ฟิสิกส์และเครื่องดนตรี

ใครไม่ชอบฟังเพลงดีๆ มีเพลงสำหรับทุกรสนิยม
โดยทั่วไปแล้วเสียงดนตรีเป็นสิ่งที่นำเสนอตัวเองในทางที่น่าพึงพอใจซึ่งคลื่นเสียงแสดงความสม่ำเสมอบางอย่าง เครื่องดนตรีเป็นอุปกรณ์ที่ผลิตเสียงประเภทนี้
เครื่องดนตรีแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่ เครื่องสาย เครื่องทองเหลือง และ เครื่องเคาะจังหวะ วิธีที่ฟิสิกส์อธิบายวิธีการทำงานของเครื่องมือเหล่านี้คือสิ่งที่เราจะเห็นในตอนนี้
เครื่องสาย
หากเราใช้เวลาคิดสักครู่ เราสามารถแสดงรายการเครื่องสายจำนวนมาก: กีตาร์ ไวโอลิน เปียโน ฮาร์ป กีตาร์ ดับเบิลเบส ฯลฯ ในเครื่องดนตรีเหล่านี้ เสียงจะถูกสร้างขึ้นจากเครื่องสาย ซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นจะทำให้เกิดการกดทับและการเกิดคลื่นเสียงในอากาศ เรียกว่า คลื่นเสียง
เรียกอีกอย่างว่าสายสั่น สตริงของเครื่องดนตรีเมื่อสั่นจะสร้างคลื่นตามขวางที่ซ้อนทับบนเส้นที่สะท้อนที่ปลายทำให้เกิดคลื่นนิ่ง
โหมดการสั่นสะเทือนของสายที่ง่ายที่สุดจะกำหนดลักษณะความถี่พื้นฐานของสาย ซึ่งสอดคล้องกับการสั่นสะเทือนระหว่างปลายเชือกผูก (นอต) และจุดกึ่งกลาง โหมดการสั่นสะเทือนที่สองสอดคล้องกับโหนดปลายและโหนดที่จุดศูนย์กลาง โหมดที่สามสอดคล้องกับโหนดอื่นระหว่างโหนดสุดขั้ว ดังนั้นโหมดการสั่นสะเทือนใหม่แต่ละโหมดจะสอดคล้องกับโหนดระดับกลางอีกโหนดหนึ่ง

ระยะห่างระหว่างโหนดสองโหนดที่ต่อเนื่องกันนั้นสอดคล้องกับความยาวคลื่นครึ่งหนึ่ง  และความถี่การสั่นถูกกำหนดโดย  โดยที่ v คือความเร็วของคลื่นบนเชือก

สตริงที่สดใส

เครื่องมือลม
เครื่องมือลมประกอบด้วยหลอดเสียง จำเครื่องดนตรีเหล่านี้ได้ง่ายมาก: แซกโซโฟน ทรอมโบน ทรัมเป็ต ฟลุต ฯลฯ
เช่น ถ้าเป่าขวดโหล จะเห็นมีเสียง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากคอลัมน์ของอากาศภายในขวดสั่นสะเทือนทำให้เกิดคลื่นเสียง การผลิตคลื่นนี้ที่ปลายด้านหนึ่งเกิดจากอุปกรณ์ที่เรียกว่า embouchure ปลายด้านตรงข้ามปากเป่าสามารถเปิดหรือปิดได้ ทำให้เกิดหลอดเสียงสองประเภท คือ เปิดและปิด
ในท่อเปิด คลื่นยืนตามยาวที่ก่อตัวเป็นพุงที่ปลายทั้งสองข้าง โหมดการสั่นสะเทือนที่ง่ายที่สุดสอดคล้องกับโหนดที่จุดศูนย์กลางของท่อ ในแต่ละโหมดการสั่นสะเทือนใหม่ โหนดกลางอื่นจะปรากฏขึ้น
ระยะห่างระหว่างท้องสองข้างที่ต่อเนื่องกันเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น และความถี่ถูกกำหนดโดย: .

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

เปิดหลอดเสียง

ในหลอดเสียงแบบปิด คลื่นนิ่งตามยาวจะมีพุงอยู่ที่ปลายกระบอกเสียงและมีปมที่ปลายปิด สำหรับแต่ละโหมดการสั่นที่มีอยู่ ให้โหนดอยู่ที่ปลายปิดและเพิ่มโหนดกลาง
ระยะห่างระหว่างท้องกับปมต่อเนื่องกันเท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น .

หลอดเสียงปิด

เครื่องเพอร์คัชชันมีพฤติกรรมแตกต่างจากเครื่องอื่นมาก เสียงที่เปล่งออกมาจากพวกมันอาจมีต้นกำเนิดจากการสั่นสะเทือนของเมมเบรน แท่ง และพื้นผิวโลหะ ซึ่งทำให้ยากต่อการกำหนดรูปแบบพฤติกรรมสำหรับพวกมัน

โดย Kléber Cavalcante
จบฟิสิกส์
ทีมโรงเรียนบราซิล

คลื่น - ฟิสิกส์ - โรงเรียนบราซิล

คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:

คาวาลคานเต้, เคลเบอร์ จี. "ฟิสิกส์และเครื่องดนตรี"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-fisica-os-intrumentos-musicais.htm. เข้าถึงเมื่อ 27 มิถุนายน 2021.