La musica e le connessioni con la fisica

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La musica e le connessioni con la fisica
La musica e le connessioni con la fisica

La musica non nasce da un’ispirazione creativa casuale. Le canzoni non sono caos, implicano struttura, schema, ripetizione e altre caratteristiche che li rendono riconoscibili all’orecchio umano.

La musica è una scienza, un suono affascinante e pulsante che scruta attraverso le percezioni uditive delle persone e nell’universo al di là.

Le nostre orecchie catturano ogni sorta di suono, dal cinguettio dei grilli al martellamento dei martelli pneumatici, alla musica classica che scorre attraverso i segnali radio. Pochi di noi  si prendono il tempo per pensare davvero a come quei suoni si spostano da un luogo all’altro.

Noi umani abbiamo organi progettati specificamente per rilevare e comprendere il suono

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Tutta la musica emerge dai principi trovati in fisica e matematica. Secoli fa, alcuni accademici consideravano lo studio della musica una sorta di scienza. Era considerata una disciplina importante insieme alla matematica, alla geometria e all’astronomia. Tutto nell’universo è connesso. Così anche la musica e la fisica.

Agita le mani in aria

Il suono è composto da tipi di onde, comprese le onde meccaniche, longitudinali e di pressione. Gli oggetti vibranti creano queste onde, che successivamente viaggiano attraverso un mezzo, come l’aria o l’acqua.

Fai oscillare una molla sinuosa su un’estremità. Le vibrazioni che crei si spostano da un’estremità all’altra mentre l’energia viene trasferita attraverso ciascuna bobina. Questo è un tipo di azione meccanica, poiché ogni particella della molla influenza le altre.

Allo stesso modo, quando la musica esce da un altoparlante vibrante, fa vibrare le particelle d’aria vicine, creando un effetto a catena che rende la musica udibile a distanza.

Che ce ne rendiamo conto o no, siamo tutti in sintonia con la musica e la fisica

Questa azione meccanica è considerata longitudinale perché il suono viaggia parallelamente alla direzione in cui si muove l’onda sonora. In altre parole, un’onda sonora diretta in avanti fa sì che anche i suoni viaggino in avanti.

Le onde sonore sono costituite da una serie di punti alti e bassi. Mentre si muovono attraverso un mezzo come l’aria, le particelle d’aria si comprimono e si decomprimono. Quindi le onde sonore sono anche onde di pressione.

Controllare queste diverse onde, che rappresentano importanti principi della fisica, è il modo in cui le persone imparano a fare musica.

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Gli Hertz 

Le tue orecchie sono naturalmente in grado di rilevare le fluttuazioni di frequenza. Vuoi fare un bel suono? Impara a controllare le vibrazioni delle onde sonore.

Le onde sonore si muovono a una frequenza specifica. La frequenza di un’onda indica fondamentalmente quanto velocemente o lentamente un mezzo vibra quando un’onda sonora lo attraversa. Gli scienziati usano le unità Hertz (Hz) per riferirsi alla frequenza; una singola vibrazione al secondo è 1 Hz.

Le orecchie sono costruite per captare le fluttuazioni di frequenza, perché le onde di pressione di un suono influenzano il timpano. Un suono ad alta frequenza ha un tono più alto; i suoni a frequenza più bassa hanno un tono più basso.

Molta musica, quindi, è in definitiva una miscela di onde sonore con rapporti di numeri interi tra le loro frequenze.

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Onde stazionarie

Le onde che trasportano il suono si comportano in modo molto simile alle onde dell’acqua. La musica è fatta di onde sonore. Quelle onde si comportano come quelle che si trovano, ad esempio, in un lago.

Se osservi le onde che si infrangono in una diga dalla superficie piatta in una giornata ventosa, alla fine vedrai un’onda che si muove all’indietro fuori dalla diga e direttamente in un’altra onda in arrivo. Il risultato è una torre d’acqua più alta e più massiccia. Allo stesso modo, le parti inferiori dell’onda diventano ancora più basse.

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Riconoscimento di un genere
Se dei membri di un’orchestra fanno tutti le loro cose, ottieni solo rumore, se lavorano insieme per suonare un brano musicale, gli ascoltatori ascoltano schemi gloriosi. Nella musica emergono schemi.

Se guardi la rappresentazione visiva dei modelli d’onda della musica, è una serie regolare e prevedibile di picchi e valli. Una rappresentazione del rumore ha picchi e valli irregolari, quindi non c’è musica.

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La maggior parte delle icone rock non attribuisce le proprie esibizioni alla fisica, ma senza onde sonore amplificate, non potrebbero essere ascoltate da grandi folle. In una grande sala da concerto piena di fan rumorosi e ubriachi, quella batteria sarebbe difficilmente udibile.

Così tanti artisti usano amplificatori elettronici, che prendono le onde sonore e aumentano l’intensità e il volume in modo da riempire uno stadio.

Il suono viaggia in onde di pressione composte da compressioni e rarefazioni (l’opposto della compressione).  I punti in cui le compressioni si incontrano sono più rumorosi. Le aree in cui le rarefazioni si scontrano sono più morbide.

E dove si scontrano compressioni e rarefazioni? C’è poco o nessun suono. Quando gli architetti progettano sale da concerto per musicisti, devono considerare attentamente l’acustica dell’edificio.

Questo stesso principio funziona nelle cuffie con cancellazione del rumore. Queste cuffie rilevano il suono in arrivo e creano un’onda sonora opposta, che elimina le grida e ti consente di goderti la musica.

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In una sala da concerto, per fermare le interferenze e i punti morti, gli ingegneri installano spesso pareti o pannelli imbottiti che assorbono le onde sonore. Questi pannelli riducono l’eco e quindi le strane interferenze che rovinerebbero l’esperienza dell’ascoltatore.

Musica delle molecole: gli atomi sono costantemente in movimento, vibrano, creando la frequenza naturale degli oggetti di cui fanno parte.

Tutta la materia è composta da piccolissimi atomi

Quegli atomi sono continuamente in movimento, il che significa che tutta la materia vibra in una certa misura. Tutti gli oggetti, quando vengono colpiti o strimpellati, hanno una frequenza naturale (o frequenze) che producono.

Colpisci un diapason e produrrà un unico suono puro perché vibra a una sola frequenza naturale. Soffia aria attraverso un sassofono e sentirai più frequenze naturali.

L’aria che si muove all’interno di un violoncello è ciò che gli dà il suo suono

Il corpo di uno strumento musicale, come un trombone o un violino, non è ciò che fa il suono. È la colonna vibrante d’aria all’interno dello strumento che produce ciò che sentiamo.

Tuttavia, la forma e le dimensioni dello strumento determinano i suoni che crea. Sono udibili solo le onde sonore che si adattano allo strumento. Queste sono le onde che risuonano (si fanno più forti) all’interno dello strumento. Le onde che non si adattano sono semplicemente perse.

Puoi visualizzare questo fenomeno immaginando un bambino su un’altalena. Dopo aver avviato il processo di oscillazione, l’oscillazione trova un ritmo o una frequenza naturale. Cercare di spingere più velocemente o più lentamente interrompe solo l’oscillazione (e rende tuo figlio molto frustrato con te).

Le tube risuonano alle basse frequenze. Ecco perché emettono suoni profondi e bassi. Un ottavino, con il suo piccolo e corto involucro, risuona naturalmente a frequenze alte e penetranti. Pertanto, i produttori di strumenti tengono molto a mente le proprietà della risonanza mentre progettano ogni pezzo.

Se montassi le corde della chitarra su una tavola piatta e le strimpellassi, suonerebbero molto diversamente da come suonano sullo strumento

Sospendi una corda tra due punti, tirala forte e poi spezzala con il dito. Sentirai un suono udibile. Prendi una corda simile, montala su una chitarra e poi pizzicala. Di nuovo, sentirai un suono, ma questa volta sarà molto più forte.

Stai sperimentando un aspetto di vibrazione forzata . Maggiore è la superficie di un oggetto che colpisci o strimpelli, più entra in contatto con il mezzo circostante, come l’aria. Si chiama vibrazione forzata perché l’aria viene forzata dallo strumento a vibrare a una frequenza che non è la sua.

Gli strumenti musicali sfruttano la vibrazione forzata per rendere i suoni più forti di quanto non sarebbero altrimenti. Un pianoforte utilizza una tavola armonica e un violino ha un corpo cavo attaccato alla tastiera. Entrambi aiutano ad aumentare il volume per gli ascoltatori.

Anche se un pubblico non ha mai ascoltato un brano musicale prima, gli ascoltatori possono intuire cosa accadrà dopo, perché istintivamente riconosciamo e anticipiamo gli schemi.

Gli schemi della musica uniscono il tempo e quello che altrimenti sarebbe solo rumore. Una stanza piena di persone che suonano strumenti in modo indipendente non fa altro che un fracasso straziante. Quando suonano i loro strumenti a tempo sullo stesso spartito, però, il risultato è sorprendente. È musica .

Eppure non sono solo i musicisti a capire queste canzoni. Anche il pubblico coglie le melodie e impara ad anticipare un ritornello e dei ritornelli. Anche se non hai mai ascoltato una canzone in particolare prima d’ora, inizi quasi istintivamente a capire la struttura, lo schema e il tempo di una canzone.

Questo parla di un livello di interconnessione che si rifà alla fisica. Potrebbe non essere proprio la meccanica quantistica , ma è ancora un altro incrocio – di molti – in cui musica e fisica si scontrano.




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