Физика и музыка

Упругость «сверхмягких» тел — газов — в свое время удивляла физиков и служила поводом для горячих споров. Недоумения разрешил Михаил Васильевич Ломоносов. Виновником оказалось беспорядочное движение газовых молекул. Бомбардируя стенку сосуда, вмещающего газ, они создают давление, которое упрямо борется со сжатием.

Итак, наш мир погружен в огромный упругий океан. И именно поэтому наш мир полон звуков.

Хлопком в ладоши вы быстро сжимаете воздух. Он благодаря своей упругости тут же расширяется и сдавливает соседние участки атмосферы. Те, сжавшись, в свою очередь, стремятся расшириться — и все дальше распространяется невидимая волна. А достигнув нашего уха, она ударяется о барабанную перепонку и создает ощущение, которое мы называем звуковым.

Словом, звук есть упругие волны, бегущие в воздухе. Это люди знают давным-давно. Еще две тысячи лет назад римский архитектор Витрувий так точно описал в своей книге распространение звука, что самый строгий из современных учителей физики поставил бы ему пятерку.

Но нас интересует не всякий звук, а только музыкальный. В чем его отличие?

Специалисты говорят: волчий вой и комариный писк — звуки музыкальные, а барабанный бой и стук кастаньет — просто шум.

Барабанщики, конечно, недовольны. Но ничего не поделаешь, такой уж приговор вынесла наука. К музыкальным звукам она отнесла те, которые обладают определенной высотой. И вместе с пением скрипки в эту поэтическую компанию затесался паровозный гудок.

Ну, а как звук становится музыкальным, как он приобретает высоту? Очень просто. Надо, чтобы упругие воздушные волны отправлялись в путь не беспорядочно, а строго «по расписанию». Если воздух пронизывается ровной грядой волн, бегущих друг за другом на равных расстояниях, то ухо слышит непрерывный звук определенной высоты. И чем чаше следуют одна за другой волны, чем они короче, тем тоньше звук. С повышением частоты он от самых низких восходит к самым высоким. О таком подъеме стоит рассказать особо,

СНИЗУ ДОВЕРХУ

Лет тридцать назад в одном из лондонских театров готовилась к постановке пьеса, действие которой по ходу спектакля переносилось в далекое прошлое. Режиссер хотел подчеркнуть необычайную обстановку оригинальным сценическим эффектом. Но каким? К переменам освещения все привыкли, музыка заглушила бы слова актера. И вот физик Роберт Вуд посоветовал использовать инфразвук — сверхнизкий звук, не слышимый человеком, но при достаточной силе создающий, как уверял Вуд, ощущение «таинственности».

Ученый собственноручно изготовил источник инфразвука— громадную органную трубу. И на очередной репетиции ее опробовали. «Последовал неожиданный эффект, — вспоминает журналист-очевидец, — вроде того, который предшествует землетрясению: задребезжали окна, зазвенели стеклянные люстры. Все старинное здание начало дрожать, ужас прокатился по залу. Пришли в смятение даже жители соседних домов».

Режиссер, понятно, испугался и распорядился, чтобы «такую-сякую» органную трубу немедленно выкинули.

Случай в лондонском театре — единственная попытка использовать инфразвуки в искусстве. Науке же они служат исправно. Есть приборы, способные чутко улавливать инфразвуки. С помощью таких аппаратов геофизики предсказывают штормы на море, изучают подземные толчки.

Наинизший из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он извлекается органом. Но применяется не часто — слишком уж басовит. Разобрать и понять его трудно.

Зато 27 колебаний в секунду — тон вполне ясный для уха, хоть тоже редкий. Вы услышите его, нажав крайнюю левую клавишу рояля.

Следующий любопытный тон — 44 колебания в секунду, абсолютный «нижний» рекорд мужского баса, поставленный в XVIII веке певцом Каспаром Феспером. В наши дни такой звук берет англичанин Норман Аллин.

Поднимаемся дальше. Вот 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, а женские контральто,

А еще октава вверх — и мы попадаем в тот участок диапазона, который буквально «кишит» музыкой. Тут работают почти все голоса и музыкальные инструменты. Недаром именно в этом районе акустика закрепила всеобщий эталон высоты тона, тот самый, что каждую пятницу передается по радио: 440 колебаний в секунду («ля» первой октавы). Это как бы гвоздь, намертво закрепивший всю систему музыкальных тонов для настройки инструментов, игры, нотной записи.

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 да такие универсалы, как орган, рояль, арфа. И полновластными хозяйками выступают здесь звонкие сопрано.