ЗВУКОВЫЕ И МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ.

Книга Арчибальда Уильямса «Как это работает» входит в серию книг HackerNoon. Вы можете перейти к любой главе этой книги здесь. ЗВУКОВЫЕ И МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ.

Глава XIV. ЗВУКОВЫЕ И МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ.

Природа звука — Ухо — Музыкальные инструменты — Вибрация струн — Дека и корпус фортепиано — Струны — Ударный механизм — Качество ноты.

ЗВУК отличается от света, тепла и электричества тем, что он может распространяться только через материю. Звуковые волны — это волны материи, а не волны эфира. В этом можно убедиться, поместив электрический звонок под колпак воздушного насоса и выкачав весь воздух. Эфир все еще остается внутри стакана, но если колокол привести в движение, звука не будет слышно. Впустите воздух, и звон гонга будет слышен совершенно отчетливо.

Звук похож на свет и тепло, однако настолько, что его можно сконцентрировать с помощью подходящих линз и изогнутых поверхностей. эхо – это доказательство его отражения от поверхности.

Прежде чем перейти к различным приборам, используемым для создания звуковых волн определенного характера, давайте рассмотрим этот чудесный природный аппарат

УХО,

посредством которого мы получаем те ощущения, которые называем звуком.

Рис. 133 представляет собой чисто схематический разрез уха, показывающий различные части искаженными и непропорциональными. Начиная слева, у нас есть наружное ухо, мочка, собирающая звуковые волны на перепонке барабанной перепонки, или барабанной перепонке, к которой прикреплен первый из ряда эм>косточки, или маленькие кости. Последний из них прижимается к отверстию во внутреннем ухе — полости, окруженной костями головы. Внутри внутреннего уха находится водянистая жидкость p, называемая перилимфа («окружающая вода»), в которую погружена мембранная оболочка m, содержащая эндолимфу («внутренняя вода "), тоже полный жидкости. В эту жидкость выступают окончания слухового нерва, ведущего к мозгу.

Когда звуковые волны ударяются о барабанную полость, они заставляют ее двигаться внутрь и наружу серией быстрых движений. Слуховые косточки, управляемые барабанной перепонкой, нажимают на маленькое отверстие o, покрытое мембраной, и каждый раз, когда они проталкивают его, слегка сжимают перилимфу, которая, в свою очередь, сжимает эндолимфу, которая воздействует на нервные окончания и передает ощущение звук для мозга.

На рис. 134 мы имеем более развернутый эскиз, дающий более подробно, хотя и не в реальных пропорциях, компоненты уха. Косточки m, i и s — это соответственно malleus (молоточек), наковальня (наковальня) и стремя (стремя). Каждая прикрепляется связками к стенкам среднего уха. Барабанная полость перемещает молоточек, молоточек — наковальню, а наковальня — стремечко, последнее нажатие на отверстие o на рис. 133, которое с научной точки зрения известно как fenestra ovalis, или овальное окно. Поскольку жидкости практически несжимаемы, природа предусмотрела вдавливание мембраны овального окна, предусмотрев второе отверстие — круглое окно, также покрытое мембраной. Когда стремечко вдавливает овальную перепонку внутрь, круглая перепонка выпячивается, ее эластичности достаточно, чтобы оказать определенное давление на перилимфу (обозначено пунктирной частью внутреннего уха).

Внутреннее ухо состоит из двух основных частей: улитки, названной так из-за сходства формы с раковиной улитки, и полукружных каналов. Каждая часть имеет свою перилимфу и эндолимфу и содержит ряд нервных окончаний, которых, однако, больше всего в улитке. Мы не знаем наверняка, каковы функции каналов и улитки; но вполне вероятно, что первое позволяет нам различать интенсивность или громкость звуков и направление, откуда они исходят, а второе позволяет нам определять высоту звуков. заметка. В улитке находится около 2800 крошечных нервных окончаний, называемых Кортиевыми палочками. Нормальное ухо имеет такой диапазон, что полутон дает около 33 палочек. Великий ученый Гельмгольц выдвинул теорию, что эти маленькие палочки подобны крошечным камертонам, каждый из которых реагирует на ноту определенной высоты; так что, когда звучит струна фортепиано и колебания воздуха передаются во внутреннее ухо, они воздействуют только на один из этих стержней и на ту часть мозга, которую он обслуживает, и у нас возникает впечатление одной определенной ноты. Экспериментально доказано, что очень чувствительное ухо способно различать звуки, высота которых варьируется всего на 1/64 полутона, или только на половину диапазона любого кортиева волокна. Эту трудность Гельмгольц преодолевает, предполагая, что в таком ухе поражаются два соседних волокна, но одно больше другого.

Человек с «хорошим музыкальным слухом» — это, по-видимому, тот, у кого стержни Корти очень совершенны. Неудачливые люди, такие как джентльмен, который мог распознать только одну мелодию, и это потому, что люди сняли шляпы, когда она началась, физически неполноценны. Их стержни Корти не могут быть должным образом развиты.

То, что применимо к одной отдельной ноте, применимо и к элементам музыкального аккорда. Одновременно может звучать дюжина нот, но ухо способно усвоить каждую и смешать ее с другими; однако требуется очень чувствительный и хорошо тренированный слух, чтобы выделить какую-либо часть гармонии и сконцентрировать внимание мозга на этой части.

Ухо имеет гораздо больший диапазон, чем глаз. «В то время как первый диапазон составляет более одиннадцати октав, для второго возможно немногим больше одной октавы. Самые быстрые вибрации, которые поражают глаз, как свет, имеют только примерно вдвое большую скорость, чем самые медленные; тогда как самые быстрые вибрации, которые поражают глаз, ухо, как музыкальный звук, более чем в две тысячи раз быстрее самого медленного». Если говорить о реальных цифрах, то обычное ухо чувствительно к вибрациям в диапазоне от 16 до 38 000 в секунду. Нижние и верхние ноты фортепиано совершают соответственно около 40 и 4000 колебаний в секунду. Конечно, некоторые уши, как и некоторые глаза, не могут охватить всей гаммы. Писк летучих мышей и стрекотание сверчков для некоторых людей неслышны; а собаки способны слышать звуки слишком пронзительные, чтобы повлиять на слуховой аппарат человека.

Не менее интересной частью этого чудесного органа является барабанная перепонка, снабженная мышцами, позволяющими автоматически изменять ее напряжение. Если мы «напрягаем слух», чтобы уловить пронзительный звук, мы сжимаем перепонку; а если мы «готовимся» к глубокому и громкому звуку, подобному выстрелу из пистолета, мы позволяем барабану замедлиться.

Евстахиева труба (рис. 134) сообщается со ртом. Его функция, вероятно, заключается в поддержании одинакового давления воздуха по обе стороны барабана. При простуде трубка может закупориться слизью, вызывая неравномерное давление и, как следствие, частичную глухоту.

Прежде чем оставить эту тему, будет полезно напомнить нашим более юным читателям, что ухо сделано деликатно и чудесно, и к нему следует относиться с уважением. Внезапный крик в ухо или игривый удар могут иметь самые серьезные последствия, поскольку они разрывают барабанную перепонку или повреждают расположение крошечных костей, обеспечивающих сообщение с внутренним ухом.

МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ.

Это приспособления для создания звучных толчков, быстро следующих друг за другом через равные промежутки времени. Музыкальные звуки отличаются от простых шумов своей регулярностью. Если потрясти несколько гвоздей в жестяной коробке, мы получим лишь серию наложенных друг на друга хаотичных ощущений. С другой стороны, если мы ударим по камертону, воздух будет волноваться определенное количество раз в секунду, что приведет к приятному результату, который мы называем нотой.

Экскурсию в область музыкальных инструментов мы начнем с осмотра того самого знакомого предмета мебели,

ПИАНОФОРТЕ,

что буквально означает «мягкий-сильный». Многие дети считают фортепиано большой помехой, пожирателем времени, которым можно было бы занять гораздо приятнее, и поэтому к ним относятся гораздо меньше уважения, чем к фонографу или музыкальной шкатулке. Тем не менее, современное фортепиано — очень искусное произведение, превосходно приспособленное для создания приятных мелодий — при правильном обращении. В настоящее время обычно используются две формы фортепиано: вертикальное с вертикальной декой и проводами и рояль с горизонтальной декой.

ВИБРАЦИЯ СТРУН.

Поскольку фортепиано является струнным инструментом, следует уделить некоторое внимание вибрации струн. Натянутая струна издает звук, если ее защипать и позволить ей свободно вибрировать. Высота ноты зависит от нескольких условий: — (1) Диаметр струны; (2) натяжение струны; (3) длина строки; (4) вещество струны. Если рассматривать их по порядку: (1.) Число колебаний в секунду обратно пропорционально диаметру струны: таким образом, струна диаметром в одну четверть дюйма будет вибрировать в данный момент только вполовину реже, чем струна. нить диаметром в одну восьмую дюйма. (2.) При неизменной длине количество колебаний прямо пропорционально квадратному корню из натяжения: таким образом, струна, натянутая силой 16 фунтов. вес будет вибрировать в четыре раза быстрее, чем если бы он был нагружен силой в 1 фунт. масса. (3.) Число колебаний обратно пропорционально длине струны: таким образом, однофутовая струна будет вибрировать в два раза быстрее, чем двухфутовая, натянутая до того же натяжения, и одинакового диаметра и веса. (4.) При прочих равных условиях скорость вибрации обратно пропорциональна квадратному корню из плотности вещества: так что стальная проволока будет вибрировать быстрее, чем платиновая проволока такого же диаметра. , длина и натяжение. Эти факты важно помнить как основополагающие принципы струнных инструментов.

Теперь, если вы подвешиваете проволоку к шнуру и подвешиваете к нему тяжелый груз, проволока будет находиться в состоянии сильного натяжения и при ударе издаст отчетливый звук. Но громкость звука будет очень маленькой, слишком маленькой для практичного инструмента. Поверхность самой струны настолько ограничена, что вызывает лишь слабые движения в окружающем воздухе. Теперь повесьте проволоку на большую доску и снова ударьте по ней. Громкость звука значительно увеличилась, поскольку струна передала свои колебания на большую поверхность доски.

Чтобы получить полную звуковую ценность колебаний струны, нам, очевидно, следует установить струну так, чтобы она могла воздействовать на большую звуковую поверхность. В скрипке это достигается натяжением струн через «мост», опирающийся на полый ящик из совершенно эластичного дерева. Натяните лук на веревку. Громкий звук исходит не только от струны, но и от всей поверхности коробки.

РЕЗКА И КАРКАС ПИАНО.

Струны фортепиано натянуты на каркас из дерева или стали: от ряда крючков в верхней части рамы до ряда сужающихся штифтов с квадратными концами в нижней части, при этом провода проходят через острые края возле обоих концов. Настройщик может, поворачивая штифт, натягивать струны до тех пор, пока не будет получена любая желаемая нота. Читателям может быть интересно узнать, что среднее натяжение струны составляет 275 фунтов, так что общая нагрузка на корпус рояля составляет от 20 до 30 тонн.

К задней части рамы прикреплена дека из ели (все знакомой рождественской елки). Его добывают из Центральной и Восточной Европы, где его тщательно отбирают и подготавливают, поскольку важно, чтобы древесина была распилена таким образом, чтобы волокна древесины двигались в правильном направлении.

СТРУНЫ.

Они изготовлены из чрезвычайно прочной стальной проволоки самого высокого качества. Если вы рассмотрите провода вашего фортепиано, вы увидите, что они различаются по толщине: самая тонкая из них находится на высокочастотном конце корпуса. Установлено, что невозможно использовать провода одинакового сечения и одинакового напряжения. Поэтому производители используют сильно натянутые толстые провода для баса и более тонкие и короткие провода для высоких частот, используя преимущества трех факторов — веса, натяжения и длины, — которые мы заметили выше. Провода для самых глубоких нот обернуты тонкой медной проволокой, чтобы увеличить их вес, не увеличивая при этом диаметр настроечных штифтов. В рояле около 600 ярдов (примерно треть мили) проволоки.

УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ.

Перейдем теперь к устройству для приведения струн в состояние вибрации. Типичным из последних усовершенствований можно считать механизм рояля, изображенный на рис. 135. Существенными элементами эффективного механизма являются: — (1) наносимый удар должен быть резким и уверенным; (2) что струна должна быть немедленно «заглушена» или, если необходимо, проверена ее вибрация, чтобы не мешать последующим нотам других струн; (3) молоток должен иметь возможность повторять удары в быстрой последовательности. молоточек имеет головку из красного дерева, покрытую войлоком, толщина которого постепенно и равномерно сужается от дюйма с четвертью на басовом конце до трех шестнадцатых дюйма на крайних высоких нотах. Все восемьдесят пять молоточков для фортепиано складываются в одну деталь, а затем разрезаются друг от друга. Очень важна однородность покрытия. Если он слишком твердый, он дает резкий звук, и его необходимо уменьшить до нужной степени, прокалывая иглой. На схеме фетр обозначен пунктиром.

Каретка, приводящая в действие молоток, несколько сложна. Когда клавиша нажата, левый конец поднимается и толкает вверх всю каретку, которая поворачивается на одном конце. Хвостовик молотка поднимается с помощью домкрата b, нажимающего на ручку n, называемую выемкой, прикрепленную к нижней стороне хвостовика. Когда домкрат поднимется до определенной точки, его рычаг b1 цепляется за кнопку с и выдергивает ее из-под выемки в тот самый момент, когда ударяет молоток, чтобы он не заблокировался струной. При отскоке молоток цепляется за рычаг повторения r, который поднимает его, обеспечивая идеальное повторение.

Чека захватывает хвостовую часть головки молотка во время ее опускания, когда ключ поднят, и предотвращает его резкое возвращение на каретку и отдых. Хвост изогнут так, чтобы вклиниваться в чеку, никак не заедая. В тот момент, когда каретка начинает подниматься, задний конец ключа поднимает рычаг, соединенный с демпфером вертикальной проволокой, и поднимает демпфер струны. Если зажать клавишу, вибрации продолжаются еще долгое время после удара; но если его отпустить сразу, демпфер задушит их, когда молоток вернется на свое место. Штанга l, проходящая под всеми амортизаторами, поднимается при нажатии громкой педали. Мягкая педаль сдвигает всю клавиатуру на такое расстояние, что молоточки ударяют только по двум из трех струн, отведенных всем, кроме басовых нот, которые имеют только одну струну на каждую или две, в зависимости от их глубина или длина. В некоторых фортепиано мягкая педаль прижимает к струнам специальный демпфер; и третий тип устройства перемещает молоточки ближе к струнам, чтобы они наносили более легкий удар. Эти два метода демпфирования применимы только к пианино.

Фортепиано высокого класса – это результат тщательной обработки. Механизм каждой банкноты должен быть точно отрегулирован с помощью крошечных винтов с точностью до мельчайших долей дюйма. Необходимо следить за тем, чтобы каждый молоточек наносил удар именно в нужное место струны, так как от этого зависит музыкальное значение ноты. Регулировка демпферов требует одинаковой осторожности, и вся работа требует чуткого слуха в сочетании с умелыми механическими знаниями, чтобы инструмент имел легкое прикосновение, силу и уверенность в работе по всей клавиатуре.

КАЧЕСТВО ЗАМЕТКИ.

Если щипнуть две струны, одинаковые во всех отношениях и одинаково натянутые, обе будут давать одинаковую ноту, но обе не обязательно будут иметь одинаковое качество тона. На качество, или тембр, как его называют музыканты, влияет наличие обертонов, или гармоник, в сочетании с основной, или самый глубокий тон струны. Дело в том, что колеблющаяся струна колеблется как целое, но и ее части. Существуют как бы маленькие волны, наложенные на большие фундаментальные волны. Точки наименьшего движения, называемые узлами, образуются на струне, разделяя ее на две, три, четыре, пять и т. д. части, которые в дальнейшем могут быть разделены вспомогательными узлами. Струна, разделенная пополам на один узел, дает первый обертон или октаву основного тона. Он также может вибрировать как три части и давать второй обертон или двенадцатую часть основного тона; и как четыре части, и дают третий обертон, двойную октаву.

Теперь, если ударить по струне в точке, соответствующей узлу, обертоны, которые требуют этой точки для узла, будут уничтожены из-за чрезмерного движения, сообщаемого струне в этом месте. Таким образом, попадание в середину убивает октаву, двойную октаву и т. д.; а попадание в точку на одну треть длины с одного конца задушит двенадцатую и все ее дольки.

Фундаментальную ноту, лишенную всех ее гармоник, трудно получить, и это не повод для сожаления, поскольку это самый неинтересный звук. Чтобы получить богатый тон, мы должны сохранить как можно больше полезных гармоник, и поэтому молоточек фортепиано располагают так, чтобы ударять по струне в точку, которая не мешает лучшим гармоникам, но убивает нежелательные. Производители фортепиано экспериментально обнаружили, что наиболее приятный тон получается, когда точка, по которой ударяется молоточек, составляет от одной седьмой до одной девятой длины проволоки с одного конца.

Характер материала, из которого наносится удар, также имеет значение. Чем тверже вещество и чем острее удар, тем заметнее становятся гармоники; так что рабочему приходится тщательно регулировать как продолжительность удара, так и твердость покрытия молотка.

О книжной серии HackerNoon: мы предлагаем вам наиболее важные технические, научные и познавательные книги, являющиеся общественным достоянием.

Эта книга является общественным достоянием. Арчибальд Уильямс (2009). Как это работает. Урбана, Иллинойс: Проект Гутенберг. Получено https://www.gutenberg.org/cache/epub/ 28553/pg28553-images.html

Эта электронная книга предназначена для использования кем угодно и где угодно, бесплатно и практически без каких-либо ограничений. Вы можете скопировать ее, отдать или повторно использовать в соответствии с условиями лицензии Project Gutenberg, включенной в данную электронную книгу или на сайте www.gutenberg.org< /a>, расположенный по адресу https://www.gutenberg.org/policy/license.html.. эм>