لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب* فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت) تعداد صفحه:11
فهرست : ندارد
در این نوشتار مختصر سعی کردیم به طور ساده و نه زیاد تخصصی ؛ به ریشه ریاضی صوت و موسیقی بپردازیم تا ببینیم که این شاخه از علم چه قدرت وصف نا پذیری در توصیف طبیعت دارد ، ابزار های قدرتمند ریاضی که سالها بعد از اختراعشان ما را در توصیف و توجیه پدیده های طبیعی یاری می کنند... حدود سال 1800 ژان باپتیست فوریه مسئله سریهای مثلثاتی ( که تا قبل از این روی آن بسیار کار شده بود و به دلایلی توسط ژوزف لویی لاگرانژ و سایرین شدیدا مورد انتقاد قرار گرفته بود) را ارائه داد : هر تابع متناوب را می توان با یک سری مثلثاتی از توابع سینوسی که فرکانسهایشان از نظر هارمونیکی مرتبط هستند نمایش داد... اما استدلالهای ریاضی فوریه دقیق نبود ، و اشکال عمده ای که بر آن وارد بود تابع متناوبِ نا پیوسته ی موج مربعی بود ؛ چگونه ممکن بود مجموعی از توابع پیوسته سینوسی ، به یک تابع ناپیوسته همگرا شوند؟ یا توابعی که گوشه دارند ، مثل موج مثلثی . واقعا چطور ممکن است؟ ولی واقعا اینگونه هست . به هر حال دانشمندان بزرگ دیگری روی این مسئله کار کردند (که وارد جزئیات نمی شویم) و آن را تکمیل کردند تا این که امروزه سریهای مثلثاتی به نام سری های فوریه خوانده می شوند : هر تابع متناوب (دارای شرایطی موسوم به شرایط دیریکله) را می توان با مجموع وزن دار هارمونیک های سینوسی نمایش داد... منظور از وزن ، همان ضرییب (اندازه) تابع سینوسی است. (A sin(wt+d A: ضریب یا وزن w : فرکانس d: فاز به مجموعه ی این ضرایب ، ضرایب فوریه تابع می گویند . هر مجموعه از ضرایب فوریه ، تابعی متناوب را به طور یکتا مشخص می کند . (مگر با تغییراتی بسیار جزئی که عملا مهم نیستند.) در سری فوریه ، یک فرکانس پایه وجود دارد که هارمونیک اصلی خوانده می شود و فرکانس سینوسی های دیگر مضارب صحیحی از این فرکانس پایه خواهند بود. بنابراین فرکانسهای موجود در یک تابع متناوب ، گسسته و همگی مضرب صحیحی از فرکانس پایه هستند ؛ که طیف فرکانسی گسسته نامیده می شود. تا این لحظه مبحث صرفا ریاضی بود ، حال دو ساز مثل پیانو و فلوت را در نظر بگیرید: یک نت خاص از هر دو ساز را به صدا در می آوریم، با دیرند و نواک مساوی . اگر نمودار تغییرات فشار آکوستیکی را بر حسب زمان برای دو صوت فوق رسم کنیم ، دقیقا با دو تابع متناوب مواجه می شویم. البته رسم این نمودار شاید برای عموم مشکل باشد ؛ اما راههایی برای مشاهده هست. تغییرات فشار آکوستیکی ، با یک ترانسدیوسر (مثل میکروفون) به تغییرات یک سیگنال الکتریکی (مثل ولتاژ) بر حسب زمان تبدیل می شود ، که روی اوسیلوسکوپ قابل مشاهده است. یا ساده از آن ، نرم افزارهای ویرایش صوت مثل Cool Edit Pro هم میتوانند این سیگنالها را نمایش دهند. گفتیم با دو تابع متناوب مواجه شدیم ، پس طبق نظریه ریاضی سری فوریه می توان این توابع را به سری فوریه بسط داد . اگر این کار را انجام دهیم ( این کار هم از طریق نرم افزار تحلیلی قدرتمندی مثل MATLAB امکان پذیر است! ) دقیقا می بینیم که فرکانس پایه و فرکانس هارمونیک های بعدی در هر دو صوت حاصل از پیانو و فلوت با هم برابرند. مثلا اگر نت A را به صدا در آوریم فرکانس اولین تابع سینوسی 440 Hz خواهد بود و فرکانس یعدی 880 Hz و ... اما : وزن توابع سینوسی متناظر در دو صوت فوق با هم برابر نیست ، و همین قضیه است که باعث می شود سیگنالهای زمانی که از دو صوت فوق ثبت کردیم یکسان نباشند؛ و صدای حاصل از دو صوت فوق متفاوت و قابل تشخیص باشد... اگر در آزمایشگاه هم به عنوان مثال صوت حاصل از نت A این دو ساز را از یک فیلتر ساده پایین گذر عبور دهیم به طوری که فرکانسهای بالای 440 Hz تضعیف و یا حذف شوند ، روی اوسکوپ فقط یک سیگنال سینوسی با فرکانس 440 Hz مشاهده می شود. تا کنون در مورد توابع متناوب صحبت کردیم . اما اگر تابع متناوب نباشد چطور؟
تحقیق در مورد کاربرد ریاضی در موسیقی
