ว่าด้วยเรื่องของเสียงทางวิทยาศาสตร์และทางดนตรี

ทางวิทยาศาสตร์

     หากว่ากันตามหลักวิทยาศาสตร์ เสียงเป็นคลื่นเชิงกลที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ
(คลื่นมี 2 ชนิด คือ)
     *คลื่นเชิงกล คือ คลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นเสียง คลื่นที่ผิวน้ำ คลื่นสปริง อีกประเภทคือ
       คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือคลื่นที่ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ และสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้ เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ รังสีต่างๆ

     เมื่อวัตถุสั่นสะเทือนก็จะทำให้เดินการอัดตัวและขยายตัวของคลื่นเสียงและคลื่นเสียงจะเดินทางผ่านอากาศมายังหูทำให้เราได้ยินเสียงนั่นเอง แต่เสียงก็สามารถเดินทางผ่านสื่อกลางอื่นๆได้เช่นกัน ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ แต่จะไม่สามารถเดินทางผ่านสุญญากาศได้ตามคุณสมบัติของ คลื่นเชิงกล
     คลื่นเสียงสามารถสะท้อนได้เมื่อไปกระทบกับตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า และสะท้อนได้ดีกับวัตถุที่เป็นของแข็งมีผิวเรียบ โดยคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงจะสะท้อนได้ดีกว่าคลื่นเสียงความถี่ต่ำ

คุณลักษณะของเสียง
1. ความถี่และระดับเสียง (pitch)

     คือ ระดับความสูง-ต่ำ ของเสียง สิ่งที่กำหนดระดับเสียงนั้นคือ ความเร็วในการสั่นสะเทือนของวัตถุ ยิ่งวัตถุสั่นสะเทือนเร็วเสียงก็จะยิ่งสูง โดยจะวัดความถี่(Frequency)ของการสั่นสะเทือนเป็นจำนวนครั้งต่อวินาที เช่น 440 รอบต่อวินาที, 880 รอบต่อวินาที เป็นต้น 

2. ความยาวช่วงคลื่น (wavelength) 

     คือ ระยะห่างระหว่างยอดคลื่นสองยอดที่ติดกันซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการอัดตัวของคลื่นเสียงยิ่งความยาวช่วงคลื่นมีมาก ความถึ่ของเสียงและระดับเสียงก็จะยิ่งต่ำลง

3. แอมปลิจูด (amplitude) 
     คือ ความสูงหรือความกว้างระหว่างยอดคลื่นและท้องคลื่นของคลื่นเสียง(จุดบนสุดและต่ำสุดของเส้นคลื่น) ซึ่งมีผลกับความเข้มของเสียง (Intensity) หรือความดังของเสียง (Loudness) ยิ่งแอมปลิจูดมีค่ามาก(เส้นคลื่นมีความสูงมาก) ความเข้มหรือความดังของเสียงก็ยิ่งเพิ่มขึ้น

ทางดนตรี

     ดนตรีเป็นวิชาเกี่ยวกับเสียงโดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องทำความเข้าใจในวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวกับเรื่องของเสียง ซึ่งในวิทยาศาสตร์มีสาขาวิชาที่เกี่ยวกับเสียง เรียกว่า สวนศาสตร์(สะ-วะ-นะ-สาด) หรือ Acoustics โดยเป็นการศึกษาเกี่ยวกับเสียง ทั้งลักษณะคุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้ในรูปแบบต่างๆ โดยสาขาย่อยของสวนศาสตร์ที่เกียวข้องกับดนตรีคือ "ดุริยางคสวนศาสตร์ (Musical Acoustics)"

เสียงดนตรีสามารถแบ่งแยกคุณลักษณะต่างๆได้ดังนี้
1. ระดับเสียง(Pitch)
     หมายถึงระดับความสูง-ต่ำของเสียง ซึ่งเป็นผลมาจากคลื่นความถี่ที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ โดยอาจเป็นตัวเครื่องดนตรี หรือสาย ซึ่งคลื่นความถี่ที่เกิดจาก วัตถุที่สั่นสะเทือนเร็ว จะทำให้เกิดเสียงสูง และคลื่นความถี่ที่เกิดจาก วัตถุที่สั่นสะเทือนช้า จะทำให้เกิดเสียงต่ำ กล่าวคือ ยิ่งวัตถุสั่นสะเทือนเร็วมากจะทำให้เกิดเสียงสูง และวัตถุที่สั่นสะเทือนช้าจะทำให้เกิดเสียงต่ำ
     โดยค่าความถี่(Frequency)นี้ วัดได้จากจำนวนรอบที่สั่นสะเทือนของวัตถุต่อวินาที มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ ใช้ตัวอักษร Hz ยิ่งตัวเลข Hz มาก เสียงก็ยิ่งสูง และถ้ามีความถี่เพิ่มขึ้นเป็น 1 เท่าตัว จะทำให้ระดับเสียงของตัวโน้ตสูงขึ้น 1 ช่วงคู่แปด(Octave) เช่น โน้ต A4 มีค่าความถี่อยู่ที่ 440 Hz (สั่นสะเทือน 440 รอบต่อวินาที) ถูกเพิ่มความถี่ขึ้น 1 เท่าตัว จะกลายเป็นโน้ต A5 ซึ่งมีค่าความถี่อยู่ที่ 880 Hz (สั่นสะเทือน 880 รอบต่อวินาที)
     ซึ่งความถี่นี้ คือ Wavelenght นั่นเอง
2. ความเข้มของเสียง(Intensity) หรือ ความดังเบา(Volume)
     เกิดจากความแรงของการสั่นสะเทือนวัตถุ ยิ่งสั่นสะเทือนมากเสียงจะดัง และหากสั่นสะเทือนน้อยเสียงจะเบา ยกตัวอย่างเช่น หากเราตีกลองแรงๆ หนังกลองจะสั่นอย่างแรงทำให้เกิดเสียงดัง ในทางกลับกัน หากเราตีเบา หนังกลองจะสั่นเบา ทำให้เสียงเบาเช่นกัน
     ความแรงของการสั่นสะเทือนนี้ คือ Amplitude ยิ่งถ้ามี Amplitude ที่กว้างเสียงก็จะยิ่งดัง แต่ในระหว่างที่เสียงเดินทางนั้น ค่า Amplitude นี้ก็จะลดลงด้วย ทำให้เสียงเบาลง กล่าวคือระยะทางที่เสียงเดินทางก็มีผลต่อความเข้มหรือความดังเบาของเสียงด้วย
3. สีสันเสียง(Tone Color หรือ Timbre)
     แม้จะเป็นเสียงที่มีระดับเสียงและความดังระดับเดียวกัน แต่หากมาจากแหล่งกำเนิดเสียงที่แตกต่างกันก็ให้ความรู้สึกที่ไม่เหมือนกัน ยกตัวอย่างเช่น ให้ Violin กับ Flute เล่นโน้ตตัวเดียวกัน แต่เราก็สามารถรับรู้ได้ว่าเครื่องดนตรีทั้งสองชนิดนี้มีลักษณะเสียงที่แตกต่างกัน
     ดังนั้น ทำนองเดียวกันที่เล่นโดยเครื่องดนตรีคนละชนิดก็จะให้ความรู้สึกที่แตกต่างกันได้
4. คุณภาพเสียง(Tone Quality)
     ตามชื่อเลย หมายถึงคุณภาพของเสียง ยกตัวอย่างเช่น Piano สองยี่ห้อ มีเสียงที่ไม่เหมือนกัน ตัวแรกอาจเสียงใสกว่า และตัวที่สองมีเสียงที่หนักแน่น แม้จะเป็นตัวโน้ตเดียวกัน ความดังเท่ากันก็ตาม
     ในอีกแง่หนึ่งที่มักกล่าวถึงคุณภาพเสียง คือ กล่าวในเชิงเปรียบเทียบคุณภาพว่าดีมากหรือดีน้อย ซึ่งเกิดได้จาก คุณภาพวัสดุของเครื่องดนตรี ซึ่งมีผลกับคุณภาพเสียง และความสามารถของผู้บรรเลงหรือฝีมือนั่นเอง โดยส่วนมากแล้วหากคนสองคนลองผลัดกันเล่นเครื่องดนตรีเครื่องเดียวกัน เสียงที่ออกมาก็มีคุณภาพเสียงที่ต่างกัน
5. ความยาวของเสียง(Duration)
     คือระยะเวลาสั้น-ยาวของเสียงนั่นเอง หรือก็คือจังหวะของตัวโน้ต ซึ่งจังหวะนี้มีทั้ง จังหวะที่มีเสียง และ จังหวะหยุด(เงียบ) ซึ่งในดนตรี ทั้งเสียงและความเงียบล้วนมีความยาวทั้งสิ้น ซึ่งจะถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ต่างๆบนโน้ต



     ถึงแม้ดนตรีจะเป็นสื่อที่แสดงถึงศิลปะและอารมณ์โดยใช้เสียงต่างๆเป็นวิธีการสื่อสาร แต่เสียงนี้ก็เป็นส่วนหนึ่งในวิทยาศาสตร์เช่นกัน ดังนั้นกระบวนการเกิดเสียงต่างๆในดนตรีจึงมีที่มาที่ไปและหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน ซึ่งทำให้ดนตรีเป็นศาสตร์ที่สมบูรณ์พร้อมทั้งอารมณ์และเหตุผล

BlackSwallowMusic
_/\_