संगीत वाद्य यंत्र ध्वनि कैसे उत्पन्न करते हैं और अपने टोन को कैसे आकार देते हैं

कंपन यहीं से शुरू होता है जहाँ हर ध्वनि शुरू होती है

न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय के संगीत ध्वनिकी समूह के अनुसार, जिसका नेतृत्व भौतिकविद् जो वोल्फ करते हैं, अधिकांश वाद्य यंत्र अनुनाद पर निर्भर करते हैं — एक भौतिक प्रणाली की क्षमता जो एक विशेष आवृत्ति पर कंपन में ऊर्जा को संग्रहीत करती है। एक तोड़ी हुई तार, एक वायु धारा में गूंजती हुई रीड, या एक छड़ी से मारी गई ढोल की झिल्ली सभी एक कंपन करने वाली चीज़ के रूप में शुरू होती हैं जो हवा के अणुओं को आगे-पीछे धकेलती हैं, दबाव की तरंगें बनाती हैं जो श्रोता के कान तक ध्वनि के रूप में यात्रा करती हैं।

खड़ी तरंगें पिच निर्धारित करती हैं

एक तार या वायु वाद्य यंत्र की ट्यूब के अंदर, UNSW समूह बताता है, विपरीत दिशाओं में यात्रा करने वाली तरंगें आपस में मिलती हैं और खड़ी तरंग पैटर्न में संयोजित होती हैं, जिसमें नोड्स नामक निर्धारित बिंदु होते हैं जो लगभग नहीं हिलते हैं और अन्य बिंदु जिन्हें एंटीनोड्स कहा जाता है जो व्यापक रूप से झूलते हैं। क्योंकि एक तार या वायु स्तंभ केवल इसी तरह से विशेष निर्धारित आवृत्तियों पर कंपन कर सकता है — इसकी लंबाई, तनाव या आकार द्वारा निर्धारित — वाद्य यंत्र विशिष्ट, दोहराए जाने वाले पिचों पर बैठ जाता है बजाय यादृच्छिक शोर के।

ओवरटोन प्रत्येक वाद्य यंत्र को इसका रंग देते हैं

एक कंपन करने वाली तार या वायु स्तंभ शायद ही कभी केवल एक ही आवृत्ति उत्पन्न करता है। UNSW के संगीत ध्वनिकी सामग्री नोट करती है कि यह एक मौलिक आव��त्ति और हार्मोनिक्स की एक श्रृंखला उत्पन्न करता है — उस मौलिक के पूरे संख्या गुणक। उदाहरण के लिए, साइट यह बताती है कि एक वायोला की C तार पर, 7वाँ और 11वाँ हार्मोनिक्स मानक बराबर-स्वभाव पैमाने के नोट्स के बीच लगभग आधे रास्ते में गिरते हैं, यह दर्शाता है कि वास्तविक हार्मोनिक श्रृंखला संगीत पैमाने से पूरी तरह मेल नहीं खाती है जो संगीतकार वास्तव में उपयोग करते हैं।

इन ओवरटोन का विशेष मिश्रण — कौन से जोर से हैं, कौन से कमजोर हैं — यह वही है जिसे ध्वनिविद् टिम्बर या टोन रंग कहते हैं। जैसा कि UNSW के संगीत ध्वनिकी सामग्री का वर्णन है, ओवरटोन की ताकत का यह मिश्रण इस बात का एक बड़ा हिस्सा है कि एक बांसुरी और एक ओबो समान लिखित नोट को कान के लिए स्पष्ट रूप से अलग क्यों लगती हैं, हालांकि टिम्बर भी इस बात पर निर्भर करता है कि समय के साथ ध्वनि कैसे बदलती है, जैसा कि नीचे चर्चा की गई है।

वास्तव में कंपन को क्या शुरू करता है

स्थिर, संगीत-सुंदर कंपन अपने आप शुरू नहीं होता है — इसे वह चीज़ चाहिए जिसे ध्वनिकी शोधकर्ता अरैखिक ड्राइविंग तंत्र कहते हैं। एक व्याख्यान में जिसे ध्वनिकी सोसायटी ऑफ अमेरिका द्वारा सारांशित किया गया था, भौतिकविद् थॉमस रॉसिंग ने बताया कि कैसे एक वायलिन तार पर धनुष की घर्षण, एक क्लैरिनेट रीड के माध्यम से वायु प्रवाह, और एक ट्रम्पेट खिलाड़ी के गूंजते होंठ सभी एक स्थिर इनपुट को — धनुष की गति या श्वास — आगे-पीछे दोलन में परिवर्तित करते हैं जो ध्वनि उत्पन्न करता है, बजाय इसे एक सीधी रेखा में आसानी से पैमाना करने के।

ध्वनिकी सोसायटी ऑफ अमेरिका भी प्राचीन अवलोकन को श्रेय देता है, जिसे पाइथागोरस तक पहुँचाया जाता है, कि नोट्स एक-दूसरे के साथ सुखद लगते हैं जब उनकी तार लंबाई — और इसलिए उनकी आवृत्तियां — पूरे संख्या अनुपात में संरेखित होती हैं। वास्तविक तारें और पाइप इस आदर्श से थोड़ा विचलन करते हैं, लेकिन वही अरैखिक तंत्र जो कंपन शुरू करता है वह भी किसी वाद्य यंत्र की थोड़ी गलत प्राकृतिक आवृत्तियों को लगभग बिल्कुल हार्मोनिक ध्वनि में खींचता है।

घंटी वायलिन की तरह क्यों नहीं लगती

हर वाद्य यंत्र सुव्यवस्थित हार्मोनिक ओवरटोन उत्पन्न नहीं करता है। ध्वनिकी सोसायटी ऑफ अमेरिका नोट करती है कि घंटियां लगभग रैखिक तरीके से व्यवहार करती हैं क्योंकि उस धातु की मोटाई के कारण जिससे वे ढाली जाती हैं, तो उनके ओवरटोन मौलिक के सरल पूरे संख्या गुणक नहीं हैं — जो बिल्कुल वही है जो एक घंटी को इसकी विशेषता 'घंटियों की आवाज़' गुणवत्ता देता है बजाय स्वच्छ संगीत टोन के। झांझ, एक ही खाते से, मजबूत अरैखिकता के कारण अराजक रूप से कंपन करती हैं, उनकी चमचमाती, शोर जैसी खड़खड़ाहट उत्पन्न करती हैं, जबकि बड़े घंट अपनी सघन, जटिल ध्वनि उत्पन्न करने के लिए अरैखिक आवृत्ति गुणन पर निर्भर करते हैं।

वाद्य यंत्र परिवारों में पिच रेंज कैसे अलग-अलग होती है

वाद्य यंत्र डिजाइन भी मौलिक पिचों की सीमा को निर्धारित करता है जो एक वाद्य यंत्र तक पहुँच सकता है, और इसके ओवरटोन ऊपर की ओर कितनी दूर तक विस्तारित होते हैं। माइक्रोफोन निर्माता DPA माइक्रोफोन द्वारा रिकॉर्डिंग इंजीनियरों के लिए संकलित संदर्भ डेटा कई सामान्य वाद्य यंत्रों के लिए निम्नलिखित मौलिक पिच सीमाओं और हार्मोनिक सामग्री की अनुमानित ऊपरी सीमा को सूचीबद्ध करता है।

तालिका दर्शाती है कि एक पियानो और एक वायलिन अतिव्यापी पिच रेंज पर कब्जा कर सकते हैं फिर भी स्पष्ट रूप से अलग क्यों लगते हैं: लिखित नोट से परे, प्रत्येक वाद्य यंत्र अपने विशेष उच्च-आवृत्ति हार्मोनिक ऊर्जा का प्रसार जोड़ता है।

अनुरणन करने वाले निकाय ध्वनि को सुनने के लायक बनाते हैं

एक कंपन करने वाली तार या रीड अकेली बहुत कम हवा को गति देती है और अपने आप में मुश्किल से सुनाई देती होगी। UNSW के संगीत ध्वनिकी सामग्री समझाती है कि एक वाद्य यंत्र का शरीर — एक वायलिन की पीठ, एक गिटार का ध्वनि पोर्ड, या एक वायु वाद्य यंत्र के बोर के अंदर हवा का स्तंभ — इसकी अपनी अनुरणन आवृत्तियां हैं जो कंपन को प्रवर्धित करती हैं और आकार देती हैं, इसे कमरे में सुनाई देने वाली ध्वनि के रूप में विकीर्ण करती हैं। वही स्रोत नोट करता है कि मानव आवाज़ में, मुखर तार कंपन करते हैं कच्ची टोन उत्पन्न करने के लिए, जबकि मुखर पथ के अनुनाद, जिन्हें फॉर्मेंट्स कहा जाता है, चयनात्मक रूप से कुछ आवृत्ति बैंड को बढ़ाते हैं स्वर और मुखर टिम्बर को आकार देने के लिए।

टिम्बर केवल आवृत्तियों की एक सूची नहीं है

UNSW के संगीत ध्वनिकी समूह जोड़ते हैं कि टिम्बर इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करता है कि एक नोट समय के साथ कैसे बदलता है, न कि केवल एक एकल पल में इसकी आवृत्ति स्पेक्ट्रम पर। एक ध्वनि का आवरण — यह कितनी जल्दी तार को तोड़ने या कुंजी दबाने के बाद पूर्ण जोर तक पहुँचता है, यह कैसे टिकी रहती है, और यह कैसे फीकी पड़ता है — यह एक हिस्सा है जो श्रोता को एक वाद्य यंत्र को पहचानने देता है, यहाँ तक कि जब अलग आवृत्ति सामग्री अकेली कागज़ पर समान दिख सकती है।