Ważne daty

Wprowadzenie

Muzyka jest wyjątkową dziedziną sztuki, która rozwija wrażliwość, wyobraźnię i kreatywność. Pełni różne funkcje, relaksuje, dostarcza rozrywki, leczy. Na lekcjach muzyki przygotowujecie się, aby być świadomym odbiorcą i uczestnikiem kultury muzycznej, poznajecie słynnych kompozytorów i ich dzieła, muzykujecie, improwizujecie. Zastanówmy się, jak powstaje muzyka? Na pewno pomysł na utwór rodzi się w głowie kompozytora, dzięki nutom zostanie on zapisany. Instrumentaliści przy pomocy instrumentów wykonają dzieło, a nam pozostanie tylko jego wysłuchanie. Muzyka, podobnie jak inne zjawiska dźwiękowe, wymaga pewnych warunków fizycznych. Badaniem fal dźwiękowych zajmuje się akustyka. Cząsteczki powietrza przenoszą dźwięki przez drgania, dzięki temu możemy je usłyszeć. Ludzkie ucho na szczęście nie wychwytuje ich wszystkich. W próżni nie ma powietrza, więc panuje tam wieczna cisza.

Pitagoras i jego twierdzenia

Obecnie istnieje dział nauki, który zajmuje się samym dźwiękiem. Zanim jednak powstał, muzyka oraz dźwiękiDźwiękdźwięki stanowiły obiekt zainteresowań badaczy, myślicieli i naukowców. Jedną z pierwszych osób, która postanowiła odpowiedzieć na pytanie dotyczące przenoszenia się dźwięku był grecki matematyk i filozof Pitagoras. Przyjmuje się, że żył on w latach ok. 570‑495 p.n.e., a jego dodatkową dziedziną nauki była również muzyka, która była bardzo istotną częścią życia starożytnej Grecji, a świadczy o tym fakt, iż gra na dwóch instrumentach poświęconych bogom była nawet dziedziną olimpijską.

R12HNpBM1MCuZ1

Ilustracja przedstawia postać siedzącego Pitagorasa. Uczony przedstawiony jest jako starszy mężczyzna, z krótkimi włosami i brodą. Jego tors jest nagi a od pasa w dół owinięty jest tkaniną. W lewej ręce trzyma cyrkiel, którym wykreśla rysunek na papierze, umieszczonym na niskiej kolumnie. Pod postacią umieszczony jest napis: PYTHAGORAS. Ilustracja otoczona jest ramką z charakterystycznym greckim wzorem (meandrem).

Współcześnie Pitagorasowi przypisuje się wynalezienie instrumentu muzycznego znanego pod nazwą monochordMonochordmonochord. Instrument ten zbudowany z pudła rezonansowego, które posiadało jedną strunę na przesuwanym podstawku, był stosowany do określania stosunków długości struny do wysokości dźwięku. Pitagoras odkrył, iż jeśli struna zostanie skrócona o połowę, to uzyskamy dźwięk wyższy o jedną oktawęOktawaoktawę. Określił to jako stosunek 2:1. Z kolei skrócenie struny o jedną trzecią długości dawało dźwięk wyższy o kwintęKwintakwintę. Kolejnych obliczeń dokonał w IV wieku p.n.e. Euklides.

R1LFuBt0ZPBX2

Ilustracja przedstawia monochord. Rysunek przedstawia dwa przykłady instrumentu. Narysowane są czarną kreską na pożółkłej kartce. Instrument składa się z drewnianego korpusu, rozszerzającego się ku dołowi (tak aby dało się go postawić), na którym umieszczona jest jedna struna. Na szczycie instrumentu znajduje się mechanizm, którym można regulować napięcie struny.

Dalsze badania nad dźwiękiem. Akustyka.

Ważnym ośrodkiem dla rozwoju nauki o dźwięku był starożytny Rzym. Chociaż już w antycznej Grecji budowano amfiteatry w taki sposób, by głos i śpiew aktorów był słyszany dla publiczności, to dokładne pomiary akustyczne dotyczące architektury i rozchodzenia się dźwięku stworzył Witruwiusz, który żył w I wieku p.n.e. To on stworzył traktat O architekturze ksiąg dziesięć, w którym określił dźwięk jako falę porównywalną z wodą, która ma trzy wymiary i może być zatrzymywana przez różne przeszkody. Opisał dokładne rozmieszczenie siedzisk oraz układ amfiteatru, a także doradzał by w określonych miejscach umieszczać puste naczynia z brązu, by mogły wzmacniać rozchodzące się dźwięki.

Kolejnymi osobami, które mocno wpłynęły na rozwój nauki o dźwiękach byli Galileusz oraz Marin Mersenne. Obaj, niezależnie od siebie, opisali zjawiska dotyczące wibrujących strun. Galileusz opisał dźwięk w następujący sposób: wibrujące ciało produkuje fale, które rozchodzą się w powietrzu; są odbierane przez uszy, które przenoszą je do mózgu, interpretując je jako dźwięk. Mersenne dodatkowo zmierzył prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu.

Pod koniec XVII wieku po raz pierwszy pojawił się termin akustykaAkustykaakustyka. Początkowo dziedzina ta była związana zarówno z dźwiękiem, jak i ze słuchem oraz instrumentami muzycznymi. Z czasem wyodrębniła się jako niezależna dyscyplina naukowa. W tym procesie, który miał miejsce w XIX wieku, sporą zasługę należy upatrywać w pracach Hermanna von Helmholtza.

RX3DCzZwBiKXc1

Ilustracja przedstawia popiersie Hermanna von Helmholtza. Czarno-biała grafika ukazuje portret starszego mężczyzny z siwymi włosami i wąsami. Postać naukowca ubrana jest w ciemny garnitur, kamizelkę i krawat.

Dźwięk i fala dźwiękowa

Czym jest dźwięk? Otóż biorąc pod uwagę definicję naukową, dźwięk stanowi zaburzenie falowe w ośrodku sprężystym zdolne do wywołania wrażenia słuchowego. Definicja ta brzmi jednak dość skomplikowanie, zatem warto ją uprościć, aby łatwiej ją zrozumieć. Za przykład posłużyć nam może gitara klasyczna. Źródłem dźwięku jest np. szarpnięta palcami struna gitary. Ośrodkiem sprężystym jest sama struna, która ma cechę sprężystości. Sprężystość pozwala ciału na powrót do swojej formy po tym, jak zostanie zniekształcone. Drgając, struna wytwarza fale dźwiękowe (czyli zaburzenie falowe z definicji). To właśnie ludzkie uszy odbierają je i przetwarzają jako słyszalny dźwięk.

Wysokość i czas trwania dźwięku

Wysokość dźwięku to jedna z cech rozpoznawalnych przez ucho (obok głośności i barwy dźwięku). Zależy od częstotliwości drgań fali, która oznacza liczbę drgań na sekundę i jest wyrażana w hercach (zapisywanych jako Hz). Częstotliwość 1 Hz to jedno drgnięcie na sekundę, 2 Hz to dwa drgnięcia itd. Im wyższa jest częstotliwość, tym dźwięk jest wyższy.

Ludzkie ucho słyszy dźwięki w zakresie od 16 Hz do 20 kHz. Zakres ten jest określany jako dźwięki słyszalne. Dźwięki niższe niż 16 Hz to infradźwięki, natomiast powyżej 20 kHz określane są jako ultradźwięki. Niektóre zwierzęta słyszą dźwięki niesłyszalne dla człowieka. Wieloryby wykorzystują infradźwięki do komunikacji, natomiast nietoperze używają ultradźwięków do echolokacji.

Czas trwania dźwięku zależy głównie od czasu drgania ciała (w momencie, kiedy drgania się skończą, zanika też dźwięk). Duże pomieszczenia mogą jednak powodować powstanie tzw. pogłosuPogłospogłosu. Zjawisko to powstaje poprzez odbijanie się fal akustycznych od ścian, posadzki czy sufitu pomieszczeń i jest odbierane jako przedłużenie czasu trwania dźwięku. Pojawienie się pogłosu ma wiele uwarunkowań. Obecnie jest to zjawisko pożądane, co powoduje budowanie pomieszczeń ze spełnieniem określonych warunków. Pojawiają się też urządzenia, programy i aplikacje, które mogą utworzyć pogłos lub dodać go do gotowego nagrania.

Głośność i barwa dźwięku

Na głośność dźwięku wpływa natężenie fali dźwiękowej. Poziom natężenia dźwięku jest wyrażany w decybelach (dB). Co ciekawe, wysokość dźwięku wpływa na jego wrażenie głośności. Dźwięki niskie i wysokie są przez ludzi odbierane jako cichsze, niż te o średniej wysokości, pomimo takich samych poziomów natężenia. Poniższy obrazek przedstawia różne dźwięki z otoczenia ludzi wraz z wartościami w decybelach.

RYKAxVwOB0u5f

Ilustracja przedstawia poziom hałasu w decybelach. Przedstawiono różne źródła dźwięku i odpowiadające im natężenia mierzone w decybelach. Największy hałas pochodzi od: startu odrzutowca 145 dB, ciężkiego sprzętu budowlanego 125 dB, dyskoteki 105 dB, ciężkiego transportu drogowego 93 dB. Dźwięki bezpieczne dla ucha to: rozmowa 55 dB, dźwięki pochodzące z mieszkania 45 db, dźwięki powstające na granicy terenu stacji elektroenergetycznej 45 dB, dźwięki lasu 12 dB.

Warto pamiętać, iż hałas powyżej 120 dB może na stałe uszkodzić słuch, powyżej 140 dB powoduje ból, a dźwięki powyżej 200 dB mogą nawet spowodować śmierć.

Barwa dźwięku jest uwarunkowana widmem, czyli sumą składników dźwięku (określanych także jako tony). Barwa umożliwia odróżnienie od siebie dźwięków, które mają taką samą wysokość, głośność i czas trwania. Dzięki temu wiolonczela brzmi inaczej niż gitara, a trąbka odmiennie, niż fortepian. Można jednak wpływać na barwę pojedynczego instrumentu - w przypadku wiolonczeli dźwięk może być wydobywany smyczkiem lub palcem. Niektóre instrumenty mogą być też preparowane - oznacza to wprowadzenie do instrumentu obcych przedmiotów, które mają wpłynąć na ich brzmienie.

Dźwięk o ciągłym widmie to szum. Szum biały jest odbierany przez nas jako wysoki, z kolei szum różowy i czerwony jako niski, natomiast szary daje wrażenie jednakowej głośności we wszystkich częstotliwościach. Przed wysłuchaniem kolejnego materiału dźwiękowego dla bezpieczeństwa proszę pamiętać o zmniejszeniu głośności.

Zadania

ROiab7MRVuAJ7

Ćwiczenie 5

Odpowiedz na pytanie: Jak nazywa się zjawisko podczas którego fale dźwiękowe odbijają się od ścian pomieszczenia? Możliwe odpowiedzi: 1. szum, 2. pogłos, 3. przesterowanie.

Odpowiedz na pytanie: Jak nazywa się zjawisko podczas którego fale dźwiękowe odbijają się od ścian pomieszczenia? Możliwe odpowiedzi: 1. szum, 2. pogłos, 3. przesterowanie.

Jak nazywamy dźwięk usłyszany na poniżej przedstawionym nagraniu?

• szum
• przesterowanie
• pogłos

Zadanie posiada plik audio, który można odsłuchać w wersji online podręcznika.

Słownik pojęć

Słownik pojęć opracowano na podstawie:

encyklopedia.pwn.pl

Biblioteka muzyczna

Bibliografia

M. Drobner, Instrumentoznawstwo i akustyka, wyd. PWM, 1985

M. Kowalska, ABC Historii Muzyki, wyd. Musica Iagiellonica, 2001

muzykotekaszkolna.pl

sjp.pwn.pl