هارمونیک

[pejman]

شاید برای بسیاری از افراد همیشه این سوال وجود داشته که چطور فقط با 3 كليد(والف)، انواع نتها روي ترومپت قابل اجراست ؟و اینکه چرا وقتی دو ساز مختلف مثل ویلن و پیانو هنگامی که یک نت را مینوازند، با این حال صداهای کاملآ متفاوتی دارند؟ چرا اجرا بعضی نتها با هم خوش صدا ولی برخی دیگر آزار دهنده میشود؟ آیا یک مجموعه سمپل شده قابل پیشبینی است؟ و بسیاری سوالات دیگر که در نگاه اول جواب آنها کاملآ متفاوت بنظر میرسد،اما باید توجه داشت جواب دادن به بسیاری از این سوالات در گرو دانستن این نکته است که"هارمونیک" چیست؟

در واقع با دانستن این مطلب که هارمونیک چیست ،میتوانید به این سوالات جواب دهید.

در ابتدا نگاهی گذرا به اصول کاربردی اکوستیک داریم و سپس وارد مبحث تعریف هارمونیک میشویم و بعد، اثرات و نتایج حاصل از آن را پی میگیریم.

چند نوع صدا داریم؟
یک قطعه موسیقی از مجموعه نتهای زیر و بم ساخته میشود و تمام اصوات مکانیکی که میشنویم از برهم نهاده شدن و تداخل ارتعاشات حاصل از ضربه و در هم ریختن فضای مادی است؛ در این میان اصواتی نیز وجود دارند که وقتی روی طیف نما (spectrogram) نمایش داده میشوند ،به شکل تپه مانند یا خرده خردهای ریز ظاهر میشوند و به واقع نت مشخصی را نمیتوان به آنها نسبت داد(زیر وبمی یا فرکانس مشخصی ندارند) که به آنها نویز یا نوفه میگویند. مثل صدای شکستن یک شیشه یا ضربه زدن به یک توپ؛ فعلآ وارد مبحث اصلی میشویم که در مورد اصوات موسیقایی است که برای آنها میتوان فرکانس معین تعریف کرد .

انواع موجهای موسیقایی :
اگر دو سیم همجنس و همطول(شرایط مشابه) را که بین دو نقطه محکم بسته شده اند با یک شدت بکشیم،دو صوتی که از آنها حاصل میشود به هیچ وجه قابل تشخیص نیست، حتی در اینجا میتوانیم ادعای رزونانس(تشدید) داشته باشیم. اما اگر همین کار را فقط با این تفاوت که سیمها روی دو ساز مختلف بسته شده باشند، انجام دهیم، صدای دو سیم با هم فرق میکند. این تفاوت در چیست؟

باید توجه داشت وقتی سیم روی یک جعبه تشدید کننده صدا( ساز ) بسته میشود،صوت حاصل، یک موج ساده سینوسی نیست بلکه به آن صوت مرکب میگویند،در حقیقت موج مرکب موجی است که از برهم نهاده شدن چند موج بوجود آمده؛این نوع صوت دارای ویژگی رنگ(طنین) است.

به اختلاف میان این دو تصویر توجه کنید:( شکل سمت راست نشاندهنده یک موج سینوسی ساده و شکل سمت چپ یک موج مرکب است.)
[External Link Removed for Guests]
تفاوت میان دو صوت :
اگر به شکل بالا توجه کنید،ملاحظه میکنید که هر دو شکل یک فرکانس دارند(چون در قطعات زمانی مساوی روی هر دو، تعداد موج برابر میبینیم) اما شکل موج آنها متفاوت است؛ لذا دو صدای متفاوت میشنویم.علت اساسی این موضوع به این جمله برمیگرد که اغلب آن را شنیده یا دیده ایم :"سه عامل مهم که سبب بوجود آمدن تفاوت میان دو صوت میشود،1-بلندی صوت،2-فرکانس(ارتفاع) و 3- طنین(رنگ) است".

به تفاوت این چند شکل موج که هر کدام مربوط به یک ساز است توجه کنید:

[External Link Removed for Guests]
دو شکل بالا مربوط است به شکل موج گیتار اکوستیک و دیگری گیتار الکتریک که هر دو در حال نواختن یک نت هستند و دو شکل پایین مربوط به ترومبون و ترومپت میشود که آن دو هم یک نت را اجرا میکنند؛ اما دقت کنید که نتی که دوساز بالایی میزنند از نتی که دو ساز پایین در این مجموعه اجرا میکنند متفاوت است، دلیل آن چیست؟
[External Link Removed for Guests]
یک نکته :
علی رغم اینکه در بسیاری کتب اشاره میشود که این خصوصیات( فرکانس، بلندی و رنگ ) از هم مجزا هستند، توجه داشته باشید که این تفکیک کیفیتها صد در صد نیست . مثلآ اگر یک تن خالص را یک بار با فرکانس 100 یا 200 هرتز را ابتدا با تراز بلندی معتدل و سپس با تراز بلندی زیاد اجرا کنیم؛ این طور به نظر میرسد که فرکانس صدایی که بلندتر اجرا شده بیشتر از صدایی بوده که آرام(بلندی کم) داشته در صورتی که در ابتدا گفتیم هر دو یک فرکانس دارند!

این گونه آزمایشات اثبات کرده اند که وقتی بلندی صوتی را زیاد میکنیم،تنزل فرکانسی در فرکانسهای پایینتر و همچنین تنهای خالص سینوسی محسوستر است. اما در فاصله ای که گوش انسان حساسیت بیشتری دارد،ارتفاع صوت نسبتآ به فرکانس وابسته نیست و همچنین برای صداهای موسیقی معمولی این تغیرات به 20 % هم نمیرسد.

هرکدام از این کیفیتها روی چه قسمتی کار میکنند؟
در حقیقت وقتی در حال تغیراتی روی بلندی صدا هستیم ، روی دامنه صدا کار میکنیم و اگر کوک ساز را عوض میکنیم،فرکانس را کم و زیاد کرده ایم؛ اما اگر کاری کردیم که به واسطه آن صدا عوض شد اما همچنان فرکانس ثابت بود و دامنه هم عوض نشده بود، در این حالت میگوییم رنگ صدا تغییر کرده؛رنگ صدایی در حقیقت مجموعه کیفیت دو صدای متفاوت است که فرکانس و دامنه مثل هم دارند.

همانطور که در بالا هم اشاره داشتیم ،رنگ تا حدودی تابع فرکانس و دامنه نیز هست.مثلآ اگر یک نت که با یک ساز مثل ویلن اجرا شده،ضبط کنیم و دوباره با همان بلندی بوسیله یک سیستم های فیدلیتی پخش کنیم یا کمی به آن افکت بدهیم ،این صوت را تقریبآ نمیتوان از صوت اولیه تشخیص داد. و یا اگر صفحه گرامافون یا فیلمی که یک نت روی آن ضبط کرده ایم با سرعتی بیشتر از سرعت ضبط اولیه حرکت دهیم،یعنی با این کار شکل موج و هارمونیکها را ثابت گذاریم ولی فرکانس اصلی را زیاد کنیم،صدایی که تولید میشود همان صدای اولیه ویلنی که ضبط کردیم، نیست.

رنگ صدا میتواند تصوری مانند رنگهای بصری برای ما ایجاد کند و حالاتی مثل روشن،شفاف و درخشان، نرم،دلگیر، غنی،سنگین،برنجی، چین دار و... به خود بگیرد. یکی از موارد اثرگذار روی رنگ صدا،نسبت سایز امواجی است که باهم ترکیب شده اند،یعنی معادل تعریف فیزیکی رنگ که بر اساس تعداد و شدت نسبی هارمونیکها داریم.

کمی بیشتر در مورد صدایی که از نوع اصوات موسیقایی نبود:
برای اینکه تعریف دقیقتری از نویز داشته باشید،به تفاوت دو شکل موج موسیقایی و نویز دقت کنید:
[External Link Removed for Guests]
در حقیقت وقتی تعداد مولفه های صوت مرکب زیاد باشد و آنها هم نزدیک یکدیگر باشند، به حالتی که قسمت نسبتآ زیادی از پرده بازیلر (basilar membrane ) پوشیده شود ،صوت خاصیت داشتن ارتفاع را از دست میدهد،که این موج همان نویز(نوفه) است .از نویز به عنوان پوشاننده صدا یا یک نوع پر کننده صدا در موسیقی و تکنولوژی صدا میتوان استفاده کرد.

منابع:
dspguide.com
cord.edu
en.wikipedia.org
phys.unsw.edu.au
angelfire.com
cnx.org
sweb.cz/vladimir_ladma
zonicweb.net
plus.maths.org
mathworld.wolfram.com
کتاب: مبانی اکوستیک – لارنس ای. کینزلر ، آستین آر. فرای/ دکتر ضیائ الدین اسمعیل بیگی ، دکتر مهدی برکشلی
کتاب: تاريخ زيبايى شناسى - ولاديسلاو تاتاركيويچ