Σκοπός Μαθήματος
Αναγνώριση της διαφοράς μεταξύ τόνου και θορύβου. Κατανόηση της διαδικασίας παραγωγής ενός τόνου από ένα μουσικό όργανο. Αναπαράσταση του τόνου σε γραφήματα έντασης-χρόνου (κυματομορφή) και πλάτους-συχνότητας (μετασχηματισμός Φουριέ). Ποια η σχέση του τόνου με το κύμα; Ποια η σχέση του με τις μουσικές νότες;
Εκφώνηση
Ανοίξτε την πλατφόρμα iMuSciCA:
https://workbench.imuscica.eu/
1. Παραγωγή τόνων
Επιλέξτε ως γλώσσα περιήγησης τα Ελληνικά από το εικονίδιο για τις «Ρυθμίσεις» πάνω δεξιά.
Διαμορφώστε τον δικό σας ήχο όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα ακολουθώντας τις οδηγίες της λεζάντας:
Έχοντας εκτελέσει σωστά τα βήματα, οι ήχοι που ακούσατε πρέπει να είναι οι ακόλουθοι:
Πρόκειται για δύο διαφορετικούς τόνους. Τόνος είναι ο τρόπος που οι άνθρωποι αντιλαμβανόμαστε τη θεμελιώδη συχνότητα των ηχητικών κυμάτων. Κάθε συχνότητα αντιστοιχεί σε διαφορετικό τονικό ύψος (ή αλλιώς ύψος του ήχου). Ο πρώτος από τους δύο τόνους που ακούσαμε, λέμε ότι είναι χαμηλότερος από τον δεύτερο, όπως αντίστοιχα ισχύει και για τις τιμές τις συχνότητας τους.
Προσοχή όμως! Εδώ δεν μιλάμε για την ένταση του ήχου, που αντιστοιχεί στο πόσο δυνατά τον ακούμε.
2. Ο ήχος είναι κύμα – Μία πρώτη διαισθητική προσέγγιση
Περίπου όπως ταξιδεύουν κύματα στη θάλασσα, έτσι ταξιδεύουν κύματα και στον αέρα. Στη μία περίπτωση ταλαντώνεται η επιφάνεια του νερού, στην άλλη περίπτωση ταλαντώνονται τα μόρια της ατμόσφαιρας. Μπορούμε να φανταστούμε ότι τα κύματα του ήχου φτάνουν στα αφτιά μας, όπως πέφτουν τα κύματα του νερού σε μία θαλάσσια ακτή. Αν μια κορυφή θαλάσσιου κύματος φτάνει στην ακτή κάθε ένα δευτερόλεπτο (δηλαδή η περίοδος είναι T = 1 sec), τότε λέμε ότι η συχνότητα (f) του κύματος είναι 1Hz. Αντίστοιχα, η νότα Ντο που ακούσαμε προηγουμένως να παίζεται από διάφορα όργανα έχει συχνότητα f=261.63 Hz. Για περισσότερα μπορείτε να περιηγηθείτε στη δραστηριόητα Ακούς; Ακούω! (ο ήχος ως κύμα).
3. Η Κυματομορφή του Τόνου: Εξοικείωση με την Συχνότητα
Ας δημιουργήσουμε ένα αρμονικό κύμα ήχου με το iMuSciCA. Ουσιαστικά, το κύμα που φτάνει στα αφτιά μας παράγεται από την ταλάντωση του ηχείου που έχουμε συνδέσει στον υπολογιστή. Επιλέξτε πλάτος ταλάντωσης Α=1, συχνότητα f=200 Hz και φάση φ=0. Έπειτα, ανοίξτε το εργαλείο οπτικοποίησης «Δισδιάστατος Αναλυτής» και δείτε την κυματομορφή που εμφανίζεται ενώ ακούτε κάθε ήχο ξεχωριστά.
Αλλάξτε slide χρησιμοποιώντας τα βελάκια που εμφανίζονται αριστερά και δεξιά.
Δώστε προσοχή στα γραφήματα (που απεικονίζονται και παρακάτω). Σ’ αυτά αναπαρίσταται η σχέση της έντασης του κύματος με το χρόνο.
Βλέπετε το μοτίβο που επαναλαμβάνεται;
Πώς διαφοροποιείται η κυματομορφή ενός τόνου που είναι χαμηλότερος από έναν άλλο;
Μετρήστε πόσες φορές (Ν) επαναλαμβάνεται το ίδιο μοτίβο σε κάθε περίπτωση, από τα 0 έως τα 10ms.
Εφόσον μετρήσετε το Ν για κάθε τόνο, εντοπίζετε κάποια σχέση με την τιμή της συχνότητας (f);
4. Τι δεν είναι Τόνος;
Βεβαιωθείτε ότι έχετε δώσει άδεια στην πλατφόρμα iMuSciCA να χρησιμοποιήσει το μικρόφωνό σας.
Έχοντας ανοιχτό το εργαλείο «Δισδιάστατος Αναλυτής» δοκιμάστε να εκφέρετε το γράμμα «σ» παρατεταμένα για να παραγάγετε έναν συριστικό ήχο, όπως αυτόν του φιδιού. Στα επόμενα slides μπορούμε να δούμε πώς καταγράφεται αυτό το κύμα αρχικά ως συνάρτηση του χρόνου –όπως κάναμε προηγουμένως με τους τεχνητούς ήχους– αλλά και σε σχέση με τη συχνότητα.
Δοκιμάστε το ίδιο σφυρίζοντας. Σημείωση: Αν δεν μπορείτε εκφέρετε το γράμμα «ι» παρατεταμένα. Ας δούμε τις αντίστοιχες οπτικοποιήσεις:
Ο συριστικός ήχος δεν αποτελεί τόνο, αλλά θόρυβο. Το σφύριγμα αντίθετα, που θα λέγαμε ότι ηχεί πιο μουσικά, αντιστοιχεί σε έναν τόνο. Τι διαφορές παρατηρείτε στις παραπάνω εικόνες μεταξύ θορύβου και τόνου;
5. Παραγωγή Τόνων (ή Μουσικών Νοτών) με Εικονικά Όργανα
Από την επιλογή εικονικών περιβαλλόντων του iMuSciCA επιλέξτε το «Τρισδιάστατος σχεδιασμός εικονικού οργάνου» και διαλέξτε το ξυλόφωνο. Μπορείτε να κάνετε «κλικ» με το ποντίκι σε διαφορετικά πλήκτρα, να ακούσετε τους διαφορετικούς τόνους που παράγουν και να δείτε τις αντίστοιχες οπτικοποιήσεις τους.
Κάθε τόνος αντιστοιχεί σε ξεχωριστή νότα. Νότες ονομάζουμε συγκεκριμένους τόνους που έχουν κάποια ξεχωριστή αξία στη μουσική θεωρία. Οι περισσότεροι έχουμε ακουστά τα πιο γνωστά ονόματα νοτών της δυτικής μουσικής: Ντο, Ρε, Μι, Φα, Σολ, Λα, Σι.
Διαφορετικές νότες παιγμένες στη σειρά παράγουν μελωδία. Διαφορετικές νότες παιγμένες ταυτόχρονα (βλέπε συγχορδίες) αντιστοιχούν στη μουσική αρμονία.
Ας ακούσουμε μια μελωδία παιγμένη με ξυλόφωνο στο διαδραστικό περιβάλλον του iMuSciCA:
Μπορούμε να ακούσουμε επίσης συγχορδίες παιγμένες από μία εικονική κιθάρα:
