دوستای خوبم.