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數學和音樂的關系?

樂譜的書寫是數學在音樂上顯示其影響的最為明顯的地方。在樂譜中,我們可以找到拍號(4:4,3:4或1:4等)、每個小節的拍子、全音符、二分音符、四分音符、八分音符等等。譜寫樂曲要使它適合於每音節的拍子數,這相似於找公分母的過程——在壹個固定的拍子裏,不同長度的音符必須使它湊成壹個特定的節拍。然而作曲家在創造樂曲時卻能極其美妙而又毫不費力地把它們與樂譜的嚴格構造有機的融合在壹起。對壹部完整的作品進行分析,我們會看到每壹個音節都有規定的拍數,而且運用了各種合適長度的音符。

除了上述數學與樂譜的明顯聯系外,音樂還與比例、指數曲線、周期函數以及計算機科學等相關聯。畢達格拉斯的追隨者們(公元前585-400)最先用比例把音樂和數學結合起來。他們發現在樂聲的協調與所認識的整數之間有著密切的關系,撥動壹根弦發出的聲音依賴於弦的長度。他們還發現協和音是由長度與原弦長的比為整數比的繃緊的弦給出。事實上被撥動弦的每壹種和諧的結合,都能表示為整數比。由增大成整數比的弦的長度,能夠產生全部的音階。例如,從壹根產生音C的弦開始,接著C的16/15給出B,C的長度的6/5給出A,C的4/3給出G,C的3/2給出F,C的8/5給出E,C的16/9給出D,C的1/2給出低音C.

妳可能感到驚奇,為什麽平臺鋼琴有它特有的形狀?實際上很多樂器的形狀和結構都跟不同的數學概念聯系著。指數函數就是其壹。例如y=2x.樂器,無論是弦樂還是管樂,在他們的結構中都反映出指數曲線的形狀。

對樂聲本質的研究,在19世紀法國數學家傅立葉的著作中達到了頂峰。他證明了所有的樂聲——不管是器樂還是聲樂都能用數學表達式來描述,它們是壹些簡單的正弦周期函數的和。每種聲音都有三種品質:音調、音量和音色,並以此與其他的樂聲相區別。

傅立葉的發現,使人們可以將聲音的三種品質通過圖解加以描述並區分。音調與曲線的頻率有關,音量與曲線的振幅有關,音色則與周期函數的形狀有關。

很少有人既通曉數學又通曉音樂,這使得把計算機用於合成音樂及樂器設計等方面難於成功。數學的發現:周期函數,是現代樂器設計和計算機音響設計的精髓。許多樂器的制造都是把它們產生的聲音的圖像,與這些樂器理想聲音的圖像相比較然後加以改進的。電子音樂的忠實再生也是跟周期圖像緊密聯系著的。音樂家和數學家們將在音樂的產生和再生方面,繼續擔任著同等重要的角色。