Человек живет в мире звуков. Звук-это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы. Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Если, например, звук исходит от репродуктора, то в нем колеблется мембрана — легкий диск, закрепленный по его окружности. Если звук издает музыкальный инструмент, то источник звука — это колеблющаяся струна, колеблющийся столб воздуха и др.

Но как звук доходит до нас? Очевидно, через воздух, который разделяет ухо и источник звука. Но распространяющиеся колебания — это волна. Следовательно, звук распространяется в виде волн. Если звуковая волна распространяется в воздухе, значит — это волна продольная, потому что в газе только такие волны и возможны.

В продольных волнах колебания частиц приводят к тому, в газе возникают сменяющие друг друга области сгущения и разрежения. То, что воздух — «проводник» звука, было доказано опытом, поставленным в 1660 г. Р.Бойлем. Если откачать воздух из-под колокола воздушного насоса, то мы не услышим звучания находящегося там электрического звонка.

Звук может также распространяться и в жидкой, и в твердой среде.

Ощущение звука создается только при определенных частотах колебаний в волне. Опыт показывает, что для органа слуха человека звуковыми являются только такие волны, в которых колебания происходят с частотами от 20 до 20000 Гц. Наинизший из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он из влекается органом. Но применяется не часто — очень басовит. Разобрать и понять его трудно. Зато 27 колебаний в секунду-тон вполне ясный для уха, хоть тоже редкий. Услышать его можно, нажав крайнnю левую клавишу рояля. Абсолютный «нижний» рекорд мужского баса, поставленный в XVIII веке певцом Каспаром Феспером — 44 колебания в секунду. 80 колебаний в секунду — обычная нижняя нота хорошего баса и многих инструментов. Удвоив число колебаний (повысив звук на октаву), приходим к тону, доступному виолончелям, альтам. Здесь отлично чувствуют себя и басы, и баритоны, и тенора, и женские контральто. А еще октава вверх — и мы попадаем в тот участок диапазона, где работают почти все голоса и музыкальные инструменты. Недаром именно в этом районе акустика закрепила всеобщий эталон высоты тона: 440 колебаний в секунду («ля» первой октавы). Вплоть до 1000-1200 колебаний в секунду звуковой диапазон полон музыкой. Эти звуки — самые слышные. Выше следуют менее населенные «этажи». Легко взбираются на них лишь скрипки, флейты, орган, рояль, арфа. И полновластными хозяйками выступают звонкие сопрано. Вершины женского голоса забрались еще дальше. В XVIII веке Моцарт восхищался певицей Лукрецией Аджуяри, которая брала «до» четвертой октавы — 2018 колебаний в секунду. Француженка Мадо Робен (умершая в 1960 году) пела полным голосом «ре» четвертой октавы — 2300 колебаний в секунду.

Еще несколько редких, нехоженых ступенек (доступных разве мастерам художественного свиста) — и музыкальный диапазон кончается. Звуки выше 2500-3000 колебаний в секунду в качестве самостоятельных музыкальных тонов не используются. Они слишком резки, пронзительны.

Существуют особые источники звука, испускающие единственную частоту, так называемый чистый тон. Это камертоны различных размеров — простые устройства, представляющие собой изогнутые металлические стержни на ножках. Чем больше размеры камертонов, тем ниже звук, который он испускает при ударе по нему.

Звуки даже одного тона могут быть разной громкости. Эта характеристика звука связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия колебаний определяется амплитудой колебаний. Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний. Но связь между громкостью и амплитудой не простая.

Самый слабый еще слышимый звук, дошедший до барабанной перепонки, приносит в 1с. энергию, равную примерно 10 -16 Дж, а самый громкий звук (реактивного ракетного двигателя в нескольких метрах от н его)-около 10 -4 Дж. Следовательно, по мощности самый громкий звук примерно в тысячу миллиардов раз превосходит самый слабый. Но этого нельзя сказать о громкости звука. О звуках вообще нельзя сказать, что один из них в два, в три, а тем более в миллионы или в миллиарды раз громче другого. О звуках различной громкости говорят, что один громче другого не во столько-то раз, а на столько-то единиц. Единица громкости называется децибелом (дБ). Например, громкость звука шороха листьев оценивается 10 дБ, шепота — 20 дБ, уличного шума — 70 дБ. Шум громкостью 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли. О громкости уличного шума, например, можно сказать, что она на 60 дБ больше громкости шороха листьев.

Звуковые колебания, переносимые звуковой волной, могут служить вынуждающей, периодически изменяющейся силой для колебательных систем и вызывать в этих системах явление резонанса, т.е. заставить их звучать. Такой резонанс называют акустическим резонансом. Например, устройство для получения чистого тона, т.е. звука одной частоты, камертон сам по себе дает очень слабый звук, потому что площадь поверхности колеблющихся ветвей камертона, соприкасающейся с воздухом, мала и в колебательное движение приходит слишком мало частиц воздуха. Поэтому камертон обычно укрепляют на деревянном ящике, подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний была равна частоте звука, создаваемого камертоном. Благодаря резонансу стенки ящика тоже начинают колебаться с частотой камертона. Это колебания большой амплитуды (резонанс!), да и площадь поверхности ящика велика, поэтому звук камертона оказывается значительно более громким. Ящик так и называют — резонатор. В музыкальных инструментах без резонаторов тоже нельзя обойтись. Ими служат деки. Без них, от одних струн, звуки были бы почти не слышны. Полость рта человека — тоже резонатор для голосовых связок.

Все сказанное относится ко звукам вообще, но нас интересует только музыкальный. В чем его отличие? Специалисты говорят: волчий вой и комариный писк — звуки музыкальные, а барабанный бой и стук кастаньет — просто шум.

Люди с давних времен создают и усовершенствуют различные музыкальные инструменты.

В Африке, Южной Америке, Азии несколько столетий назад корпусом для струнных инструментов была обыкновенная тыква, а в арабском двухструнном ребабе для этой цели служит панцирь черепахи. Нурийские людоеды сделали некогда живописный киссар с человеческим черепом. Древние рыбаки всех стран осваивали раковины, гончары — глиняные горшки. Надутые свиные пузыри, берестяные короба — все это человек заставлял подпевать струнам.

Но после тысячи проверок и проб лучшим материалом оказалось дерево. Из него выходили самые звонкие, самые легкие и самые чуткие корпуса струнных инструментов. Еще в Древнем Китае, в старой Индии под струнами ставили деревянные долбленые чаши и коробки — открытые либо закрытые, обтянутые змеиной кожей. Фигурные же корпуса, склеенные из изогнутых дощечек, тонкие, тщательно выделанные донья и деки, привились и в античном мире, и в средневековой Европе.

Для струн тоже испытывали очень много материалов. И крученая древесная кора, и нити бамбука, и бычьи жилы, и сушеные обезьяньи кишки, и, конечно, металл — разные сорта и сплавы, разная толщина, прочность.

Кроме корпуса и струн в большинстве инструментов есть еще шейка. Ее с самого начала делали деревянной, зато над формой шейки музыкальные мастера потрудились немало.

У африканских предшественников арфы — киссаров, вамби, кунди — шейки загибались крутыми дугами. Много лет прошло, пока люди догадались, что шейки совсем не обязательно выгибать. Прямая шейка — вот к чему пришла в конце концов музыкальная техника.

К ровной доске музыканты стали прижимать струны пальцами, и вместо четырех-пяти (по числу струн) звуков сразу получили большой их запас. Возможности музыкального творчества расширились безгранично. Примерно пять тысяч лет назад ассирийцы и вавилоняне свели воедино три изобретения: деревянный корпус, широкую прямую шейку и колки для раздельного натягивания струн. Так родился четырехструнный инструмент, который арабы позднее прозвали «аль-уд» (в буквальном переводе «дерево»). И именно он стал, по существу, первым образцом знаменитой многострунной лютни. Постепенно о -а покорила Персию, Индию, Китай, а через 22 века — Европу. К этому времени она значительно усовершенствовалась. На шейке появилась твердая пластинка-гриф, на нем вместо навязных веревочных или жильных ладов — костяные.

В средневековье в жизни европейцев лютня заняла столь же прочное положение, как в наши дни рояль. Однако через некоторое время гитары, мандолины и, конечно, скрипки постепенно вытеснили лютни с ее места, которое она занимала на протяжение стольких веков, так как по сравнению с простыми и всем доступными новыми инструментами лютня казалась чересчур громоздкой, сложной и безнадежно старомодной.

Имя создателя современной скрипки увековечено в поговорках, ему посвящены легенды, о нем написаны целые книги. А о творце фортепьяно знают только специалисты инструментоведы, да и им известно очень мало. Слава прошла мимо этого замечательного мастера, хоть заслуги его огромны.

Бартоломео Кристофори служил смотрителем музея музыкальных инструментов во Флоренции. Всю жизнь он провел среди клавесинов и клавикордов и непрерывно думал об их улучшении. Отличный мастер, он скептически относился к гигантомании, которой в его время заражалась клавирная техника. Чувствовал, что необходимо нечто простое и принципиально новое. Но только на склоне лет созрело в его голове изобретение, которому выпала судьба стать великим.

Замысел Кристофори выглядел просто. Не надо дергать за струны, как в клавесине, не надо поджимать их, как в клавикорде. Гораздо лучше будет ударять по струнам молоточками. Ведь силу удара можно менять, а значит, и варьировать громкость звучания струны.

Суть этой идеи не была новинкой. Еще в древних цимбалах струны возбуждались ударами. Задача заключалась в том, чтобы связать движение молоточка, бьющего по струне, с нажимом клавиши. Сильный удар пальца по клавише должен повлечь за собой и сильный удар молоточка по струне, а легкое прикосновение пальца к клавише — легкий, нежный удар по струне. Это главное, чего предстояло добиться.

Никто не знает, сколько бессонных ночей провел Бартоломео, облекая свою мысль в сложный бесшумный механизм. Никто не знает, сколько вариантов пришлось забраковать, прежде чем появились образцы, удовлетворявшие изобретателя. В конце концов на каждую клавишу он решил поставить подвижное сочетание двух хитроумных систем деревянных рычажков, заканчивающихся легким молоточком, обтянутым кожей. Молоточек ударял по струне, а мягкий войлочный демпфер глушил ее, когда палец снимался с клавиши.

В 1709 году некий знатный посетитель музея во Флоренции увидел там четыре клавесина, оснащенных новой механикой. То были инструменты Бартоломео Кристофори. Талантливый мастер дал им и имя «gravce mbalo col piano e forte»-«клавицембалы с тихим и громким звуком». Так появился «тихогром» — «фортепьяно». Главное достоинство его было запечатлено в самом названии.

Кристофори считал свое изобретение далеко не законченным и не спешил трубить о нем на весь мир. Но это сделал один музыкальный журнал. И тогда, если верить слухам, в гости к изобретателю пожал овал сам Иоганн Себстьян Бах. Какое он вынес суждение, неизвестно, но после визита великого музыканта темпераментный итальянец схватил топор и безжалостно изрубил механику на очередном клавесине с «piano e forte. Тем не менее настойчивый итальянец довел свое изобретение до совершенства.

Кристофори умер в безвестности. Блистательного торжества своего детища он не увидел. Громкий и прозрачный звук фортепьяно аристократам казался грубым, резким. Даже в 19 веке новый инструмент встречал противников, да и не только среди глупцов. Его недолюбливал, к примеру, Генрих Гейне, считавший, что стучать по струнам молотками — занятие кощунственное.

К счастью, дело решали не поэты, а музыканты. Молоточковое фортепьяно благословили Бах, Моцарт, Бетховен. Мощность звука, богатство интонации открыли ему дорогу в большие залы — к широкой публике. И народу пришелся по вкусу прекрасный, неслыханный прежде звонко раскатистый голос, который то гремел громом, то затихал до тончайшего пианиссимо. На фортепьяно впервые зазвучала революционная „Марсельеза“. Оно стало рабочим инструментом композиторов, поселилось в домах горожан. Но музыкальные мастера не сидели сложа руки. Они постоянно совершенствовали творение Кристофори.

Сколько коллективных усилий соединила в себе современная фортепьянная механика! Ныне она отточена до мельчайших деталей. Почти неуловимые нюансы ударов по клавишам нынешний рояль в полной сохранности передает струнам. Он не „захлебнется“ от самых дробных „тремоло“ — повторений одного звука.

Замечательным событием было изобретение фортепьянных педалей, особенно правой, освобождающей струны от заглушающих демпферов. Протяжность созвучий, их сложение, обогащение аккордов, усиление, изменение тембра звука — вот как много дала одна только правая педаль!

Преобразились и струны — стали прочнее и наряднее. Теперь их стали делать не из латуни, а из специальной стали и очень тщательно вырабатывают. Их стало больше, натяжение их увеличилось, ибо, сильно натянутые, они звучат гораздо лучше. Расположение тоже изменилось: не одним рядом, как прежде, а двумя и даже тремя скрещивающимися. Это экономит место, сохраняя необходимую длину струн.

В первых же фортепьяно обновилась дека. По сравнению со старинной клавесинной она стала тоньше, прочнее, звонче. Моцарт в свое время восхищался, как ловко выделывал эту „гармоническую доску“ фортепьянный мастер Штайн. „Изготовляя ее, — писал Моцарт, — он выставляет ее на воздух, на солнцепек, под дождь, под снег, всем чертям на расправу, для того чтобы доска растрескалась. Тогда с помощью пластинок и клея он наполняет трещины. Когда гармоническая доска так приготовлена, можно ручаться, что ей ничего не сделается“.

В наши дни деке посвящены целые научные исследования. О ее материале, толщине, размерах, конфигурации ученые пишут диссертации. Еще бы, именно она-главная деталь звуковой системы рояля. Некоторые мастера отваживались и на коренную переделку фортепьяно. Ставили его „на дыбы“, соединяли пару инструментов в один, изобретали новые клавиатуры. Но столь серьезная ломка традиционного строения инструмента не увенчалась успехом. Исключение составляет лишь изобретенное в 1880 году и всюду понравившееся пианино. Для роялей же, даже весьма оригинальных — автоматических, электрифицированных, — по-прежнему основой служит испытанная временем система Кристофори.

И только через 150 лет после смерти замечательного изобретателя на его родине, в Падуе, был поставлен памятник этому выдающемуся человеку.

Сколько сил нужно потратить чтобы превратить колебания воздуха в чудесный звук! Мастера, изготавливающие музыкальные инструменты, вкладывают душу и весь опыт, накопленный годами, в свои тво рения. И мы можем только восхищаться как они превращают обыкновенные воздушные волны в прекрасную музыку!

С развитием музыкальной механики в синтезаторах и других современных инструментах используется все больше различных физических спецэффектов, и чем дальше будет совершенствоваться физика, тем дальше пойдет музыкальная наука.

www.ronl.ru

Реферат - Физика и музыка

--PAGE_BREAK--

(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

Частота колебаний

В секунду

256

288

320

341,3

384

426,6

480

512

Отношение чисел колебаний

9/8

5/4

4/3

3/2

5/3

15/8

Тоны

С D Е

С `

Названия

до

ре

м и

фа

соль

ля

си

до

тон, имеющий частоту в 256 колебаний в секунду, называется до (С) средней октавы. Гамма, приведенная в этой таблице, известна под названием до мажор, где С является основным тоном, или тоникой.

Числа 24, 27, 30 и т. д. являются относительными числами колебаний, частоты являются абсолютными числами колебаний. Отношения получаются путем деления каждого относительного числа колебаний на первое (24). Эти отношения одинаковы для всех мажорных гамм, независимо от того, с какого основного тона они начинаются.

Гаммы всегда называются по тонике, например: до мажор, ре мажор и т. д. Полная гамма до мажор и соответствующие названия (применимые к любой гамме) вместо с отношениями колебаний и частотами приведена в таблица. Ближайшим тоном, следующим за С', является D' (ре'), частота которого 576 колебаний в секунду.

Тоны С, Е и G образуют тоническое трезвучие гаммы до мажор, так как нижний тон является тоникой этой гаммы. Отметьте, что 24:30:36=4:5:6. Любая группа тонов с таким отношением частот составляет мажорное трезвучие. Обратившись к гамме до мажор,

--PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Доклад - Физика и музыка

--PAGE_BREAK--

Число отверстий

Вк

Частота колебаний

В секунду

256

288

320

341,3

384

426,6

480

512

Отношение чисел колебаний

9/8

5/4

4/3

3/2

5/3

15/8

Тоны

С D Е

С `

Названия

до

ре

м и

фа

соль

ля

си

до

--PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Сочинение - Физика и музыка 3

ФИЗИКА И МУЗЫКА

План

1. Звук.У.с.166

2. Устройство струнных инструментов(корпус, шейка, струны)-К.с.18 -2.5 Об истории лютни

3. Появление рояля.К.с.32

4. Заключение.К.с.181

Звук может также распространяться и в жидкой, и в твердой среде.

Люди с давних времен создают и усовершенствуют различные музыкальные инструменты.

www.ronl.ru

Реферат: Физика и музыка

Физика и музыка

Л.А.Логинов, многопрофильный комплекс (гимназия-лицей) N 109, г. Москва

Две эти области человеческой деятельности действительно связаны между собой. Причем достаточно сильно. Жаль, что зачастую взаимосвязь между ними люди или не чувствуют, или вообще не знают про нее, или... просто еще не задумывались об этом. Долг учителя – показать это своим ученикам. И не только потому, что это нужно знать всесторонне развитому человеку, но и хотя бы потому, что это просто красиво, интересно и доступно.

Неизбежно встает вопрос о том, когда и как о взаимосвязи физики и музыки рассказывать, какие демонстрации проводить. В программе 9-го класса есть упоминание о природе звука и о кое-каких его характеристиках, но слишком поверхностное. Кроме того, и у учителя в 9-м классе на большее не хватит времени, да и не всем детям это может быть интересно (еще рановато для них). Интерес возникает тогда, когда появляется достаточный запас основных первоначальных знаний по физике и математике, и к тому же когда сам человек приобщается к игре на музыкальном инструменте. Для старшеклассников это, безусловно, гитара. Поскольку в 11-м классе перед изучением электромагнитных колебаний и волн обычно повторяют механические колебания и волны, то рассказать о звуке имеет смысл именно тогда, причем когда уже изучены электромагнитные колебания и учащиеся умеют изучать колебания с помощью электронного осциллографа.

Для успешного усвоения предлагаемого материала необходимо знать следующие разделы программы:

– основные характеристики колебаний;

– гармонические колебания;

– стоячие волны;

– объективные и субъективные характеристики звука;

– сложение колебаний.

Последний раздел, строго говоря, в базовую программу средней школы не входит, но умелый учитель этот материал может очень доходчиво объяснить. Важно подкреплять объясняемое простыми и наглядными примерами.

Начинаем с того, что колебания одной природы (механические с механическими, электромагнитные с электромагнитными) могут складываться. Причем могут складываться колебания, происходящие как в одном направлении, так и во взаимно перпендикулярных. Сейчас мы рассмотрим только первый случай, хотя и второй (фигуры Лиссажу) тоже очень интересен.

Рис. 1

Предположим, что мы плывем на корабле. Если бы он плыл, двигаясь строго прямо, то его движение относительно берега можно было бы изобразить прямой линией (рис. 1, а). Корпус судна в такт с работой двигателей совершает колебания. Пассажиры это ощущают как дрожь. Но если учесть, что при этом судно слегка перемещается вверх-вниз, то движение относительно берега можно изобразить «частой» синусоидой небольшой амплитуды (рис. 1, б). Если на море или озере шторм, то судно поднимается и опускается на больших волнах (рис. 1, в), но при этом еще и «дрожит», и движется вперед. Таким образом, на колебания судна, связанные с подъемом-опусканием на волнах, накладываются вибрации от работающих двигателей, и движение судна относительно берега изображается более сложной траекторией: «изрезанной», «зубчатой» синусоидой (рис. 1, г). Итак, основную синусоиду нам «дают» колебания на волнах, а мелкие зубчики — это дрожь от двигателя, т.е. на колебания корабля на волне накладывается вибрация от двигателей.

Рис. 2, 3

Теперь можно продемонстрировать сложение электромагнитных колебаний с помощью электронного осциллографа. Для этого два генератора электромагнитных колебаний (например ГЗШ-3) соединяются последовательно и подключаются к вертикально отклоняющим пластинам осциллографа (рис. 2). Генераторы звуковых колебаний (типа ГЗШ-3) удобны тем, что имеют крупное цифровое табло на газосветных индикаторах, которые позволяют учащимся хорошо видеть значения устанавливаемых частот даже в затемненном помещении. Устанавливаем частоту одного генератора поменьше (например 400 Гц), а амплитуду побольше. На другом генераторе, наоборот, частоту побольше, но кратную (например 1200 Гц), при меньшей амплитуде. Меняя значение кратной частоты, демонстрируем учащимся изменение результата сложения колебаний. Обращаем внимание учащихся на то, что получающаяся картина (график) устойчива и хорошо различима только при отношении частот, равном отношению небольших целых чисел (1 : 2; 1 : 3; 1 : 4; 2 : 3 и т.п.). Например, на рис. 3 показан график при отношении частот 1 : 2. (Разумеется, «глубина зубцов» на синусоиде зависит от соотношения амплитуд складываемых колебаний.)

При наличии времени можно подключить параллельно пластинам осциллографа громкоговоритель (динамик) и полученные сложные электромагнитные колебания превратить в звуковые. При изменении значения кратной (большей) частоты изменяется тембр звука. (Кстати, он меняется и при изменении амплитуды кратной частоты.) После этого объясняем учащимся, что у музыкальных инструментов тембр определяется упругими свойствами струн и (или) размерами резонаторных полостей.

У человека тембр голоса определяется аналогичными факторами, но только роль струн выполняют голосовые связки, а роль резонаторов – полости лицевой части головы и гортань. На тембр влияют также взаимное расположение в ротовой полости зубов, языка, нёба, а также форма сложенных губ. Надо отметить, что среди факторов, влияющих на тембр человеческого голоса, есть регулируемые и нерегулируемые. Так, упругость голосовых связок мы вряд ли изменим, а вот сжать гортань и заговорить «голосом Буратино» можем. Именно поэтому абсолютно точно повторить чей-нибудь голос невозможно, но можно делать неплохие голосовые пародии.

Кстати, при объяснении школьникам темы «Субъективные и объективные характеристики звука» целесообразно показать, как влияет состояние носоглотки на тембр голоса. Для этого голос человека преобразуют в электромагнитные колебания с помощью микрофона, подают на усилитель, а с него на осциллограф. Нота «ля» камертона отображается на экране простой синусоидой – это физически чистый звук. Нота «ля», пропетая учителем, выглядит как синусоида той же частоты, но «изрезанная» кратными частотами. Если зажать пальцами нос и тем самым сымитировать простуду, то эта нота будет иметь другой тембр, т.е. другой набор кратных частот. Эта демонстрация наглядна, доступна для учеников и, что также важно, очень им нравится (особенно учитель, поющий с зажатым носом).

Особый эффект на слушателей производит опыт, показывающий, что тембр голоса зависит и от упругих свойств среды. Этот опыт технологически очень хлопотен, но если есть возможность, то от его демонстрации отказываться не стоит. Если вдохнуть в легкие не воздух, а другой газ, скажем, гелий, то голос сильно изменится.

По мере выхода гелия и поступления воздуха в дыхательные пути голос постепенно будет возвращаться в «нормальное» состояние.

Переходим к музыкальным инструментам. Хорошее звучание многих из них сильно зависит от акустического резонанса. Вводим понятие этого явления. Иллюстрируем его необходимость на примере камертона, который теряет громкость при снятии с резонаторного ящика. Если звуковую волну от камертона направить в высокую мензурку с водой, то образуется стоячая волна. Наилучшее звучание, т.е. резонанс (и пучность на выходе из мензурки), возникает тогда, когда расстояние от горлышка мензурки до поверхности воды равно одному из значений ряда: Ряд – длина звуковой волны. Наименьшее из этих расстояний – Наименьшее из расстояний . Именно такую глубину имеет резонаторный ящик камертона и именно такое расстояние от горлышка мензурки до поверхности воды при акустическом резонансе. Кстати, равенство этих расстояний лучше показать учащимся, приложив ящик к мензурке. Далее поясняем, что резонаторные ящики музыкальных инструментов должны иметь такую форму (очертания) и такое внутреннее устройство (различные переборки, ребра жесткости), чтобы столб воздуха мог резонировать на разных частотах.

Рассмотрим подробнее устройство гитары. Ее резонаторный ящик, образованный двумя деками и боковиной, имеет весьма хитрую форму, и местоположение розетки (входного и выходного отверстия для звука) выбрано не случайно. Дело тут вовсе не в том, что эти формы напоминают женскую фигуру (на что часто обращают внимание лирики). Расстояние от розетки до стенок ящика в разных местах разное, что позволяет воздуху резонировать в ящике на разных частотах (разных нотах).

Рис. 4, 5

При ударе по струне (или при щипке струны) в ней тоже возникает стоячая волна с пучностью посередине (рис. 4). (Заметим, что пучность образуется не над розеткой, так что амплитуда в этом месте не самая большая, но вполне достаточная для нормального звучания.) Частота колебаний струны и, следовательно, частота извлекаемого звука зависит от упругих свойств струны. А эти свойства определяются материалом, из которого струна изготовлена, ее толщиной, длиной и силой натяжения. Чем толще струна, тем ниже звук (меньше частота). Чем сильнее натянута струна, тем звук выше. Эти параметры задаются уже при установке струн и настройке гитары. При игре гитарист регулирует, по сути, только один параметр – длину струны, пережимая ее в разных местах. Чем меньше рабочая длина струны, тем выше частота колебаний (выше звук).

Рис. 6

Если бы каждая струна колебалась только с одной частотой, то все гитары имели бы практически одинаковое звучание. Небольшие отличия были бы обусловлены особенностями резонаторных ящиков. Но «голоса» гитар различаются. И во многом благодаря струнам. Дело в том, что струна, помимо основного колебания, частота которого задается гитаристом при зажатии струны, участвует и в других колебаниях, больших частот и меньших амплитуд. Это уже упомянутые выше кратные частоты. Их набор и определяет тембр. Сложное колебание с разными частотами хорошо заметно на басовых («толстых», т.е. 4-й, 5-й и 6-й) струнах (рис. 5). Обычно эти частоты в 2, 3, 4, 6, 8 раз выше основной. В зависимости от упругих свойств материала струны эти частоты могут иметь разные амплитуды, т.е. разную громкость звучания на фоне звука основной частоты. Отсюда и разный тембр. Поэтому при смене струн меняется голос гитары (если только новые струны не той же марки, не из той же промышленной партии и не с таким же сроком службы).

Место удара по струне тоже накладывает отпечаток на тембр. Тут дело все в том, что место, где наносится удар пальцем, должно стать пучностью. Середина струны может быть пучностью для основной частоты, но при этом она является узлом для частот вдвое, вчетверо, в восемь раз выше, чем основная (рис. 6). Удар посередине не возбудит колебания с упомянутыми кратными частотами, но может возбудить частоты в 3, 6, 9... раз выше основной. Зато удар на расстоянии 1/3 от конца струны не возбудит звучание последнего набора кратных частот, но может возбудить звучание частот первого набора.

Таким образом, для наиболее сочного, «богатого» звучания струны надо выбирать такое место, которое являлось бы узлом для наименьшего числа кратных частот. Самое лучшее, если место удара не будет узлом ни для каких кратных частот. Короче, не бейте по узлам! Теперь становится ясно, почему розетка деки расположена не под серединой струн и не где попало, а именно там, где вероятность образования узлов наименьшая.

Рис. 7

Демонстрируем учащимся, как меняется тембр звучания струны при ударе по ней в разных местах (а не только над розеткой, как это обычно делается при игре). Лучше всего, если учитель сам владеет навыками игры. Тогда он может сыграть несколько раз одну и ту же мелодию, перебирая струны или ударяя по ним в разных местах, – тут разница в оттенке звучания еще заметнее.

Теперь обсуждаем ноты, созвучия и аккорды. Современный нотный строй, в теории музыки называемый темперированным, таков, что одноименные ноты соседних октав различаются по частоте в 2 раза. Например, «ля» первой октавы соответствует частоте 440 Гц, второй – 880 Гц, третьей – 1320 Гц и т.д.

Расстояние (музыкальный интервал) между одноименными нотами соседних октав так и называется – октава. Разумеется, есть и более мелкие интервалы: малая и большая секунды (полутон и тон соответственно), малая и большая терции (1,5 и 2 тона), кварта (2,5 тона), квинта (3,5 тона), секста (4,5 тона), септима (5,5 тона). Даже человеку, не владеющему игрой на гитаре, не очень трудно будет эти созвучия воспроизвести: в обозначениях для гитары они показаны на рис. 7. При воспроизведении имеет смысл спрашивать учащихся, приятно или нет звучит интервал.

Созвучия, соответствующие разным интервалам, воспринимаются слухом и сознанием по-разному: одни звучат более приятно, другие – менее или вовсе неприятно, «грязно», как говорят музыканты. Почему? А вот почему. Каждое созвучие – это одновременное звучание двух (или нескольких) основных частот или результат сложения колебаний. Результаты сложения электромагнитных колебаний мы можем наблюдать на экране осциллографа, т.е. видеть. Вспомним, когда при сложении электромагнитных колебаний получается устойчивая, хорошо различимая, «приятная» для наблюдателя картина? При идеальной кратности частот складываемых колебаний. То же самое и с механическими, в том числе звуковыми колебаниями. Если отношение частот не кратное, то уху как бы непонятно, на какую из «непримиримых» частот настраиваться, оно чувствует диссонанс.

Посмотрим на частоты, соответствующие звукам какого-либо небольшого диапазона. Например, от «до» первой октавы до «ми» второй октавы:

до 261,7 Гц

до# 277,2 Гц

ре 293,7 Гц

ре# 311,1 Гц

ми 329,6 Гц

фа 349,2 Гц

фа# 370,0 Гц

соль 392,0 Гц

соль# 415,3 Гц

ля 440,0 Гц

ля# 466,7 Гц

си 493,9 Гц

до 523,4 Гц

до# 554,4 Гц

ре 587,3 Гц

ре# 622,6 Гц

ми 659,3 Г

При необходимости легко вычислить значения частот, соответствующих нотам других октав, зная правило удвоения частоты при переходе от одной октавы к

другой. В приведенном списке от каждой ноты до соседней с ней – полутон. Следовательно:

до – до# – малая секунда;

до – ре – большая секунда;

до – ре# – малая терция;

до – ми – большая терция;

до – фа – кварта и т.д.

Если мы посмотрим на соотношения частот в разных созвучиях, построенных, например, от ноты «до» первой октавы, то увидим, что они таковы:

Малая секунда............277,2 : 261,7 = 1,059...

Большая секунда..........293,7 : 261,7 = 1,122...

Малая терция.............311,1 : 261,7 = 1,188...1,2 = 6 : 5.

Большая терция.........329,6 : 261,7= 1,259... 1,25 = 5 : 4.

Кварта.........................349,2 : 261,7= 1,310...  4 : 3.

Квинта......................392,0 : 261,7 = 1,498...  1,5 = 3 : 2.

Секста...........................440,0 : 261,7 = 1,681...

Септима......................493,9 : 261,7 = 1,887...

Октава.........................523,4 : 261,7 = 2 : 1.

Рис. 8

Как видим, те созвучия, которые для слуха более приятны (они в списке выделены), имеют лучшую или даже идеальную кратность частот, либо отношение, очень близкое к отношению небольших целых чисел. Недаром аккорды (и в особенности гитарные) состоят в основном из терций! Добавляя в аккорд новый звук, надо следить за тем, чтобы он образовывал «приятное» созвучие хотя бы с одним из уже имеющихся звуков. Например, при переходе от обычного аккорда (трезвучия) к септаккордам (так называемым «семеркам»), четвертая нота образует терцию с третьей, а поэтому и аккорд звучит красиво. Желательно сыграть пару таких аккордов. Аппликатура наиболее простой пары аккордов «ля-мажор» и «ля-мажор-септаккорд» (А и А7) приведена на рис. 8.

Обратим внимание еще и вот на что. При переходе от ноты к ноте частота звука повышается примерно в 1,06 раза. Этот коэффициент постоянен для всего нотного диапазона. А вот разность частот (Dn) между соседними нотами с ростом частоты (т.е. с повышением тона) увеличивается. Это хорошо видно хотя бы из приведенной выше таблицы. Можно сказать, что в диапазоне частот ноты расположены неравномерно: более низкие ближе друг к другу, а более высокие дальше. Этим и объясняется неравномерность расстановки ладов на грифе гитары: с ростом номера лада порожки располагаются все чаще (рис. 9).

Рис. 9

Обратите внимание, что точное значение коэффициента частоты равно 1,059228... Если при переходе от лада к ладу это значение не выдерживается, то с увеличением номера лада ошибка в частоте будет возрастать и гитару будет невозможно настроить правильно. Чем точнее расставлены порожки на грифе, тем гитара дороже, но тем и приятнее звучание, и настраивать гитару легче.

В завершении серии уроков, посвященных рассматриваемой теме (а лучше в конце каждого урока) можно сыграть на гитаре и спеть какую-нибудь песенку. Играть может как учитель, так и кто-либо из учеников. Такое запоминается на всю жизнь, а значит, идет на дело укрепления любви к сложной, но интересной и красивой науке – физике.

www.referatmix.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..