The Physics of Sound, 3rd Edition

کتاب The Physics of Sound (ویرایش سوم) نوشتهٔ ریچارد ئی. برگ و دیوید جی. استورک، مرجعی جامع و در عین حال قابل‌دسترس برای درک فیزیک صوت و کاربردهای گستردهٔ آن در دنیای امروز است. این کتاب که توسط انتشارات Benjamin Cummings منتشر شده، با زبانی ساده و رویکردی عملی، مبانی آکوستیک را از مفاهیم بنیادین تا پیشرفته‌ترین فناوری‌های دیجیتال پوشش می‌دهد و منبعی ایده‌آل برای دانشجویان غیرمتخصص و تمامی علاقه‌مندان به علم صوت محسوب می‌شود.

دربارهٔ کتاب —

کتاب The Physics of Sound با این پیش‌فرض نوشته شده است که خواننده هیچ پیش‌زمینه‌ای در فیزیک یا ریاضیات فراتر از جبر دبیرستان ندارد. این اثر در سه بخش اصلی تنظیم شده است: فصل‌های اول تا چهارم به پایه‌های فیزیکی ضروری مانند حرکت هماهنگ ساده، اصول موج، رزونانس، موج ایستاده، سری فرعی‌صداها، سنتز فوریه و تحلیل طیفی می‌پردازند. در این بخش، کاربردها و مثال‌ها از حوزه‌های موسیقایی و غیرموسیقایی متنوعی انتخاب شده‌اند، از جمله فناوری حذف نویز، موانع صوتی بزرگراه‌ها و فناوری سونوگرام. فصل‌های پنجم تا هشتم، اصول بیان‌شده در بخش نخست را در موضوعاتی با کاربرد عمومی‌تر، مانند موسیقی الکترونیک و سینت‌سایزرها، سازوکار گوش و حنجرهٔ انسان، ضبط و پخش صدا، و آکوستیک سالن‌ها به تصویر می‌کشند. فصل‌های نهم تا چهاردهم نیز به مباحث تخصصی‌تر آکوستیک موسیقی، از جمله تاریخچهٔ کوک و فواصل موسیقایی و فیزیک سازهای بادی چوبی، بادی برنجی، زهی، پیانو و سازهای کوبه‌ای اختصاص یافته‌اند. برای درک این فصول آخر، داشتن آشنایی با موسیقی مفید است، اما ضروری نیست. از ویژگی‌های برجستهٔ این ویرایش سوم، به‌روزرسانی مباحث مرتبط با فناوری‌های مدرن، از جمله سیستم‌های MIDI، نرم‌افزارهای آهنگ‌سازی مانند سیبلیوس، ایمپلنت‌های حلزون گوش و فناوری فشرده‌سازی MP3 است.

دربارهٔ نویسنده

ریچارد ئی. برگ، دکترای فیزیک خود را از دانشگاه ایالتی میشیگان دریافت کرد و از سال ۱۹۷۲ مدیر مرکز نمایش‌های آموزشی فیزیک در دانشگاه مریلند بوده است. او خود نوازندهٔ پیانو، کلارینت و سازهای بادی دورهٔ رنسانس است و برنامه‌های عمومی متعددی برای ترویج علم برگزار کرده است. دیوید جی. استورک نیز دکترای فیزیک خود را از دانشگاه مریلند گرفته و هم‌اکنون استاد مدعو مهندسی برق در دانشگاه استنفورد و دانشمند ارشد شرکت Ricoh Innovations است. او نوازندهٔ حرفه‌ای سازهای کوبه‌ای و تیمپانی است و در بیش از ده ها آلبوم موسیقی اجرا داشته است. استورک برندهٔ جایزهٔ تدریس رالف دی. مایرز از دانشگاه مریلند است و کتاب‌های متعددی در زمینهٔ الگوهای طبقه‌بندی، یادگیری ماشین و حتی نقاشی دورهٔ رنسانس تألیف کرده است.

چرا باید *The Physics of Sound* را بخوانید؟

• درک پایه‌ای از فیزیک صوت بدون نیاز به پیش‌زمینهٔ علمی: این کتاب مفاهیم پیچیده را با زبانی ساده و روان توضیح می‌دهد و برای تمامی علاقه‌مندان، حتی بدون دانش قبلی در فیزیک یا موسیقی، قابل‌استفاده است.
• ارتباط مداوم با فناوری‌های روز: موضوعات کتاب با فناوری‌های مدرن مانند MP3، سینت‌سایزرهای دیجیتال، سیستم‌های MIDI و نرم‌افزارهای آهنگ‌سازی به‌روز شده است.
• پوشش کاربردهای متنوع فراتر از موسیقی: کتاب صرفاً به آکوستیک موسیقی محدود نمی‌شود و به کاربردهای صوت در حوزه‌های گوناگون مانند حذف نویز، سونوگرافی، آکوستیک سالن و فناوری کمک‌شنوایی نیز می‌پردازد.
• ویژگی‌های آموزشی کامل و ساختاریافته: هر فصل شامل خلاصه، واژه‌نامه، پرسش‌ها و مسائل متعدد است که برای یادگیری عمیق و خودآموزی بسیار مفید است.
• دیدگاهی تاریخی و عملکردی به سازهای موسیقی: برخلاف بسیاری از متون مشابه، این کتاب به روند تکامل تاریخی سازها و ارتباط اصول فیزیکی با تکنیک نوازندگی پرداخته است که برای موسیقی‌دانان بسیار ارزشمند است.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این اثر در درجهٔ نخست برای دانشجویانی طراحی شده که در یک دورهٔ مقدماتی آکوستیک برای غیرمتخصصان شرکت می‌کنند. با این حال، طیف مخاطبان آن بسیار گسترده‌تر است و شامل موسیقی‌دانان، مهندسان صدا، معلمان موسیقی و فیزیک، و هر فرد کنجکاوی که می‌خواهد درک علمی‌تری از پدیدهٔ صدا و نحوهٔ عملکرد سازها و فناوری‌های صوتی پیدا کند، می‌شود. کتاب با بهره‌گیری از مثال‌های ملموس و پرهیز از پیچیدگی‌های غیرضروری، برای مطالعهٔ خودآموز نیز بسیار مناسب است.

سوالات متداول

آیا برای درک این کتاب، حتماً باید نت‌خوانی یا نوازندگی بلد باشم؟

خیر، کتاب به‌گونه‌ای طراحی شده که برای درک مطالب، هیچ‌گونه دانش قبلی در زمینهٔ موسیقی، فیزیک یا ریاضیات فراتر از جبر دبیرستان نیاز نیست. حتی در فصل‌های ابتدایی که به مبانی فیزیکی می‌پردازند، مفاهیم موسیقایی به حداقل رسیده و در صورت نیاز، خلاصه‌ای از تئوری موسیقی در پیوست کتاب ارائه شده است.

تفاوت اصلی این ویرایش سوم با ویرایش‌های پیشین در چیست؟

ویرایش سوم به‌روزرسانی‌های قابل‌توجهی را در حوزهٔ فناوری‌های دیجیتال صوتی شامل شده است. از جملهٔ این به‌روزرسانی‌ها می‌توان به افزودن مباحثی دربارهٔ سینت‌سایزرهای دیجیتال، سیستم‌های MIDI، نرم‌افزارهای آهنگ‌سازی، ایمپلنت‌های حلزون گوش و فناوری MP3 اشاره کرد. همچنین، در این ویرایش، به‌سازی‌های آموزشی مانند افزودن خلاصهٔ فصل‌ها و واژه‌نامه انجام شده و تعداد پرسش‌ها و مسائل انتهای هر فصل به طور قابل‌توجهی افزایش یافته است.

آیا این کتاب صرفاً به آکوستیک موسیقی پرداخته یا کاربردهای دیگری را نیز پوشش می‌دهد؟

با وجود آن که این کتاب برای پاسخ به نیاز دانشجویان و موسیقی‌دانان طراحی شده، اما به هیچ‌وجه به آکوستیک موسیقی محدود نمی‌شود. کاربردهای فیزیک صوت در حوزه‌های مختلفی مانند فناوری حذف نویز، طراحی موانع صوتی بزرگراه‌ها، فناوری سونوگرافی، آکوستیک سالن‌ها و سیستم‌های ضبط و پخش صدا در کتاب مطرح و بررسی شده‌اند.

The Physics of Sound was written for an introductory course in acoustics for nonscientists. A background in neither physics nor mathematics above high school algebra is required. Traditionally, such courses have been tailored to music majors nonmusicians either do not enroll or do not fully appreciate the physical principles because they are applied almost exclusively to musical topics. We have tried to avoid this limitation by dividing the text into three main sections. Chapters 1-4 present the basic physics essential for virtually all topics in the text: simple harmonic motion, wave principles, resonance, standing waves, the overtone series, Fourier synthesis, and spectrum analysis. No previous musical knowledge is required to appreciate these chapters, and a brief summary of the basic musical notation used in these chapters is provided in Appendix A. Applications and illustrations come from a variety of musical and nonmusical areas. We have revised Chapter 1 with additional discussion of SHM and apply these concepts to debunking psychokinetic myths. Our discussion of wave properties of sound in Chapter 2 has been revised to include a discussion of modern applications such as noise cancellation technology, highway noise barriers, and ultramodern sonogram technology... Cover......Page __sk_0000.djvu Copyright......Page __sk_0002.djvu Contents......Page __sk_0005.djvu About the Authors......Page __sk_0011.djvu Preface......Page __sk_0013.djvu Acknowledgments......Page __sk_0014.djvu 1.1 Fundamental Definitions......Page __sk_0017.djvu 1.2 Simple Harmonic Motion......Page __sk_0020.djvu 1.3 Application to Sound......Page __sk_0024.djvu 1.4 Damped and Driven Oscillations......Page __sk_0027.djvu 1.5 Combinations of Simple Harmonic Oscillations......Page __sk_0030.djvu Questions......Page __sk_0034.djvu References......Page __sk_0037.djvu 2.1 Transverse and Longitudinal Waves......Page __sk_0039.djvu 2.2 Fundamental Properties of Waves......Page __sk_0045.djvu 2.3 General Behavior of Waves......Page __sk_0050.djvu 2.4 Addition of Waves......Page __sk_0063.djvu 2.5 Beats......Page __sk_0066.djvu 2.6 The Doppler Effect......Page __sk_0067.djvu 2.7 Shock Waves and Sonic Booms......Page __sk_0074.djvu 2.8 Ultrasonics......Page __sk_0075.djvu 2.9 Infrasonics......Page __sk_0079.djvu Summary......Page __sk_0080.djvu Questions......Page __sk_0081.djvu Problems......Page __sk_0082.djvu References......Page __sk_0083.djvu 3.1 Transverse Standing Waves......Page __sk_0084.djvu 3.2 Resonance and the Overtone Series......Page __sk_0087.djvu 3.3 Mersenne's Laws......Page __sk_0093.djvu 3.4 Longitudinal Standing Waves......Page __sk_0095.djvu 3.5 Other Standing Waves and Applications......Page __sk_0102.djvu Questions......Page __sk_0105.djvu References......Page __sk_0107.djvu 4.1 Synthesis of Complex Waves......Page __sk_0108.djvu 4.2 Fourier Analysis and Fourier Spectra......Page __sk_0114.djvu 4.3 Analysis of Tone Quality......Page __sk_0120.djvu 4.4 Resonance Curves and Musical Sound Production......Page __sk_0123.djvu Summary......Page __sk_0131.djvu Questions......Page __sk_0132.djvu Problems......Page __sk_0133.djvu References......Page __sk_0134.djvu 5.1 Combination of Waves and Modulation......Page __sk_0136.djvu 5.2 Analog Synthesizers and Synthesis of Musical Sounds......Page __sk_0143.djvu 5.3 Digital Synthesizers and Keyboards......Page __sk_0149.djvu 5.4 MIDI, Computers, and Contemporary Electronic Music......Page __sk_0152.djvu Questions......Page __sk_0157.djvu References......Page __sk_0159.djvu 6.1 Peripheral Auditory System......Page __sk_0161.djvu 6.2 Place Theory of Hearing......Page __sk_0164.djvu 6.3 Amplitude Response of the Ear......Page __sk_0167.djvu 6.4 Logarithms and Sound-Intensity Scales......Page __sk_0169.djvu 6.5 Periodicity Pitch and Fundamental Tracking......Page __sk_0172.djvu 6.6 Aural Harmonics and Combination Tones......Page __sk_0173.djvu 6.7 Ohm's Law of Hearing......Page __sk_0175.djvu 6.8 Masking......Page __sk_0176.djvu 6.9 Binaural Effects......Page __sk_0177.djvu 6.10 Hearing Loss......Page __sk_0179.djvu 6.11 Cochlear Implants......Page __sk_0181.djvu 6.12 Anatomy of the Vocal Tract......Page __sk_0182.djvu 6.13 Vocal Formants......Page __sk_0183.djvu 6.14 Analysis of Vocal Sounds......Page __sk_0187.djvu Summary......Page __sk_0193.djvu Questions......Page __sk_0194.djvu References......Page __sk_0196.djvu 7.1 Electrical Circuits and Ohm's Law......Page __sk_0198.djvu 7.2 Reproduction and Amplification Systems......Page __sk_0201.djvu 7.3 Microphones......Page __sk_0204.djvu 7.4 Loudspeakers......Page __sk_0207.djvu 7.5 Preamplifiers......Page __sk_0212.djvu 7.7 AM-FM Tuners......Page __sk_0214.djvu 7.8 Tape Recorders......Page __sk_0215.djvu 7.9 Digital Sound Reproduction and the Compact Disc......Page __sk_0218.djvu 7.10 Compression and MP3......Page __sk_0226.djvu Summary......Page __sk_0228.djvu Questions......Page __sk_0229.djvu Problems......Page __sk_0230.djvu References......Page __sk_0231.djvu 8.1 Criteria in Acoustical Design......Page __sk_0232.djvu 8.2 Problems in Acoustical Design......Page __sk_0237.djvu 8.3 Control of Reverberation Time......Page __sk_0241.djvu 8.4 Design of Auditoriums......Page __sk_0243.djvu 8.5 Home Listening Rooms......Page __sk_0247.djvu Summary......Page __sk_0249.djvu Questions......Page __sk_0250.djvu Problems......Page __sk_0251.djvu References......Page __sk_0252.djvu 9.1 Background and Historical Perspective......Page __sk_0253.djvu 9.2 Historical Development of Pitch Level......Page __sk_0258.djvu 9.3 Pythagorean Temperament......Page __sk_0260.djvu 9.4 Just Temperament......Page __sk_0263.djvu 9.5 Mean-Tone Temperament......Page __sk_0265.djvu 9.6 Closed Unequal Temperaments......Page __sk_0266.djvu 9.7 Equal Temperament......Page __sk_0268.djvu 9.8 Recent Innovations in Tuning and Temperament......Page __sk_0271.djvu Summary......Page __sk_0272.djvu Questions......Page __sk_0273.djvu Problems......Page __sk_0274.djvu References......Page __sk_0275.djvu 10.1 History of Woodwind Instruments......Page __sk_0276.djvu 10.2 Woodwind Tone Quality......Page __sk_0280.djvu 10.3 Recorders......Page __sk_0288.djvu 10.4 Flutes......Page __sk_0292.djvu 10.5 Clarinets......Page __sk_0296.djvu 10.6 Saxophones......Page __sk_0298.djvu 10.7 Oboes......Page __sk_0301.djvu 10.8 Bassoons......Page __sk_0302.djvu 10.9 Pipe Organs......Page __sk_0304.djvu Summary......Page __sk_0308.djvu Questions......Page __sk_0309.djvu Problems......Page __sk_0310.djvu References......Page __sk_0311.djvu 11.1 History of Brass Instruments......Page __sk_0313.djvu 11.2 Sound Production in Brass Instruments......Page __sk_0319.djvu 11.3 Trumpets......Page __sk_0324.djvu 11.4 Trombones......Page __sk_0326.djvu 11.5 French Horns......Page __sk_0328.djvu 11.6 Other Contemporary Brass Instruments......Page __sk_0329.djvu Summary......Page __sk_0330.djvu Questions......Page __sk_0331.djvu Problems......Page __sk_0332.djvu References......Page __sk_0333.djvu 12.1 History of Stringed Instruments......Page __sk_0334.djvu 12.2 Theory of Bowed Instruments......Page __sk_0338.djvu 12.3 The Violin Family......Page __sk_0341.djvu 12.4 Plucked Stringed Instruments......Page __sk_0346.djvu Summary......Page __sk_0348.djvu Questions......Page __sk_0349.djvu References......Page __sk_0350.djvu 13.1 History of the Piano......Page __sk_0351.djvu 13.2 Construction and Action of the Piano......Page __sk_0354.djvu 13.3 Piano Strings and Sound Production......Page __sk_0357.djvu 13.4 Recent Innovations for the Piano......Page __sk_0361.djvu Questions......Page __sk_0364.djvu Problems......Page __sk_0365.djvu References......Page __sk_0366.djvu 14.1 Bar Instruments......Page __sk_0367.djvu 14.2 Chimes and Triangles......Page __sk_0372.djvu 14.3 Membranophones......Page __sk_0373.djvu 14.4 Gongs, Tam-Tams, Cymbals, and Bells......Page __sk_0378.djvu Summary......Page __sk_0379.djvu Questions......Page __sk_0380.djvu References......Page __sk_0382.djvu Appendix A Elementary Music Theory......Page __sk_0383.djvu Appendix B Terms and Units......Page __sk_0387.djvu Appendix C Prefixes with Common Units......Page __sk_0388.djvu Glossary......Page __sk_0389.djvu Index......Page __sk_0402.djvu [This book] was written for an introductory course in acoustics for nonscientists. A background in neither physics nor mathematics above high-school algebra is required ... [The book] present[s] the basic physics essential for virtually all topics throughout the text: simple harmonic motion, wave principles, resonance, standing waves, the overtone series, Fourier synthesis, and spectrum analysis ... [The book] illustrate[s] these principles and [is] of general interest to the musician and nonmusician alike ... [It covers] sound reproduction ... room acoustics ... modern synthesizers ... [and] digital recording technology ... [The book then] treats different aspect[s] of musical acoustics ... [The book also] treat[s] the historical development of instruments, paying particular attention to acoustical developments. [The authors also] relate the physical principles of contemporary instruments to performance technique ...-Pref

This book incorporates the developments in digital audio technology, including consumer products, into a firm foundation of the physics of sound. No knowledge of physics, mathematics, or music is required.

Includes updated information on musical synthesizers. Provides recent information on the ear, including new advances in cochlear implant technology. Updates material for modern technology, particularly MP3. Features abundant examples, including discussion of demonstration experiments. Includes historical discussion of musical temperaments and instruments. Offers videotapes of musical demonstrations on topics discussed in the book, available from author.

A useful reference for musicians or anyone interested in learning more about the physics of music.

For courses in Physics of Sound/Music. Using a hands-on and experimental approach, this book incorporates developments in digital audio technologyincluding consumer productsinto a firm foundation of the physics of sound. Selected topics are interesting to a broad audience, with many applications of sound and waves beyond strictly musical applications. No background in physics, mathematics, or music is required.