حدة الصوت، والأوكتافات، والنغمات الاثنتا عشر: كيف تعمل الموسيقى

حدة الصوت هي مقياس لسرعة اهتزاز شيء ما.

الصوت اهتزاز ينتقل عبر الهواء. يدفع وتر الغيتار أو الوتر الصوتي أو مخروط مكبر الصوت الهواء ذهابًا وإيابًا، وتلتقط أذنك النمط.

تُقاس سرعة هذا الذهاب والإياب بـ التردد، بوحدة الهرتز (Hz)، أي عدد الدورات في الثانية. نسمع التردد على شكل طبقة صوتية: فالاهتزاز الأسرع يبدو أعلى، والأبطأ يبدو أخفض. النغمة المرجعية التي تضبط عليها معظم فرق الأوركسترا، وهي A الواقعة فوق C الوسطى، تهتز 440 مرة كل ثانية.

أما علو الصوت فهو أمر مختلف. إذ يعتمد على السعة، أي حجم الاهتزاز. يمكن أن تكون النغمة عالية الطبقة وهادئة، أو منخفضة الطبقة وصاخبة، والإعدادان مستقلان.

الأوكتاف: لماذا يبدو صوت نغمتين "دو" متشابهًا.

اعزف نغمة C، ثم نغمة C التالية الأعلى على لوحة المفاتيح. ستسمع أنهما النغمة نفسها لكن بارتفاعين مختلفين. والسبب هو نسبة بسيطة: إذ يهتز C الأعلى بتردد يساوي بالضبط ضعف تردد C الأدنى.

هذا التضاعف هو الأوكتاف. اصعد أوكتافًا آخر، فتضاعف التردد مرة أخرى. وعند النزول، ينخفض التردد إلى النصف. تردد C الأوسط نحو 262 Hz، وتردد C الذي يعلوه نحو 523 Hz، والذي يليه نحو 1046 Hz.

لاحظ أن الأوكتاف هو عملية ضرب، وليس جمعًا. فالصعود أوكتافًا واحدًا من نغمة منخفضة يضيف بضع عشرات من الهرتز، بينما يضيف الصعود أوكتافًا واحدًا من نغمة عالية مئات الهرتز. تقيس آذاننا حدة الصوت بالنسب، ولهذا تبدو مفاتيح لوحة المفاتيح متباعدة بالتساوي، رغم أن الترددات ليست كذلك.

اثنتا عشرة نغمة داخل نطاق أوكتاف واحد.

عُدَّ كل مفتاح، أبيض وأسود، من C إلى C التالية، وستمر عبر اثنتي عشرة نغمة مختلفة قبل أن يتكرر النمط. وعزفها بالترتيب يعطي السلم الكروماتي.

كل خطوة بين مفتاحين متجاورين هي نصف درجة (أو نصف نغمة)، وهي أصغر خطوة على لوحة مفاتيح قياسية. ويكوّن نصفا درجة درجة كاملة. تأتي المفاتيح السوداء في مجموعات من مفتاحين وثلاثة مفاتيح، وهذا يمنحك علامات تساعدك على تحديد المواقع: فالمفتاح الأبيض الموجود مباشرة إلى يسار أي زوج من المفاتيح السوداء هو دائمًا C.

يمكن أن يكون للمفتاح الأسود اسمان. فالمفتاح الموجود بين C وD يسمى C♯ عندما تفكر فيه على أنه C مرفوعة، ويسمى D♭ عندما تفكر فيه على أنه D منخفضة. إنه المفتاح نفسه والصوت نفسه، لكن بطريقة كتابة مختلفة.

أسماء النغمات الاثنا عشر بالحروف (مع علامات الرفع أو الخفض) هي مجموعة الألوان المتاحة. فالألحان والتآلفات والسلالم كلها تُبنى من الاختيار بينها.

النظام الموسيقي المتساوي: تقسيم الأوكتاف بشكل متساوٍ.

إليك اللغز: إذا كان الأوكتاف يضاعف التردد، وكان يضم اثنتي عشرة درجة نصفية متساوية، فبأي عدد يضرب نصف الدرجة الواحد التردد؟ لنسمِّ هذا العدد r. يجب أن يساوي حاصل ضرب اثني عشر منها على التوالي 2:

r¹² = 2، إذن r = 2^(1/12) ≈ 1.0595

كل نصف درجة أعلى بنحو 6 بالمئة من الدرجة التي تحتها. وتؤدي اثنتا عشرة خطوة، مع تراكمها، إلى الضعف تمامًا. يُسمى هذا النظام التسوية المتساوية ذات الاثني عشر صوتًا، وهو نظام الضبط المستخدم في معظم آلات البيانو ولوحات المفاتيح الحديثة.

لماذا نستخدمه؟ لأنه يتيح لك العزف في أي مقام، ويجعل كل فترة تبدو بالصوت نفسه. أما أنظمة الضبط الأقدم، فكانت تجعل بعض المقامات عذبة وأخرى قاسية. تقبل التسوية المتساوية تنازلات صغيرة جدًا في كل مكان، مقابل حرية الانتقال إلى أي مقام. فعلى سبيل المثال، تبلغ النسبة المثالية للفترة الخامسة التامة 3:2 (1.5)، لكنها في التسوية المتساوية تساوي نحو 1.498، وهو فرق بالكاد يلاحظه معظم المستمعين.

الإيقاع: متى وكم من الوقت.

تتعلق حدة الصوت بالنغمة التي تسمعها. يغطي الإيقاع التوقيت: متى تبدأ كل نغمة وكم تدوم.

يوجد تحت معظم الموسيقى نبض ثابت يسمى النبضة. وتُسمى سرعة هذا النبض سرعة الإيقاع، وتُقاس بالنبضات في الدقيقة (BPM). عند 60 BPM تحصل على نبضة واحدة في الثانية؛ وعند 120 BPM، نبضتين.

مدد النغمات هي كسور من النبضة. فإذا كانت نغمة الربع تساوي نبضة واحدة، كما في ميزان 4/4، فإن النغمة النصفية تدوم نبضتين، والنغمة الكاملة أربع نبضات. وتضم النغمات الثُمنية نغمتين في نبضة واحدة.

يمكنك هنا رؤية صلة بالتردد. فسرعة إيقاع تبلغ 120 BPM تعني نبضًا بتردد 2 Hz، لكنه بطيء جدًا بحيث لا يمكن سماعه كحدة صوت. وإذا زادت سرعة النبض إلى أكثر من نحو عشرين دورة في الثانية، يندمج في نغمة.

المفاهيم الخاطئة الشائعة.

• "النغمات الأعلى صوتًا أعلى." حدة الصوت هي التردد؛ وشدة الصوت هي السعة. وهما مستقلان.
• "كل أوكتاف يضيف العدد نفسه من الهرتزات." بل يتضاعف التردد، لذلك تزداد الفواصل بالهرتز كلما صعدت.
• "المفاتيح السوداء مختلفة عن البقية." إنها نغمات عادية. تُظهر لوحة المفاتيح فقط النمط غير المتساوي للخطوات الكاملة والنصفية.
• "C♯ وD♭ متطابقان دائمًا." إنهما المفتاح نفسه على البيانو. لكن في بعض أنظمة الضبط الأخرى وعلى بعض الآلات، قد يختلفان قليلًا.

كيفية استكشاف ذلك في المختبر.

يمنحك مختبر الصوت والموسيقى لوحة مفاتيح تسمي كل فترة، ووترًا يمكنك مشاهدة اهتزازه. إليك مسارًا مناسبًا عبر العالم الأول المجاني:

1. يربط ما حدة الصوت؟ الصوت بالاهتزاز والتردد.
2. يوضح الأوكتاف بنفسك كيف يتضاعف التردد.
3. يأخذك النغمات الاثنتا عشرة عبر السلم اللوني.
4. يستخدم الضبط المتساوي الجذر الثاني عشر للعدد اثنين.
5. ينتقل الإيقاع والنبض من حدة الصوت إلى الزمن.

يستخدم المختبر نغمات مثالية، وهي أنقى من نغمات آلة موسيقية حقيقية، لذا فهو نموذج تعليمي مبسّط وليس تسجيلًا لآلة موسيقية.