ระดับเสียง อ็อกเทฟ และโน้ตทั้งสิบสอง: ดนตรีทำงานอย่างไร

ระดับเสียงคือความเร็วในการสั่นของบางสิ่ง

เสียงคือการสั่นที่เดินทางผ่านอากาศ สายกีตาร์ เส้นเสียง หรือกรวยลำโพงจะดันอากาศไปมา และหูของคุณจะรับรูปแบบการสั่นนั้น

ความเร็วของการเคลื่อนไปมานี้คือ ความถี่ โดยนับเป็น เฮิรตซ์ (Hz) ซึ่งหมายถึงจำนวนรอบต่อวินาที เรารับรู้ความถี่เป็น ระดับเสียง: การสั่นที่เร็วกว่าจะให้เสียงสูงกว่า ส่วนการสั่นที่ช้ากว่าจะให้เสียงต่ำกว่า โน้ตอ้างอิงที่วงออร์เคสตราส่วนใหญ่ใช้ตั้งเสียง ซึ่งก็คือ A ที่อยู่เหนือ C กลาง จะสั่น 440 ครั้งต่อวินาที

ความดังเป็นอีกเรื่องหนึ่ง โดยขึ้นอยู่กับ แอมพลิจูด หรือขนาดของการสั่น โน้ตหนึ่งอาจมีระดับเสียงสูงและเบา หรือต่ำและดังได้ และการตั้งค่าทั้งสองอย่างนี้เป็นอิสระต่อกัน

อ็อกเทฟ: ทำไม C สองตัวจึงฟังเหมือนเป็นโน้ตเดียวกัน

ลองเล่นโน้ต C แล้วเล่นโน้ต C ถัดไปที่สูงขึ้นบนคีย์บอร์ด ทั้งสองฟังดูเหมือนเป็นโน้ตเดียวกันที่มีระดับเสียงต่างกัน เหตุผลคือมีอัตราส่วนที่พอดี: โน้ต C ที่สูงกว่าสั่นด้วยความถี่ เป็นสองเท่าพอดี ของโน้ตที่ต่ำกว่า

การเพิ่มเป็นสองเท่านี้เรียกว่า อ็อกเทฟ ถ้าขึ้นไปอีกหนึ่งอ็อกเทฟ ก็จะเพิ่มเป็นสองเท่าอีกครั้ง ถ้าลง ก็จะลดความถี่ลงครึ่งหนึ่ง โน้ต C กลางอยู่ที่ประมาณ 262 Hz โน้ต C ที่อยู่เหนือขึ้นไปอยู่ที่ประมาณ 523 Hz และโน้ตถัดไปอยู่ที่ประมาณ 1046 Hz

สังเกตว่าอ็อกเทฟคือ การคูณ ไม่ใช่การบวก การขึ้นหนึ่งอ็อกเทฟจากโน้ตต่ำจะเพิ่มความถี่เพียงไม่กี่สิบเฮิรตซ์ แต่การขึ้นหนึ่งอ็อกเทฟจากโน้ตสูงจะเพิ่มขึ้นหลายร้อยเฮิรตซ์ หูของเรารับรู้ระดับเสียงตามอัตราส่วน นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมแป้นคีย์บอร์ดจึงดูเหมือนเว้นระยะเท่า ๆ กัน ทั้งที่ความถี่ไม่ได้เท่ากัน

โน้ตสิบสองตัวภายในหนึ่งอ็อกเทฟ

นับคีย์ทุกคีย์ ทั้งคีย์ขาวและคีย์ดำ จาก C หนึ่งตัวไปจนถึง C ตัวถัดไป คุณจะผ่านโน้ตที่แตกต่างกัน 12 ตัว ก่อนที่รูปแบบจะวนซ้ำ

การเล่นโน้ตเหล่านี้เรียงตามลำดับจะได้ มาตราส่วนโครมาติก

แต่ละขั้นระหว่างคีย์ที่อยู่ติดกันเรียกว่า ครึ่งขั้น (หรือเซมิโทน) ซึ่งเป็นขั้นที่เล็กที่สุดบนคีย์บอร์ดมาตรฐาน ครึ่งขั้นสองขั้นรวมกันเป็น ขั้นเต็ม คีย์ดำจะเรียงเป็นกลุ่มละสองและสามคีย์ ทำให้ใช้เป็นจุดสังเกตได้ว่า คีย์ขาวที่อยู่ทางซ้ายของคีย์ดำคู่ใด ๆ จะเป็น C เสมอ

คีย์ดำหนึ่งคีย์อาจมีชื่อได้สองชื่อ คีย์ที่อยู่ระหว่าง C กับ D จะเป็น C♯ เมื่อมองว่าเป็น C ที่ถูกยกสูงขึ้น และเป็น D♭ เมื่อมองว่าเป็น D ที่ถูกลดต่ำลง คีย์เดียวกัน เสียงเดียวกัน แต่เขียนต่างกัน

ชื่อโน้ตทั้ง 12 ชื่อ (พร้อมชาร์ปหรือแฟลต) คือคลังเสียง เมโลดี้ คอร์ด และมาตราส่วน ล้วนสร้างขึ้นจากการเลือกใช้ชื่อเหล่านี้

เสียงเท่ากัน: การแบ่งอ็อกเทฟอย่างยุติธรรม

นี่คือโจทย์ ถ้าอ็อกเทฟทำให้ความถี่เพิ่มเป็นสองเท่า และมีครึ่งขั้นที่เท่ากัน 12 ขั้น ครึ่งขั้นหนึ่งขั้นจะคูณความถี่ด้วยเท่าไร ให้เรียกค่านี้ว่า r ครึ่งขั้น 12 ขั้นเรียงต่อกันต้องมีค่าเท่ากับ 2:

r¹² = 2, ดังนั้น r = 2^(1/12) ≈ 1.0595

ทุกครึ่งขั้นจะสูงกว่าขั้นก่อนหน้าประมาณ 6 เปอร์เซ็นต์ ครบ 12 ขั้นแล้วค่าจะทบกันจนกลับมาเป็นสองเท่าพอดี ระบบนี้เรียกว่า ระบบเสียงเท่ากัน 12 เสียง และเป็นระบบการตั้งเสียงของเปียโนและคีย์บอร์ดสมัยใหม่เกือบทั้งหมด

แล้วทำไมต้องใช้ระบบนี้ เพราะทำให้คุณเล่นได้ทุกคีย์ และทุกช่วงเสียงมีเสียงเหมือนกัน ระบบการตั้งเสียงแบบเก่าทำให้บางคีย์ฟังไพเราะ แต่บางคีย์ฟังแข็งกระด้าง ระบบเสียงเท่ากันยอมให้มีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในทุกจุด เพื่อแลกกับอิสระในการเปลี่ยนคีย์ไปที่ใดก็ได้ ตัวอย่างเช่น ช่วงห้าสมบูรณ์ตามอุดมคติควรมีอัตราส่วน 3:2 (1.5) แต่ในระบบเสียงเท่ากันจะอยู่ที่ประมาณ 1.498 ซึ่งเป็นความแตกต่างที่ผู้ฟังส่วนใหญ่แทบสังเกตไม่ออก

จังหวะ: เมื่อไรและนานเท่าไร

ระดับเสียงเกี่ยวกับว่าเราได้ยินโน้ตใด ส่วน จังหวะ เกี่ยวกับเวลา ได้แก่ โน้ตแต่ละตัวเริ่มเมื่อไรและยาวนานเท่าไร

ดนตรีส่วนใหญ่มีชีพจรที่สม่ำเสมออยู่เบื้องหลัง เรียกว่า บีต ความเร็วของบีตเรียกว่า เทมโป วัดเป็นจำนวนบีตต่อนาที (BPM) ที่ 60 BPM จะมีหนึ่งบีตต่อวินาที ส่วนที่ 120 BPM จะมีสองบีตต่อวินาที

ความยาวของโน้ตเป็นเศษส่วนของบีต ถ้าโน้ตตัวดำมีค่าเท่ากับหนึ่งบีต เช่น ในจังหวะ 4/4 โน้ตตัวขาวจะยาวสองบีต และโน้ตตัวกลมจะยาวสี่บีต โน้ตเขบ็ตจะแทรกได้สองตัวในหนึ่งบีต

ตรงนี้จะเห็นความเชื่อมโยงกับความถี่ เทมโป 120 BPM คือชีพจรที่มีความถี่ 2 Hz ซึ่งช้าเกินกว่าจะได้ยินเป็นระดับเสียง หากเร่งชีพจรให้เร็วกว่า aproximadamente ยี่สิบรอบต่อวินาที มันจะเริ่มฟังรวมเป็นเสียงโทนเดียว

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อย

• "โน้ตที่สูงกว่าดังกว่า" ระดับเสียงคือความถี่ ส่วนความดังเสียงคือแอมพลิจูด ทั้งสองอย่างเป็นอิสระต่อกัน
• "ทุกอ็อกเทฟเพิ่มจำนวนเฮิรตซ์เท่ากัน" ความถี่จะเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นช่องว่างในหน่วยเฮิรตซ์จึงกว้างขึ้นเมื่อคุณไล่ขึ้นไป
• "คีย์สีดำแตกต่างจากคีย์อื่น" คีย์เหล่านี้เป็นโน้ตธรรมดา คีย์บอร์ดเพียงแสดงรูปแบบที่ไม่สม่ำเสมอของขั้นเต็มเสียงและครึ่งเสียง
• "C♯ และ D♭ เหมือนกันทุกครั้ง" บนเปียโน ทั้งสองเป็นคีย์เดียวกัน แต่ในระบบการตั้งเสียงแบบอื่น ๆ และบนเครื่องดนตรีบางชนิด ทั้งสองอาจแตกต่างกันเล็กน้อย

วิธีสำรวจเรื่องนี้ในแล็บ

The Sound & Music Lab gives you a keyboard that names each interval and a string you can watch vibrate. A good path through the free first world:

1. What is pitch? ties sound to vibration and frequency.
2. The octave shows the doubling for yourself.
3. The twelve notes walks the chromatic scale.
4. Equal temperament puts the twelfth root of two to work.
5. Beat & rhythm moves from pitch to time.

The lab uses idealised tones, which are cleaner than a real instrument, so it works as a simplified teaching model rather than a recording of one.