الفيزياء

كيفية إصدار الموجات الصوتية في المزامير المفتوحة

2011 تجارب علمية الصوت والسمع

كريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الموجات الصوتية المزامير المفتوحة الفيزياء

تعتمد إحدى الطرق المستخدمة في إصدار نغمات موسيقية على اهتزاز الهواء بطريقة معينة داخل أنبوبة مفتوحة.

إن فهم الطريقة التي تقوم فيها هذه الأنابيب بإصدار النغمات الموسيقية ستوضح لنا كيفية عمل آلات موسيقية أخرى كالناي والبوق.

رأينا في النشاط الرابع (الصفحات 48-58) كيف يقوم أنبوب مفتوح من أحد طرفيه بإصدار الأصوات عندما تنشأ موجات موقوفة في داخله.

 

ويمكن للأنابيب المفتوحة من الطرفين أيضاً أن تصدر النغمات الموسيقية.

والحقيقة هي أن معظم آلات النفخ الأنبوبية، كالأبواق والسكسافونات وآلات النفخ الخشبية والمصفار (آلة موسيقية بدائية)، تعمل بهذه الطريقة.

عندما يكون الأنبوب مغلقاً من أحد طرفيه ومفتوحاً من طرفه الآخر تنشأ الموجة الموقوفة التي تتكون في داخله عقدة (نقطة ذات اهتزاز في حده الأدنى) في الطرف المغلق لأن الهواء لا يستطيع الحركة في ذلك المكان.

 

كما يتكون في الطرف الآخر قمة الموجة (نقطة يكون فيها الاهتزاز في أقصى درجاته)، حيث يستطيع الهواء أن يتحرك بحرية.

لكن الأنبوب المفتوح من الطرفين ينتج شكلاً مختلفاً من الموجات الموقوفة، حيث يستطيع الهواء في كلا الطرفين أن يهتز دون قيود، لذلك تنشأ قمة موجة في طرفي الأنبوب، وهذا يعني أن عقدة الصوت تقع في وسط الأنبوب.

فبينما ينشأ عن الأنبوب المفتوح من طرف واحد فقط موجة موقوفة طولها ربع طول موجي، ينشأ في الأنبوب المفتوح من الطرفين موجة موقوفة طولها نصف طول موجي.

 

الاهتزازات داخل المزامير

بينما تصدر الأصوات في الآلات الوترية عن طريق استخدام الأوتار المهتزة، تصدر آلات النفخ الأنبوبية الأصوات من خلال اهتزاز عمود الهواء داخل أجسامها المجوفة.

ويتوقف حصول هذه الأصوات على نوع الآلات المستخدمة، فآلات النفخ الموسيقية مثل الشبّابة أو المزمار تحتوي على قصبة رقيقة مربوطة بالجزء الذي يوضع على الفم أو بين الشفتين.

 

وعندما تنفخ في المزمار تهتز القصبة فتحرك الهواء وتنشئ موجات موقوفة داخل جسم هذه الآلة الطويل والرقيق أما أجهزة النفخ الأخرى كالأبواق فلا تحتوي على قصبة.

فبدلاً من استخدام القصبة يقوم عازف البوق بجعل شفتيه تهتزان عبر جزء من البوق الذي يوضع على الفم أو بين الشفتين، وتنشأ عن هذا الاهتزاز موجة موقوفة وأنغام موسيقية.

 

نقرات مختلفة ونغمات متغيرة

كما لاحظنا في النشاط السادس تتبدل النغمة التي تصدرها الآلات الوترية إما تِبعاً لطول أو قصر الأوتار المستخدمة أو تبعاً لتحريك الأصابع على هذه الأوتار.

وتعتمد النغمات بالنسبة لآلات النفخ الأنبوبية على طول عمود الهواء الذي يتكون داخل الآلة، فآلات النفخ الطويلة كالمزمار تصدر نغمات أقل حدة من الآلات القصيرة مثل آلات النفخ الخشبية والناي.

 

إن غالبية الآلات تعتمد على طريقة تغيير طول عمود الهواء من أجل إصدار نغمات مختلفة، ففي آلة النفخ النحاسية المعروفة بـ "الترمبون" ينزلق أنبوب الصوت نحو الداخل والخارج، ما يغيّر من طول عمود الهواء فيصدر نغمات موسيقية عالية ومنخفضة.

وفي "السكسافون" يتحكم العازف بمفاتيح على جانبي الآلة بفتحها أو إغلاقها لتغيير طول عمود الهواء، أما بالنسبة للعزف على أدوات النفخ الخشبية فيستعمل العازف أصابعه بدلاً من المفاتيح لفتح وإغلاق الفتحات.

 

التردد والطول الموجي في آلات النفخ الأنبوبية

لعلك لاحظت من قبل أن درجة الصوت أو تردده ترتبط بطوله الموجي.

تأمّل في إحدى أدوات النفخ الموسيقية القصيرة، مثل الناي، حيث ترتبط الموجة الموقوفة التي تصدرها تلك الأدوات بطول الأداة نفسها، لذلك نجد أن الناي القصير يصدر طولاً موجياً قصيراً، ما يجعل صوته يتميز بدرجة عالية.

أما في الأدوات الأكثر طولاً، مثل "الباسون" (مزمار طويل)، فإن الموجات الموقوفة تكون ذات طول موجي طويل وتصدر أصواتاً منخفضة الدرجة.

 

تصدر الموجات القصيرة أنغاماً عالية الدرجة، بينما تصدر الموجات الطويلة أنغاماً منخفضة الدرجة، ولهذا السبب يمكن القول إن التردد أو شدة الصوت وطول الموجة "يتعاكسان".

فكلما ارتفع التردد انخفض طول الموجة وبالعكس، وإذا ضربنا تردد الموجة الصوتية بطولها الموجي نحصل على السرعة التي تنتقل فيها الموجة.

 

الآلآت الموسيقية القصبية

تميز آلات النفخ، مثل المزمار، بأنها مفتوحة من الطرفين.

ويقوم عازف المزمار بالنفخ داخل هذه الآلة فيدفع الهواء عبر القصبة التي تهز الهواء (داخل القصبة)، ما يؤدي إلى نشوء موجة موقوفة. وفي النهايتين المفتوحتين من المزمار توجد نقاط تسمى قمة الموجة، حيث يكون اهتزاز الهواء فيها في حده الأقصى.

أما في الوسط فتوجد العقدة التي لا ينشأ فيها أي اهتزاز،ويؤدي ذلك إلى تكوّن نصف موجة موقوفة داخل المزمار.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق