音楽音響
音楽音響学は、物理学、[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]心理物理学、[ 4 ]器官学[ 5 ]（楽器の分類）、生理学、[ 6 ]音楽理論、[ 7 ]民族音楽学、[ 8 ]信号処理と楽器製作、[ 9 ]などの分野の知識を組み合わせた学際的な分野です。音響学 の一分野として、音楽の物理学、つまり音楽を作るために音がどのように使用されるかの研究と記述に関係しています。研究分野の例としては、楽器の機能、人間の声（発話と歌唱の物理学）、メロディーのコンピューター分析、音楽療法における音楽の臨床使用などがあります。
音楽音響学の先駆者は、19世紀のドイツの博学者ヘルマン・フォン・ヘルムホルツです。彼は医師、物理学者、生理学者、音楽家、数学者、そして哲学者として多大な影響を与えました。彼の著書『音楽理論の生理学的基盤としての音感について』[ 7 ]は、音楽理論、音楽演奏、音楽心理学、そして楽器の物理的挙動に全く新しい視点をもたらした、様々な研究とアプローチを集大成した革新的な著作です。
研究方法と分野
身体的側面
2つの異なる音程が同時に演奏されると、それらの音波は相互作用し、空気圧の高低が互いに強め合い、異なる音波を生成します。正弦波ではない繰り返し音波は、適切な周波数と振幅（周波数スペクトル）を持つ多数の異なる正弦波でモデル化できます。人間の聴覚器官（耳と脳）は通常、これらの音を分離し、明確に聞き取ることができます。2つ以上の音が同時に演奏されると、耳にかかる空気圧の変化がそれぞれの音程を「包含」し、耳や脳がそれらを分離して明確な音へと解読します。
元の音源が完全に周期的である場合、音は、基本波と、倍音、部分音、または倍音と呼ばれる、数学的に互いに加算される複数の関連する正弦波で構成されます。音は、倍音周波数スペクトルを持ちます。存在する最も低い周波数は基本波であり、波全体が振動する周波数です。倍音は基本波よりも速く振動しますが、全体の波が各サイクルで正確に同じになるためには、基本周波数の整数倍で振動する必要があります。実際の楽器はほぼ周期的ですが、倍音の周波数はわずかに不完全であるため、波形の形状は時間の経過とともにわずかに変化します。
主観的な側面
鼓膜に対する空気圧の変化と、それに続く物理的および神経的な処理と解釈によって、音と呼ばれる主観的な経験が生じます。人が音楽として認識する音のほとんどは、非周期的な振動ではなく、周期的または規則的な振動によって支配されています。つまり、楽音は通常、明確なピッチを持っています。これらの変化は、音波によって空気中に伝わります。非常に単純なケースでは、音の波形の最も基本的なモデルであると考えられている正弦波の音は、空気圧を規則的に増減させ、非常に純粋な音として聞こえます。純音は音叉や口笛で生成できます。空気圧が振動する速度が音の周波数で、これは1秒あたりの振動数で測定され、ヘルツと呼ばれます。周波数は、知覚されるピッチの主な決定要因です。楽器の周波数は、気圧の変化により高度とともに変化する可能性があります。
楽器の音域
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*この表は C 0までしか表示していませんが、ボードウォーク・ホール・オーディトリアム・オルガンなど一部のパイプオルガンはC −1 （ C 0の1オクターブ下）まで表示しています。また、サブコントラバスチューバの基本周波数はB ♭ −1です。
倍音、部分音、倍音
基本音は、波形全体が振動する周波数です。倍音は、基本音よりも高い周波数に存在する他の正弦波成分です。基本音と倍音を含む、波形全体を構成するすべての周波数成分は、部分音と呼ばれます。これらが合わさって、倍音列を形成します。
基音の完全な整数倍である倍音は、倍音と呼ばれます。倍音が倍音に近いものの、完全には倍音ではない場合、倍音部分音と呼ばれることもありますが、単に倍音と呼ばれることも多いです。倍音に全く近くない倍音も生成される場合があり、これらは単に部分音または非調和倍音と呼ばれます。
基本周波数は第1倍音と第1倍音とみなされます。 この場合、倍音と倍音の番号は通常同じで、第2倍音は第2倍音、というように続きます。しかし、非調和倍音が存在する場合、番号は一致しなくなります。倍音は、基本周波数より上の音に番号が付けられます。したがって、厳密に言えば、第1倍音は第2倍音（通常は第2倍音）です。これは混乱を招く可能性があるため、通常は倍音のみを番号で呼び、倍音と倍音はそれらの倍音との関係で表します。
高調波と非線形性
周期波が基本波と奇数倍音（f、3 f、5 f、7 f、 ...）のみで構成されている場合、その和は半波対称です。つまり、反転および位相シフトしても全く同じ波形になります。波形に偶数倍音（2 f、4 f、6 f、 ...）が含まれている場合、波形は非対称です。つまり、プロットされた波形の上半分は下半分の鏡像とはなりません。
逆に、波形の形状を（単純なスケーリングやシフトを超えて）変化させるシステムは、追加の高調波（高調波歪み）を生成します。これは非線形システムと呼ばれます。波形に対称的に作用する場合、生成される高調波はすべて奇数次です。非対称的に作用する場合、少なくとも1つの偶数次高調波が生成されます（おそらく奇数次高調波も生成されます）。
調和
2つの音符が同時に演奏され、周波数比が単純な分数である場合（例： 2 / 1 、 3/ 2 、または5/ 4 ）、合成波は依然として周期的で、周期は短く、その組み合わせは協和音のように聞こえます。例えば、200 Hzで振動する音と300 Hzで振動する音（完全5度、または3/ 2 比率、200 Hz以上）が加算されて100 Hzで繰り返される波が形成されます。1/ 100 1秒間に、300Hzの波は3回、200Hzの波は2回繰り返されます。個々の音源から実際に100Hzの正弦波成分が寄与していないにもかかわらず、 合成された波は100Hzで繰り返されることに注意してください。
さらに、アコースティック楽器の2つの音符には、同じ周波数を共有する倍音成分が多数含まれます。例えば、基音倍音の周波数が200 Hzの音符は、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、… Hz の倍音を持つことができます。基音周波数が300 Hzの 音符は、 600、900、1 200、1 500、1 800、… Hz の倍音を持つことができます。2つの音符は、各音列のさらに後ろの600、1 200、1 800 Hz などで、互いに一致する倍音を共有し ます。
人間の聴覚がそれを実現するメカニズムは未だ完全には解明されていないものの、約2000年にわたる実践的な音楽観察[ 10 ]から、短い基本周波数と共通または密接に関連する部分音を持つ複合波の組み合わせが、ハーモニー感覚を生み出すことが分かっています。2つの周波数が単純な分数に近いものの、完全に一致しない場合、複合波はゆっくりと周期的に振動し、波の打ち消し合いが音ではなく一定の脈動として聞こえます。これは「うなり音」と呼ばれ、不快な、あるいは不協和音とされています。
ビートの周波数は、2つの音の周波数の差として計算されます。2つの音のピッチが近い場合、ビートの速度は人間が耳でストップウォッチを使って周波数の差を測れるほど遅くなります。ビートのタイミングは、手頃な価格の調律メーターが登場する以前は、ピアノ、ハープ、チェンバロを複雑な音律に調律する方法でした。
- 上記の例では、| 200 Hz − 300 Hz | = 100 Hz となります。
- 変調理論の別の例として、 3 425 Hz と3 426 Hz の組み合わせは、| 3 425 Hz − 3 426 Hz | = 1 Hzであるため、1 秒間に 1 回拍動します。
協和音と不協和音の違いは明確に定義されていませんが、拍周波数が高くなるほど、不協和音となる可能性が高くなります。ヘルムホルツは、2つの純音間の不協和音は、拍周波数がおよそ35Hzのときに最大になると提唱しました。[ 11 ]
スケール
楽曲の素材は通常、音階と呼ばれる音程の集合から取られます。ほとんどの人は絶対的な周波数を正確に判断できないため、音階の本質は、音間の周波数の比率（音程）にあります。
全音階は歴史を通じて文献に登場し、各オクターブに7つの音で構成されています。純正律では、全音階はオクターブ内の最も単純な3つの音程、すなわち完全5度（3/2）、完全4度（4/3）、長3度（5/4）を用いて簡単に構成できます。5度と3度の音形は倍音共鳴体の倍音列に自然に存在するため、これは非常に単純なプロセスです。
次の表は、純正長音階のすべての音の周波数と音階の最初の音の固定周波数の比率を示しています。
| C | D | E | F | G | あ | B | C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 9月8日 | 5/4 | 4/3 | 3/2 | 5/3 | 8月15日 | 2 |
純正律によって得られる音階は他にもあり、例えば短音階などです。純正律に従わず、他のニーズに合わせて音程を調整した音階は音律と呼ばれ、その中で平均律が最もよく用いられています。音律は純正音程の音響的な純粋さを曖昧にする一方で、閉じた五度圏など、望ましい特性を持つことが多いです。
多くの楽器において、演奏者は音の立ち上がりのタイミングと強さのみを決定し、その後は演奏者の意志とは無関係に減衰していきます。また、聴き手にとって、立ち上がりは音の終わりよりもはるかに重要な要素です。[ 12 ] [ 13 ]
参照
参考文献
- ^ベナデ、アーサー・H. (1990). 『音楽音響学の基礎』ドーバー出版. ISBN 9780486264844。
- ^フレッチャー, ネヴィル・H.; ロッシング, トーマス (2008年5月23日).楽器の物理学. シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア. ISBN 9780387983745。
- ^キャンベル、マレー、グレーテッド、クライヴ (1994年4月28日). 『ミュージシャンのための音響ガイド』 . OUP Oxford. ISBN 9780191591679。
- ^ロデラー、フアン (2009)。音楽の物理学と心理物理学: 入門(第 4 版)。ニューヨーク: Springer-Verlag。ISBN 9780387094700。
- ^エンリケ、ルイス L. (2002)。アクスティカ ミュージカル(ポルトガル語)。カローステ・グルベンキアン財団。ISBN 9789723109870。
- ^ワトソン、ランハム、アランHD、ML（2009年）『音楽演奏と演奏関連傷害の生物学』ケンブリッジ：スケアクロウ・プレス、ISBN 9780810863590。
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ a bヘルムホルツ、ヘルマン・LF; エリス、アレクサンダー・J. (1885).ヘルマン・LF・ヘルムホルツ著『音楽理論の生理学的基礎としての音感について』ケンブリッジ・コア. doi : 10.1017/CBO9780511701801 . hdl : 2027/mdp.39015000592603 . ISBN 9781108001779. 2019年11月4日閲覧。
{{cite book}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ） - ^カルトミ、マーガレス（1990年）『楽器の概念と分類について』シカゴ：シカゴ大学出版局。ISBN 9780226425498。
- ^ホプキン、バート (1996). 『楽器デザイン：楽器設計の実践情報』シャーププレス参照。ISBN 978-1884365089。
- ^プトレマイオス、ガイウス・クラウディウス。ハルモニコンἉρμονικόν[ハーモニクス]。西暦 180年頃。
- ^ 「Roughness」 . music-cog.ohio-state.edu (コースノート). Music 829B.オハイオ州立大学.
- ^シェーファー 1977、230ページ。sfn エラー: ターゲットがありません: CITEREFSchaeffer1977 (ヘルプ)
- ^ 「聴覚保護の段階」。
外部リンク
- 音楽音響学 - サウンドファイル、アニメーション、イラスト - ニューサウスウェールズ大学
- 音響コレクション -デイトン・ミラー教授による音楽音響の研究用機器の説明、写真、ビデオクリップ
- アメリカ音響学会（ASA）の音楽音響技術委員会（TCMU）
- 音楽音響研究図書館（MARL）
- 音響グループ/音響と音楽テクノロジーのコース - エディンバラ大学
- 音響研究グループ - オープン大学
- KTH 音声・音楽・聴覚センターの音楽音響グループ
- チェンバロの音の物理学
- ビジュアル音楽
- Savart Journal - 弦楽器の科学技術に関するオープンアクセスのオンラインジャーナル
- Physclipsの干渉と協和音
- Curso de Acústica ミュージカル(スペイン語)
