Звук как физическое явление

Звук как физическое явление

Звук - это физическое явление, вызываемое колебаниями упругого тела. Если туго натянутую струну вывести из состояния покоя щипком, смычком или ударом молоточка, то струна начинает колебаться. Эти колебания образуют в воздухе звуковые волны. Воздушная звуковая волна достигает уха и приводит в состояние колебания барабанную перепонку. Колебания барабанной перепонки передаются во внутреннее ухо, раздражают слуховой нерв и вызывают определённое ощущение - яснослышание звука. Звук воспринимается слухом в тот момент, когда нашему сознанию через слуховой нерв передаются звуковые колебательные движения воздуха.

Существующие в природе звуки делятся на музыкальные и шумовые. Музыкальные звуки имеют определённую высоту, которую можно установить с абсолютной точностью. Такие звуки возникают при регулярных (периодических) звуковых волнах (вибрациях). Всякий музыкальный звук можно повторить голосом или на каком-либо музыкальном инструменте.

Шумовые звуки не имеет точной высоты. Они возникают при нерегулярных вибрациях. Можно услышать, ощутить, что шумовой звук является более или менее высоким или низким, но точно определить его высоту невозможно. Например, сравнивая звук большого барабана и медных тарелок в оркестре, воспринимаем звук барабана более низкий, но в точности повторить эти звуки на других инструментах или голосом не можем.

Основное, решающее значение в классической музыке имеют музыкальные звуки. Лишь в отдельных случаях встречаются в музыке и шумовые звуки, имеющие известное выразительное значение (удары барабана или тарелок в оркестре).


Физические свойства музыкального звука и их выразительное значение

Музыкальные звуки отличаются один от другого различной высотой, силой (или громкостью) и тембром. Кроме того, каждый звук имеет определённую длительность.

                1. Высота звука (частота колебаний)

В музыке встречаются различные по высоте звуки. Некоторые из них воспринимаются лёгкими, светлыми, прозрачными, другие - более тяжёлыми, густыми, массивными. Светлые, прозрачные звуки называются высокими, массивные - низкими.

Характер музыки в очень большой степени зависит от высотного звучания. В этом легко убедиться, если сыграть одну и ту же мелодию в разных концах фортепианной клавиатуры: в конце клавиатуры справа, где расположены самые высокие звуки, любая мелодия будет звучать легко и прозрачно, напоминая голоса птиц или звуки пастушьей свирели; в конце клавиатуры слева, где расположены самые низкие звуки, эта же мелодия прозвучит грузно и создаст совершенно иное ощущение. В середине клавиатуры, где расположены звуки средней высоты, эта мелодия прозвучит наиболее тепло, приближаясь по звучанию к высоте человеческого голоса.

Все встречающиеся в музыке звуки можно условно разделить по их высоте на группы. Каждая из этих групп обладает более или менее общим характером звучания и называется регистром. Различаются три регистра: низкий, средний и высокий. Переход из одного регистра в другой совершается постепенно и незаметно, поэтому нельзя указать точную границу между регистрами, но различие регистров - один из важнейших элементов музыкальной выразительности. Создавая музыкальное произведение, композитор выбирает тот регистр, который соответствует наиболее задуманному им образу.

Не случайно, например, в сюите Грига "Пер Гюнт" первая часть - "Утро" - начинается в высоком регистре, а "Смерть Озе" или "В пещере горного короля" - в низком, так как высокий регистр уже сам по себе создаёт нужную для "Утра" атмосферу ясности и света, а низкий регистр подчёркивает скорбное настроение в "Смерти Озе" или тёмный колорит сказочной пещеры горного короля.

По законам акустики(акустика - раздел физики, излагающий учение о звуке)  высота звука зависит от частоты колебаний, то есть от их количества в секунду. Чем больше высота колебаний, тем звук выше. Чем меньше частота колебаний, тем звук ниже. Частота колебаний, в свою очередь, зависит от упругости звучащего тела, например от степени натяжения струны: чем сильнее натянута струна, тем больше частота её колебаний, а следовательно, тем звук выше, и наоборот. При одинаковой степени упругости частота колебаний зависит от длины и толщины струны: чем толще или длиннее струна, тем звук ниже.

Человеческий слух воспринимает звуки, имеющие не менее 16 и не более 20 000 колебаний в секунду. Из них в музыке применяются звуки, имеющие от 16 примерно до 4200 колебаний в секунду.

Низкому регистру соответствуют звуки примерно от 16 до 200 колебаний в секунду, среднему регистру - примерно от 200 до 800. Высокому - от 800 до 4200 колебаний в секунду.

Не воспринимаемые человеческим слухом акустические колебания с частотой ниже 16 колебаний в секунду называются инфразвуком (от латинского infra - ниже, под), а с частотой свыше 20 000 колебаний в секунду - ультразвуком (от латинского ultra - сверх, за пределами).


                2. Сила звука(амплитуда колебаний)

Сила звука зависит от интенсивности колебательного движения. Чем сильнее колебательное движение, тем шире размах колебаний звучащего тела, так называемая амплитуда колебаний. При прочих равных условиях - чем шире амплитуда, тем громче звук, и наоборот: чем уже амплитуда, тем звук слабее. Если коснуться струны и дать ей свободно вибрировать всё тише и тише, так как амплитуда колебаний будет непрерывно уменьшаться. Когда колебания совсем прекратятся, звук исчезнет.

При изменении длины и массы звучащего тела одна и та же амплитуда создаёт звуки различной степени силы. Поэтому, например, для каждого низкого звука рояля употебляются две или три струны для одного звука, так как каждая струна в отдельности звучит слишком слабо, а все ти, звуча одновременно, дают более сильный звук.

Сила звука, как и высота, имеет несомненное выразительное значение. Для передачи различных эмоциональных состояний и для раскрытия музыкальных образов требуется различная степень силы звука. Героические образы требуют мощной, сильной звучности, лирические - мягкой, нежной.


               3. Тембр (окраска звука)

Тембром называется окраска звука, свойственная каждому человеческому голосу и любому музыкальному инструменту. Тембр звука зависти от количества, высоты и силы обертонов(призвуков), неизбежно сопровождающих каждый звук.

Тембр звука, как и его высота и сила, является одним из важнейших средств музыкальной выразительности. Каждый звук, спетый человеческим голосом или взятый на рояле, на скрипке или другом инструменте, обладает индивидуальным тембром, то есть производит на слух особое впечатление, отличающее его от других звуков. Правильно найденная тембровая окраска способствует более яркому раскрытию художественного содержания отдельной музыкальной темы или целого произведения. Так, темы лирические чаще всего поручаются в оркестре стунным инструментам, обладающим наиболее тёплым, выразительным тембром; темы фанфарного, воинственного характера - медным духовым, тембр которых отличается силой и мощью; пасторальные темы - деревянным духовым, например, флейте, напоминающей по тембру пастушью свирель.


           4. Длительность звука (продолжительность колебаний)

Длительность звука как физическое явление зависит от продолжительности колебаний звучащего тела. Если вывести стуну из состояния покоя, то возникший при этом звук прекратится, когда прекратятся колебания. Более продолжительное звучание возможно в том случае, когда состояние колебания непрерывно поддерживается, например, движениями смычка при игре на смычковых инструментах, продолжительностью дыхания при игре на духовых инструментах и т.д.

Длительность приобретает выразительное значение лишь в музыкальном контексте, где смена длительностей образует различные ритмы.