10 conexões entre física e música

A música não surge de uma inspiração criativa aleatória. As músicas não são o caos . Em vez disso, eles envolvem estrutura, padrão, repetição e outras características que os tornam reconhecíveis ao ouvido humano. No final, a música é uma espécie de ciência - um tipo de som fascinante e pulsante que perscruta as percepções auditivas das pessoas e o universo além.

Nós, humanos, temos órgãos especificamente projetados para detectar e entender o som. Nossos ouvidos carnudos captam todos os tipos de sons, desde o chilrear dos grilos ao bater das britadeiras, até a música clássica transmitida por sinais de rádio.

Poucos de nós, no entanto, dedicam tempo para realmente pensar em como esses sons se movem de um lugar para outro. E muitos de nós provavelmente não pensam por que uma britadeira não se qualifica como música, mas Neil Diamond sim (geralmente). Não é apenas um julgamento subjetivo. Na verdade, há ciência por trás da música.

Toda música emerge dos princípios encontrados na física e na matemática. De fato, séculos atrás, alguns acadêmicos consideravam o estudo da música como um tipo de ciência. Era considerada uma disciplina importante ao lado da matemática , geometria e astronomia.

Hoje em dia, a maioria das pessoas concorda que a música é importante, mas pode não ter o respeito científico que deveria. Quer você ouça The Bangles ou Boards of Canada, talvez o pedigree científico da música mereça um olhar mais atento.

Tudo o mais no universo está conectado. Assim também são a música e a física. Continue lendo e você verá como a física e a música estão interligadas.

1. Agite suas mãos no ar
2. Hertz tão bom
3. Ondas Estacionárias
4. Reconhecimento de padrões
5. Aumente sua amplitude, cara
6. Interferência Temível
7. Frequência natural
8. Ressonância Ressonante
9. Revelação Vibratória
10. Tempo e Antecipação

O som é feito de tipos de ondas, incluindo ondas mecânicas , longitudinais e de pressão . Objetos vibrantes criam essas ondas, que posteriormente viajam através de um meio, como ar ou água.

Agite uma mola ondulada em uma extremidade. As vibrações que você cria se movem de uma extremidade à outra à medida que a energia é transferida através de cada bobina. Este é um tipo de ação mecânica, pois cada partícula da mola afeta as outras. Da mesma forma, à medida que a música sai de um alto-falante vibrante, ela vibra as partículas de ar próximas, criando um efeito de ondulação que torna a música audível à distância.

Esta ação mecânica é considerada longitudinal porque o som viaja paralelamente à direção em que a onda sonora se move. Em outras palavras, uma onda sonora direcionada para frente faz com que os sons também viajem para frente. Bem simples.

As ondas sonoras são formadas por uma série de pontos altos e baixos. À medida que se movem através de um meio como o ar, as partículas de ar comprimem e descomprimem. Portanto, as ondas sonoras também são ondas de pressão.

Controlar essas diferentes ondas, que representam importantes princípios da física, é como as pessoas aprendem a fazer música.

Quer fazer um som bonito? Aprenda a controlar as vibrações das ondas sonoras.

As ondas sonoras se movem em uma frequência específica. A frequência de uma onda basicamente indica quão rápida ou lentamente um meio vibra quando uma onda sonora passa por ele. Os cientistas usam unidades Hertz (Hz) para se referir à frequência; uma única vibração por segundo é de 1 Hz.

Os ouvidos são construídos para captar flutuações na frequência, porque as ondas de pressão de um som afetam o tímpano. Os humanos muitas vezes referem-se a várias frequências com o termo tom . Um som de alta frequência tem um tom mais alto; sons de frequência mais baixa têm um tom mais baixo.

Toque frequências específicas simultaneamente e você criará um som adorável. Isso é especialmente verdade quando uma segunda onda sonora tem, por exemplo, o dobro da frequência da primeira. Denotamos este cenário com uma razão de frequência de 2:1, que também é chamada de oitava .

Com um instrumento musical, você pode criar todos os tipos de proporções de frequência diferentes, como 4:3 ou 3:2. Alguns deles soam especialmente bons para o ouvido humano, e nós os colocamos em uso nas músicas. Muita música, então, é, em última análise, uma mistura de ondas sonoras com proporções de números inteiros entre suas frequências.

A música é feita de ondas sonoras. Essas ondas se comportam como as encontradas, por exemplo, em um lago.

Se você observar as ondas rolando em uma represa de face plana em um dia ventoso, eventualmente verá uma onda carambola para trás da represa e diretamente para outra onda que se aproxima. O resultado é uma torre de água mais alta e massiva. Da mesma forma, as partes mais baixas da onda ficam ainda mais baixas.

Isso é chamado de onda estacionária. Se você moldar um recipiente em uma forma específica, as ondas sonoras viajarão de maneira controlada, resultando em uma onda estacionária previsível e consistente que produz um tom . A natureza consistente de um tom é o que o separa do ruído.

Assim, trompas e instrumentos de cordas ajudam o músico a fazer várias ondas estacionárias diferentes. Tocado com habilidade, os ouvintes ouvem uma música.

If you're on a road trip and flip on the radio , only to hear a steady, one-note tone, you're probably not going to keep listening. That's because a single, unending tone isn't music. There's no pattern.

Noise is just a chaotic jumble of sounds. For example, noise is jackhammers echoing through a corridor of buildings while cars honk their horns randomly.

In music, patterns emerge. If you look at visual representation of music's wave patterns, it's a regular, predictable up and down series of peaks and valleys. A representation of noise, however, has irregular peaks and valleys, so there's no music . All you get is weird, unpredictable sounds that don't generally make a positive impression on the human ear. (Though of course, there's no accounting for taste – some people find discord beautiful.)

Let's assume you enjoy the occasional fiery guitar solo. As such, it's probably safe to assume that when said solo hits its peak, you crank up the volume to get the full effect.

To create a louder (or more intense) sound, it helps to start with a louder vibration. Tapping a drum kit makes soft sounds; pounding on it like a crazed Dave Grohl makes louder sounds. In short, the more work you put into creating the drumming sound, the greater the vibration and the greater the amplitude that moves into the surrounding air particles, radiating outwards toward adoring fans.

Of course, in a large concert hall filled with loud, drunken fans, that drum kit would hardly be audible. So many performers use electronic amplifiers, which take sound waves and increase the intensity and loudness so that they fill a stadium (and likely deafen people standing too close to the speakers).

Sound travels in waves of pressure made up of compressions and rarefactions (the opposite of compression). If you were to stroll about a large room as speakers played music from a stage in the front, you'd encounter areas where the music was louder or softer, as the waves cause interference with each other.

The spots where compressions meet each other are louder. Areas where rarefactions collide are softer.

And where compressions and rarefactions smash together? There's little to no sound at all. When architects design concert halls for musicians, they must carefully consider the acoustics of the building. An improper design results in dead spots where sound waves cancel each other out.

This same principle works in noise-cancelling headphones . These headphones detect incoming sound (like a baby crying on an airplane) and create opposing sound wave, which eliminates the cries and lets you enjoy Mozart instead of, "Mommy!"

Em uma sala de concertos, para evitar interferências e pontos mortos, os engenheiros geralmente instalam paredes ou painéis acolchoados que absorvem as ondas sonoras. Esses painéis reduzem o eco e, portanto, a interferência estranha que arruinaria a experiência do ouvinte.

Toda a matéria é composta de átomos minúsculos . Esses átomos estão continuamente em movimento, o que significa que toda a matéria vibra em algum grau. Todos os objetos, quando atingidos ou dedilhados, têm uma frequência natural (ou frequências) que eles produzem.

Toque um diapasão e ele produzirá um tom único e puro porque vibra em apenas uma frequência natural. No entanto, sopre o ar através de um saxofone e você ouvirá várias frequências naturais.

Um saxofonista altera os sons vindos do instrumento alterando a quantidade de ar que está sendo forçada através da trompa e também alterando as posições dos dedos nas teclas. Há uma proporção de números inteiros entre as teclas, e quando uma pessoa experiente toca, os sons resultantes são maravilhosos de se experimentar.

Jogue uma taça de vinho no chão de concreto . Você ouvirá o som de quebra natural e agudo indicando a frequência natural do vidro. Isso não é música, no entanto. Isso é barulho.

O corpo de um instrumento musical, como um trombone ou violino, não é o que faz o som. É a coluna de ar vibrante dentro do instrumento que produz o que ouvimos.

No entanto, a forma e o tamanho do instrumento determinam os sons que ele cria. Somente as ondas sonoras que cabem no instrumento são audíveis. Estas são as ondas que ressoam (ficam mais altas) dentro do instrumento. As ondas que não se encaixam são simplesmente perdidas.

Você pode visualizar esse fenômeno imaginando uma criança em um balanço . Depois de iniciar o processo de balanço, o balanço encontra um ritmo natural, ou frequência. Tentar empurrar mais rápido ou mais devagar só atrapalha o balanço (e deixa seu filho muito frustrado com você).

As tubas ressoam em baixas frequências. É por isso que eles fazem sons profundos e baixos. Um flautim, com seu pequeno e curto recinto, naturalmente ressoa em altas e penetrantes frequências. Assim, os fabricantes de instrumentos mantêm as propriedades da ressonância muito em mente ao projetar cada peça.

Suspenda uma corda entre dois pontos, puxe-a com força e, em seguida, encaixe-a com o dedo. Você ouvirá um som audível. Pegue uma corda semelhante, monte-a em um violão e, em seguida, toque-a. Novamente, você ouvirá um som, mas desta vez será muito mais alto.

Você está experimentando um aspecto de vibração forçada . Quanto maior a área de superfície de um objeto que você bate ou dedilha, mais ele faz contato com o meio circundante, como o ar. É chamado de vibração forçada porque o ar está sendo forçado pelo instrumento a vibrar em uma frequência que não é a sua.

Os instrumentos musicais aproveitam a vibração forçada para tornar os sons mais altos do que seriam de outra forma. Um piano usa uma placa de som e um violino tem um corpo oco preso ao braço da guitarra. Ambos ajudam a aumentar o volume para os ouvintes.

Os padrões da música juntam o tempo e o que de outra forma seria apenas ruído. Uma sala cheia de pessoas tocando instrumentos de forma independente não faz nada além de uma raquete ensurdecedora. Quando eles tocam seus instrumentos no mesmo ritmo da mesma partitura, porém, o resultado é incrível. É música .

No entanto, não são apenas os músicos que entendem essas músicas. O público também capta as melodias e aprende a antecipar um refrão e refrões. Mesmo que você nunca tenha ouvido uma música em particular antes, você quase instintivamente começa a entender a estrutura, o padrão e o tempo de uma música.

Isso fala de um nível de interconexão que remonta à física. Pode não ser bem a mecânica quântica , mas é mais uma interseção – de muitas – na qual a música e a física colidem.

Nota do autor: 10 conexões entre física e música

Quer percebamos ou não, estamos todos em sintonia com a música e a física. Batemos palmas e cantamos as músicas do rádio. Nós mergulhamos em banheiras e aprendemos a controlar as ondas (às vezes fazendo uma grande bagunça no processo). Intuitivamente, passamos a reconhecer ressonância, frequência, ondas estacionárias e outros termos abstratos, mesmo sem saber exatamente o que significam. Algumas pessoas, como os Bachs e Mozarts do mundo, apreendem esses conceitos com mais firmeza e os colocam em uso com a disciplina dos verdadeiros cientistas.

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