גם כשהתווים זהים, כל כלי נגינה נשמע אחרת. למה? בגלל אוסף התדירויות והמשרעות שמרכיבות את הצלילים שהוא משמיע

כשאנו מנגנים תו מסוים בפסנתר, למשל דוֹ, אנחנו מסוגלים להבדיל בינו לבין אותו תו שנוגן בגיטרה, בכינור או בכל כלי נגינה אחר. ההבדל בצליל שאנו שומעים נקרא "גוון", ולכל כלי נגינה יש גוון ייחודי משלו. מאותה סיבה אנו יכולים להבחין בין קולותיהם של שני אנשים גם אם הם יגידו את אותו משפט בדיוק.

כדי להבין מהו ההבדל הזה בגוון של כלים שונים, עלינו להבין מהם גלים. גל הוא שם כולל לתופעה שבה הפרעה כלשהי בתווך כלשהו משתנה בזמן או במרחב. אנחנו מכירים דוגמאות רבות לגלים בחיי היומיום, למשל גלים בים הם שינוי בגובה המים שמתקדמים לעבר החוף, ובמגרשי כדורגל רואים לפעמים גל של אוהדים שנע סביב האצטדיון כשהצופים קמים ממקומם בזה אחר זה. 

גם הצלילים שאנו שומעים הם גלים – גלי קול, כלומר שינויים בלחץ האוויר ובצפיפותו שהאוזניים שלנו מסוגלות לחוש בהם. כשאנו מנגנים בכלי נגינה אנחנו יוצרים בו גלים, שמרטיטים את האוויר בקרבתו ויוצרים את גלי הקול שאנחנו שומעים. שני מאפיינים חשובים של גלים בהקשר הזה הם התדירות – מספר הפעמים שהלחץ משתנה והאוויר רוטט ביחידת זמן, והמשרעת (אמפליטודה) שמתארת כמה גדולים השינויים בלחץ שמייצר הגל. במקרה של גלי קול, התדירות היא זו שקובעת את גובה הצליל שנשמע, והמשרעת קובעת את עוצמתו.

​הצלילים שאנו שומעים הם גלי קול, שינויים בלחץ ובצפיפות האוויר סביבנו, שאוזנינו חשות | Christoph Burgstedt, Science Photo Library
הצלילים שאנו שומעים הם גלי קול, שינויים בלחץ ובצפיפות האוויר סביבנו, שאוזנינו חשות | Christoph Burgstedt, Science Photo Library

תדירות יסודית והרמוניות

לכל גל שנוצר בכלי נגינה אפשר להתייחס כאילו הוא מורכב משלל גלים קטנים יותר בתדירויות שונות ובעוצמות אחרות. התדירות הנמוכה ביותר נקראת התדירות היסודית של כלי הנגינה, והיא נובעת מאורך המיתר בכלי המיתר והפריטה או מאורך צינור האוויר בכלי הנשיפה. כשאנו פורטים על מיתר, התדירות היסודית היא התדירות בעלת המשרעת הגדולה ביותר, והיא זו שקובעת איזה תו נשמע – דו, רה וכו'. שאר התדירויות הן כפולות שלמות של התדירות היסודית, והן נקראות הרמוניות, או צלילים עיליים (Overtones). העוצמה שבה ניצור את הצלילים הללו תלויה בגל שכלי הנגינה יוצר, והם אלה שקובעים מה יהיה גון הצליל שנשמע.

איך כל זה בא לידי ביטוי בפועל בכלי נגינה? כשאנחנו מנגנים את התו דו בפסנתר, מנגנון הפסנתר מכה בפטיש קטן על המיתר המתאים. המכה יוצרת גל מסוים במיתר, שאנחנו יכולים לחשוב עליו כתנודות בהרכב מסוים של תדירויות – בעיקר התדירות היסודית, אבל גם הרמוניות נוספות בתדירויות גבוהות יותר. לעומת זאת, פריטה על מיתרי גיטרה יוצרת הרכב אחר של הרמוניות, שחלקן חזקות יותר וחלקן חלשות יותר. ההבדל בין התדירויות הללו מפיק גל אחד בפסנתר וגל אחר ושונה ממנו בגיטרה, אבל כיוון שהתדירות היסודית זהה, נשמע בשני המקרים את התו דוֹ. 

ההבדל המשמעותי פה הוא שכל כלי נגינה מרטיט את המיתרים שלו אחרת, ולכן גם הרכב ההרמוניות שמתקבל הוא אחר. למעשה, כל אופן שבו נרטיט את המיתר שלנו ייצור הרכב הרמוניות קצת אחר וישנה את גון הצליל. לכן כלי נגינה שונים יכולים לנגן את אותו תו ועדיין להישמע שונים מאוד זה מזה. 

היחס בין העוצמות של ההרמוניות השונות תלוי לפעמים גם בזמן, וגם זה עשוי להשפיע על גון הצליל. למעשה, הדרך העיקרית שבה אנחנו מזהים כלי נגינה נובעת מהיחסים בין העוצמות של התדרים השונים במשך זמן קצר בתחילת שמיעת הצליל. מהסיבה הזאת, אם מנגנים תו בכלי מסוים, ואז משמיעים לאחור את ההקלטה שלו, הצליל יישמע כאילו נוגן בכלי אחר. ההרמוניות המרכיבות את הצליל יישארו זהות, אך גודל המשרעות שלהן ישתנה בדפוס אחר לאורך הזמן, והצליל יישמע לנו אחרת.

פסנתר כנף | Matthew Hamlyn, Shutterstock
כל כלי נגינה מרטיט את המיתרים שלו אחרת ומפיק הרכב הרמוניות אחר. פסנתר כנף | Matthew Hamlyn, Shutterstock 

רכיבים "לא הרמוניים"

ולבסוף, כלי נגינה נבדלים זה מזה גם ברכיבים "לא הרמוניים", שהם צלילים שאינם קשורים ישירות לתדירות היסודית או לצלילים העיליים של הכלי. למשל יש חשיבות גם לקול הנשימה של הנגן או לצליל שמפיקה האצבע בשעה שהיא נעה על מיתר הגיטרה. כל אלו יחד מעניקים לכל כלי נגינה את החתימה הקולית שאנחנו לומדים לזהות איתו. 

כיום אנו יודעים להשתמש בעקרונות האלה כדי ליצור צלילים של כלי נגינה באמצעים דיגיטליים, בלי צורך במיתרים ובצינורות של כלי נגינה מכניים שירטיטו עבורנו את האוויר. כדי ליצור צליל שנשמע כמו גיטרה, פשוט נוסיף הרמוניות בעוצמות המתאימות ונקבל צליל שנשמע בדיוק כמו פריטה על גיטרה. אם נרצה צליל שיישמע כמו חצוצרה, נצרף הרמוניות בהרכב המתאים לחצוצרה, וכן הלאה.

 

13 תגובות

  • מישהו

    אם כבר פסנתרים

    מישהו יודע מה ההבדל בין פסנתר לפיל? פסנתר אפשר להפיל, אבל פיל אי אפשר לפסנתר.

  • אורן

    מעבר לתדרים, יש עוד פרמטר

    מעבר לתדרים, יש עוד פרמטר מאוד מעניין שמשפיע על מה שאנחנו שומעים: https://www.youtube.com/watch?v=G-lN8vWm3m0

  • אורן

    עברית

    עמית הצצתי לרגע בדף ההקדמה שלך ויש שם טעות עברית שמאוד צורמת לי: ״אני חושב שהפיזיקה מציעה את ההסברים היפים והפשוטים ביותר לתופעות שאנחנו נתקלים בהם מדי יום״…. צריך להיות: ״לתופעות שאנחנו נתקלים *בהן* מדי יום״, תקן בבקשה.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןמאיה קאהן

    תודה על התגובה - הטעות תוקנה 

    תודה על התגובה - הטעות תוקנה 

  • אורן

    מצויין

    יופי, תודה, אז מבחינתי אפשר למחוק את השרשור הזה.

  • אורן

    מאמר מצויין וקל להבנה

    וואו איזה הסבר פשוט וכייפי לקריאה, תודה רבה!

  • יובב

    האם ניתן לקשור בין משרעת,

    האם ניתן לקשור בין משרעת, אורך גל, אמפליטודה לצליל נעים או צורם לאוזן?

  • עמית

    יש קשר בין הדברים, אבל הוא

    יש קשר בין הדברים, אבל הוא איננו פשוט או מובן לגמרי. צליל יכול להיות צורם לאוזן כשנשמע אותו לבדו, אבל להישמע טוב כשנשמע אותו בסמיכות לצלילים מסוימים אחרים. העניין הוא שכאשר אנחנו מדברים במושגים של ״נעים לאוזן״ אנחנו מכניסים לא רק את המנגנון הפיזיקלי של גלי קול וצלילים, אלא גם את האלמנט הסובייקטיבי של התפיסה שלהם במוח שלנו, ושם זה מתחיל להסתבך.

  • אורן

    הנה

    https://www.youtube.com/watch?v=G-lN8vWm3m0

  • אורן

    אלמנט סובייקטיבי של תפיסת הצליל במוח

    נכון מאוד, ואני מציע לבדוק בהקשר זה את הקישור שנתתי כאן אתמול באחת התגובות פה.

  • יובב

    תודה רבה.

  • זקן בן 90

    תודה על ההסבר.

    תודה על ההסבר.
    אני יכול להבין שאפשר לתאר ולהבדיל גל מורכב מבחינה מתמטית בעזרת אנליזה הרמונית .
    אני פחות מבין את המציאות הפיזיקלית, מדוע תדירות המשנה של הגל היא בכפולות ? ולא פי 3 דווקא , איך מסבירים את זה מבחינה פיזיקלית?

  • עמית

    שאלה מצוינת: מבחינה פיזיקלית,

    שאלה מצוינת: מבחינה פיזיקלית, לתנודות המיתר יש מה שאנו קוראים לו ״תנאי שפה״: אילוצים אותם הוא חייב לקיים. במקרה של גיטרה למשל, בגלל שהמיתר קשור בקצותיו, הוא חייב לרטוט רק באופנים שבהם הקצוות אינם זזים. מסתבר שהגלים שמקיימים את זה הם כל הגלים שהם כפולה שלמה (פי 2, או פי 3, או פי 4, וכו) של התדר היסודי.