Diederik Jekel | 24 mei 2022

Muziek en Wetenschap

Albert Einstein

Instrumenten produceren geluid, maar hoe kan het toch dat we geluid kunnen horen? En kan de wetenschap helpen om erachter te komen of iets dat je componeert ook lekker gaat klinken?

Wat is het oudste instrument?

Het allereerste instrument dat in de geschiedenis van de mensheid ooit is gebruikt, is de stem. Je kunt ermee zingen, schreeuwen, klikken, gapen en nog veel meer. Het is gratis en bijna iedereen heeft er wel een. Maar al gauw wilde de mens haar muzikale mogelijkheden uitbreiden en werden er instrumenten gemaakt van dierenbotten. Zo is de oudst gevonden fluit ruim veertigduizend jaar oud. Primitieve trommels en andere blaasinstrumenten volgden al snel. Al deze dingen produceren geluid, maar hoe kan het toch dat we geluid kunnen horen? En kan de wetenschap helpen om erachter te komen of iets dat je componeert ook lekker gaat klinken? Laten we eens beginnen bij het oudste instrument.

Trillende trommelvliezen

Als je zingt in de douche duwen je longen lucht langs je stembanden. Je stembanden bestaan uit kleine spiertjes die supersnel kunnen trillen. Als de lucht langs die spiertjes stroomt, gaat de lucht meetrillen. Deze trillende lucht wordt via je mond door gegeven aan de lucht in de badkamer en de trilling vliegt dan over het bad, langs de deur, naar de muur en komt uiteindelijk uit bij de buurman die jouw zangkunsten mooi of lelijk vindt. Diep in het oor van de buurman zit het trommelvlies dat gaat trillen door de trillingen in de lucht. De buurmanhersenen meten hoe snel zijn trommelvliezen trillen en daardoor hoort hij in zijn hoofd geluid. Muziek is dus niets anders dan een trillend trommelvlies.

Strijken en blazen

Natuurlijk is de stem niet het enige instrument dat geluid kan produceren. Bij een viool laat je met je strijkstok of met je vinger de snaren trillen. Bij een trompet zijn het je lippen die de lucht laten trillen. Alle instrumenten, van fagot tot viool en van piccolo tot piano, klinken doormiddel van trillende lucht die jouw trommelvliezen in beweging brengt. Zelfs je koptelefoon of de luidsprekers tijdens een popconcert werken op deze manier. Ze laten de lucht trillen en die trillingen worden door de oren van het publiek opgevangen.
In die trillingen kun je alles stoppen om een mooi muziekstuk te maken. De noten die je wilt laten horen, bepalen hoe snel de lucht trilt. Hoe sneller de stembanden, trompetlippen of luidsprekers trillen, hoe hoger de toon klinkt. Hoe hard een toon klinkt wordt bepaald door hoe heftig de lucht heen en weer trilt. Een klein beetje trillen klinkt zachtjes, maar als de lucht heel fel trilt klinkt het geluid hard.

Klankkast

Vaak hebben instrumenten naast iets dat trilt ook een klankkast. Achter de snaren van een viool of een gitaar bijvoorbeeld, zit een holle houten doos die het geluid van de snaren versterkt. Zonder deze klankkast zou het geluid van het instrument heel zacht klinken. Zo’n klankkast doet echter meer. Heb je je wel eens afgevraagd waarom een viool zo anders klinkt dan een gitaar? Het zijn allebei snaarinstrumenten. Als er goed naar kijkt, zie je dat de snaren van beide instrumenten net wat anders zijn. Maar als je gitaarsnaren op een viool zou doen, zouden ze toch niet als een gitaar klinken. Dat komt, omdat de klankkast van het instrument heel bepalend is voor het geluid.
Als een gitarist een toon speelt, bijvoorbeeld een ‘C’, dan zullen je oren niet alleen de trilling van een ‘C’ binnen krijgen. Nee, er komen nog allerlei andere, zachtere tonen bij. Er zit in de klankkast van ieder instrument als het ware een klein orkestje, dat naast de gespeelde toon, heel zachtjes ook nog allerlei andere tonen meespeelt. Die mengelmoes van tonen bepaalt of iets als een gitaar of als een viool klinkt. De klankkast van een viool laat andere andere bijtonen, ofwel boventonen, horen dan de klankkast van een gitaar.

Componeren een wetenschap?!

Je kunt natuurlijk een mooie noot spelen op een piano, maar als je een heel muziekstuk wilt componeren, hoe weet je dan welke tonen lekker bij elkaar klinken? Je kunt dat op je gevoel doen, maar gek genoeg bepalen wiskunde en rekenen welke noten wel en niet bij elkaar passen. Als je op de piano een ‘C’ speelt dan past de ‘C’ die een octaaf (acht tonen) hoger ligt daar heel goed bij. Dat klinkt lekker.
Je maakt een toon een octaaf hoger, door de snaar van de piano (of een ander snaarinstrument) twee keer zo kort te maken. Maar er zijn meer combinaties die goed klinken. Als je bij die ‘C’ ook een ‘G’ speelt, dan klinkt dat ook superfijn. De ‘G’ ligt een kwint (vijf tonen) hoger dan de ‘C’ en dat betekent dat de pianosnaar 2/3 van de lengte heeft van de snaar van de ‘C’ die je eerder aansloeg. Als je een snaar neemt van 4/5 van de lengte van de ‘C’-snaar, klinkt er een ‘E’. Dat is een terts (drie tonen) erboven en dat klinkt ook heel goed.