Физика и музыка
МУЗЫКАЛЬНЫЕ ЗВУКИ
Постановка вопроса. В чем различие между музыкой и шумом? Установить различие между музыкой и шумом довольно трудно, так как то, что может казаться музыкой для одного, может быть просто шумом для другого. Некоторые считают оперу совершенно немузыкальной, а другие любят ее. Ржание лошади или скрип нагруженного лесом вагона может быть шумом для большинства людей, но музыкой для лесопромышленника.Любящим родителям крик новорожденного ребенка может казаться музыкой. Но для большинства из нас такие звуки представляют просто шум. Однако большинство людей согласится с тем,что звуки,возбуждаемые колеблющимися струнами, язычками, камертонами, столбами воздуха ивибрирующими голосовыми связками певца, музыкальны.Но если так, то что жесущественно в возбуждении музыкального звука, или тона?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, воспользуемся сиреной, изображенной на рис.1. Будем быстро вращать диск с постоянной скоростью и вдувать струю воздуха через стеклянную трубку в ряды отверстий диска по порядку. Мы увидим, что ряды, имеющие отверстия, расположенные на равном расстоянии друг от Друга, производят приятные музыкальные звуки, а звук от ряда неравномерно расположенных отверстий представляет шум.
Когда поток воздуха проходит сквозь отверстие, то на противоположной стороне диска получается сгущение. Воздух не может пройти через промежутки между отверстиями, и в эти моменты возникают разрежения. Такие воздушные толчки производятся через одинаковые промежутки времени рядами равномерно расположенных отверстий, другие же ряды дают толчки через различные времена.
Таким образом, наш опыт показывает, что для возбуждения музыкального звука существенно, чтобы колебания происходили через равные промежутки времени. Колебания струн, камертонов и т. н. имеют такой характер; колебания поездов, вагонов с лесом и т. п. происходят через неправильные, неравномерные промежутки времени, и производимые ими звуки представляют только шум.
|
|
(рис. 1 сирена)
Что называется высотой тона? Высота тона характеризует, нисколько «тонок» или «груб» звук. Для того чтобы получить самые высокие тоны рояля, мы ударяем по клавишам, расположенным на конце правой части клавиатуры; самые низкие тоны получаются с левого края. Чем объясняется это различие в высоте тона?
Для того чтобы помочь ответить на этот вопрос, воспользуемся опять той же сиреной. Диски имеют ряды в 24, 30, 36 и 48 отверстий, расположенных на одинаковых расстояниях. Вращая диск с постоянной скоростью, будем вдувать воздух по порядку в каждый ряд отверстий, начиная с внутреннего ряда. Каждый ряд возбудит музыкальный тон, причем каждый следующий ряд даст тон выше предшествующего. Теперь будем изменять скорость вращения диска при вдувании воздуха в один и тот же ряд. Мы увидим, что увеличение скорости повышает тон, уменьшение понижает тон. Что показывают результаты этого опыта?
Увеличивая скорость диска или пользуясь рядом с большим количеством отверстий, вы увеличиваете число толчков или волн в секунду, посылаемых через воздух. Таким образом, оказывается, что высота тона звука зависит от числа толчков (импульсов) или волн в секунду, приходящих от звучащего тела к уху. Так как высоту тона, как таковую, трудно измерять, физики предпочитают выражать ее через частоту, которую измерить легко.
Можно задать вопрос: распространяются ли звуки различных частот с одинаковыми скоростями? Если высокие звуки распространяются быстрее или медленнее, чем низкие звуки, то, как будет звучать находящийся в некотором отдалении оркестр, в состав которого входят бас и флейта? Действительно ли оркестр звучит так? Каково ваше заключение?
Что называется мажорной диатонической гаммой? Возможно, что некоторые из вас узнали в тонах, возбуждаемых нашей сиреной, топы мажорного аккорда. Первые три тона, производимые рядами в 24, 30 и 36 отверстий, составляют мажорное трезвучие. Диск с 8 рядами отверстий, а именно с 24, 27, 30, 32, 36, 40, 45 и 48 отверстиями воспроизвел бы все тоны мажорной диатонической гаммы. Даже при вращении с различными постоянными скоростями в каждом случае воспроизводилась бы точно эта гамма. Если бы диск вращался со скоростью 10-у об/сек, то частоты были бы такими, как показано в таблице ниже.
|
Число отверстий Вк |
24 |
27 |
30 |
32 |
36 |
40 |
45 |
48 |
|
Частота колебаний В секунду |
256 |
288 |
320 |
341,3 |
384 |
426,6 |
480 |
512 |
|
Отношение чисел колебаний |
1 |
9/8 |
5/4 |
4/3 |
3/2 |
5/3 |
15/8 |
2 |
|
Тоны |
С |
D |
Е |
F |
G |
А |
В |
С` |
|
Названия |
до |
ре |
ми |
фа |
соль |
ля |
си |
до |
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6