Акустика музичних інструментів, і людського голосового апарату

Акустика музичних інструментів, і людського голосового аппарата

Общие поняття про музичні інструменти

§ 1. Кожен музичний інструмент, незалежно з його устрою, може полягати переважно з таких головних частин:

а) із в у год, а щ е р от е л, а — більшості інструмента, издающей звук. Іноді її називають латинським словом у і б р, а т про р, маючи на увазі у своїй тіло, яке збуджує звукові хвилі у навколишній нас повітряної середовищі. Порушення цих хвиль може статися або шляхом безпосередньої передачі, або з участю проміжних випромінювачів звуковий енергії;

б) в про із б у буд тощо е л до про л е б, а зв і і значущості тіла. Для передачі енергії озвученому тілу й у порушення його коливань у часто застосовуються більш-менш складні механізми. Їхнє влаштування і форма варіюють, в залежність від способу порушення коливань з природою значущості тіла;

в) у сек. і л тощо е л я р р про м до про з т і із в у до а, необхідного в усіх отих випадках, коли віддача енергії значущості тіла оточуючим його масам повітря занадто низька. Найчастіше це відбувається тоді, коли звучить тіло має малу поверхню чи обсяг. У разі коливання значущості тіла мають бути передані іншому тілу, має велику поверхню чи обсяг, яку з’явиться переважним випромінювачем його коливань в навколишнє повітряний простір.

Применение твердих поверхневих випромінювачів необхідно задля всіх струнних інструментах; в таких випадках найзручнішим виглядом випромінювачів є резонансні деки, які становлять платівки з якогось пружного матеріалу (найчастіше дерева). У тих випадках, коли звучить тіло саме собою має велику поверхню (платівки, перетинки), не потрібно при застосуванні додаткових випромінювачів коливань.

Поверхностные випромінювачі звуковий енергії застосовують у всіх звуковідтворювальних інструментах та прилади (патефон, грамофон, електричні воспроизводители звуку — гучномовці тощо. п.). Bo всіх таких випадках випромінювачем звуку в атмосферу є коливання платівка чи мембрана. Якщо поверхня такої платівки мала, як, наприклад, в мембрані грамофона чи фонографа, то тут для посилення видаваних нею звуків застосовують розтруби; у тих-таки випадках, коли чомусь небажано чи неможливе застосування розтрубів, випромінюючу поверхню що хитається платівки роблять досить великий. Такі платівки зазвичай називають диффузорами.

Для здобуття права випромінювач звукових коливань міг добре виконувати свою яке посилює призначення, необхідно, щоб було хорошим множинним резонатором, т. е. щоб він міг більш-менш рівномірно реагувати на коливання різноманітних частот, вироблені голос якого лунав тілом, і більше більш-менш рівномірно віддавати в оточуючі маси повітря. Тому, хоча у ролі випромінювачів і застосовують тіла, подібні формою я конструкції з виконуваними тілами, але, на відміну останніх, їх споруджують в такий спосіб, чи ставлять у такі спеціальні умови, що вони наскільки можна або не мали яскраво виражених власних частот коливань не більше того діапазону частот, що вони призначені посилювати і випромінювати.

Излучатели звукових коливань, як свідчить практика, зазвичай, у більшої або меншої ступеня беруть участь й у освіті тембру випромінюваних звуків. Їх фізичні властивості сприяють зміни форми звуковий хвилі, випромінюваної голос якого лунав тілом. Регулюючи пристрій випромінювачів, ми маємо кошти управлінню не лише гучністю звуку музичних інструментів, а й їхні тембрами.

§ 2. Существеннейшей частиною кожного музичного інструмента є одна чи кілька лунаючих тіл.

В музичні інструменти застосовуються тверді і газоподібні звучать тіла (повітря). Хоч і рідкі звучать тіла, але, через практичних незручностей, за її використанні, де вони можуть знайти застосування у тій музичній практиці.

Все різноманітні звучать тіла, залежно від своїх матеріалу, форми і акустичних особливостей, чеський фізик Ернст Хладни поділив втричі основні категорії:

1. Тіла, пружні внаслідок своїм природним твердості і форми; вони вимагають попереднього натягу чи стискування у тому, щоб отримати здатність видавати звук. Такі тіла ми надалі називати самозвучащими тілами. Вони може мати різноманітну форму (бруски, стрижні, платівки плоскі і вигнуті як судин, трубок тощо.).

Обычно такі тіла застосовують у вільно підвішеному стані, або ж становищі, у якому вони спираються на деякі крапки й яке впливає їх здатність коливатися.

Иногда застосовується часткове закріплення таких лунаючих тіл, певною мірою котре обмежує свободу їх коливань. Це стосується, наприклад, до тонким пружним стержням і подовженим пластинкам (язычкам), які у тому, що вони могли видавати необхідні музичні звуки, зміцнюються з одного боку, а другий кінець залишається вільним. За такої способі часткового закріплення, як це ми побачимо з подальшого, такі самозвучащие тіла набувають особливі акустичні властивості.

Такие частково закріплені самозвучащие тіла ми надалі називати полусамозвучащими.

2. Тіла, стають пружними внаслідок натягу, якому їх піддають. Від ступеня натягу, за інших рівних умов, залежить частота їх коливань, т. е. висота їхнього звуку. Тіла цієї групи мають форму або з великим переважанням одного просторового протяги над двома іншими (струни), або з великим переважанням двох просторових протяжений над третім (перетинки, мембрани). У результаті таких особливостей форми вони мають здібності, подібно самозвучащим тілах, коливатися видавати музичні звуки у вільному чи полусвободном стані.

3. Тіла, стають пружними внаслідок процесу стискування. На відміну від перших дві групи, де звучать тіла є твердими, тіла цієї групи — газоподібні. Так само як переважно повітря, що наповнює трубки духових музичних інструментів.

§ 3. Усі існуючі способи порушення лунаючих тіл можна звести, переважно, до наступним трьом способам:

а) У буд, а р чи т про л год про до. Такий спосіб характеризується миттєвим додатком і передачею енергії озвученому тілу, з наступним наданням йому повної чи відносної волі коливань. Віддача енергії в навколишнє повітряний простір та інформаційний процес внутрішнього тертя у вихідному матеріалі значущості тіла призводять до поступового зменшенню амплітуди його коливань, т. е. до загасанню останніх (як це ми спостерігаємо в струні фортепіано, дзвоні тощо. п.). Газоподібні звучать тіла порушуються швидко такими друг за іншому періодичними поштовхами; у своїй виникає більш-менш тривале вимушене до того ж незатухаюче коливання значущості тіла;

б) Щ і п про до чи із, а ц е п л е зв і е. Такий спосіб порушення, характеризується зачепленням значущості тіла будь-яким предметом, поступовим виведенням його з становища рівноваги і раптовим його визволенням, застосуємо лише до деяких видів твердих лунаючих тіл (струни, стрижні, язички);

в) Т р е зв і е. Такий спосіб порушення можна зводити до ряду періодично повторюваних зацеплений і звільнень значущості тіла, що у ритмі його звуковий частоти. На противагу защипыванию, після якого звучить тіло отримує свободу коливань, при порушенні тертям які б збуджували тіло залишається у тісному поєднанні з голос якого лунав тілом протягом усього періоду порушення. Порушення тертям застосовно як до твердим голос якого лунав тілах, де підвищення зчеплення між збудником і вібратором часто застосовують липкі і легкоплавкие сполучні речовини, і до газоподібним, де вона використовують у про свистячих, чи лабиальных інструментах.

Все зазначені способи порушення лунаючих тіл і які під час цьому коливальні процеси можна охарактеризувати так.

В тому випадку, коли енергія підводиться до озвученому тілу у вигляді однократного імпульсу (удар, поштовх, зачеплення) і це після цього отримує свободу, воно починає здійснювати що вільні та затухающие коливання, поступово витрачаючи сообщенную йому енергію подолання опору раскачиваемого повітря, на тертя поза і усередині .самого тіла, в розвитку у ньому теплоти, на віддачу частини енергії в точках закріплення чи зустрічі з іншими здатними коливатися тілами. У таких випадках тіла дають звуки, найгучніші в останній момент виникнення і більше більш-менш швидко затухающие. Приклади — все ударні і щипкові струнні музичні інструменти.

Иная картина виходить, коли до коливному тілу енергія підводиться безупинно і довго, малими порціями під час кожного коливання, поповнюючи втрати енергії, що відбуваються внаслідок природного їх загасання. Коливання тоді набувають постійну амплітуду і робляться незатухающими, триваючими впродовж усього у той час часу, коли до озвученому тілу підводиться енергія. Надходження енергії тут управляється механізмом, властивим самої колебательной системі, і генератор, що йде для підтримки коливань, становить невід'ємну частину цієї системи.

Такие системи називаються автоколебательными, а совершающиеся у яких коливання — автоколебаниями. Прикладом автоколебательных систем є: смичкові струнні інструменти, все духові музичні інструменти, рече-голосовой апарат чоловіки й багатьох інших механізми.

Особым випадком є підбиття сили змінного значення до множинним резонаторам, як це ми бачимо у сприйнятті сучасних гучномовцях, грамофоні, телефоні тощо. п. Тут спостерігається деяка зовнішня схожість із вищеописаними автоколебательными системами, що виражається у цьому, що вібратор зазвичай коливається протягом усього у той час, коли щодо нього підводиться коливальна енергія, і може, зокрема, здійснювати невщухаючі коливання. Проте корінним відзнакою таких коливальних систем від якихось справжніх автоколебательных систем і те, що вібратор не управляє підбиттям щодо нього енергії, що йде на порушення та підтримка коливань, не входить до складу колебательной системи, а є від неї механізмом. Тоді, як і справжніх автоколебательных системах вібратор бере активну участь у створенні і розподілі колебательной енергії, в описаних системах — вібратор є тілом пасивним, слухняно виконуючим будь-які руху, відповідно до силами, подводимыми щодо нього ззовні й организуемыми без його.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.