О некоторых свойствах музыкального звука

По радио, телевидению, с эстрады концертных залов все чаще мы слу­шаем музыку, исполняемую на электромузыкальных инструментах. Электро­музыка обязана своим появлением терменвоксу, построенному в 1921 г. совет­ским инженером и музыкантом Л. С. Терменом. Терменвокс — бес клавишный и безгрифовый электромузыкальный инструмент. В нем применены методы бесконтактного управления высотой и громкостью звука. Первый грифовый электромузыкальный инструмент появился в нашей стране в 1922 г., а первый клавишный — в 1937 г.

Все чаще стали демонстрироваться на выставках цветомузыкальные уста­новки — устройства цветного сопровождения музыкальных произведений. Что же касается самой идеи цветомузыки, то она значительно «старше электрому­зыки».

Сейчас электромузыка и цветомузыка стали увлечением многих радиолю­бителей. Не исключено, что они «втянут» и тебя. И если случитсч именно так, то эта беседа поможет тебе сделать первые шаги в этой увлекатель­ной области радиоэлектроники,

Начнем с элементарной музыкальной грамоты.

Любой звук, в том числе и музыкальный, прежде всего, характеризуется высотой. Высота музыкального звука зависит от геометрических размеров того вибратора, который создает этот звук. Наиболее распространенными вибра­торами являются струны рояля, пианино, скрипки, гитары и других струнных музыкальных инструментов. Если тебе приходилось заглядывать внутрь рояля или пианино, то ты не мог не заметить, что их струны, создающие наиболее высокие звуки, значительно короче и тоньше струн ссылающих наиболее низ­кие звуки.

Рис. 299. Опыт со струной.

Проведи такой опыт. Вбей в доску длиной около метра два гвоздя и натяни между ними тонкую стальную проволоку, рыболовную леску или прочную нитку (рис. 299). Оттяни слегка струну и отпусти. Она, колеблясь, создаст звук. Запомни высоту этого звука. Теперь найди точно середину струны, подставь под ней в этом месте какой-либо небольшой твердый предмет и зас­тавь колебаться одну из половинок струны. Что получилось? Звук, созданный половиной струны, очень похож на звук всей струны, но он более высокий. Ты вдвое сократил геометрические размеры струны. При этом высота звука тоже удвоилась.

Частотный интервал между двумя такими звуками называют октавой. Он получается при изменении частоты звуковых колебаний вдвое. Числом октав оценивают диапазоны звуковых частот музыкальных инструментов, голоса людей, певчих птиц. Звуковой спектр пианино, например, 7 1/2 октавы. Середина клавиатуры этого музыкального инструмента показана на рис. 300. Это пер­вая октава. Она начинается со звука «до» и кончается звуком «си». Вверх от этой октавы (на рис. 300 — вправо) идет вторая октава, за ней третья, четвертая и неполная пятая октавы, а вниз (на рис. 300 — влево) — малая октава, большая октава, гонтроктава и несколько клавишей субконтроктавы. Всего, таким образом, более семи октав, охваты­вающих диапазон звуковых частот примерно от 25 до 4000 — 4500 Гц. Факти­чески же верхний участок диапазона звуковых колебаний, возбуждаемых пианино или роялем, значительно больше — за счет гармоник звуковых колебаний ос­новных частот.

Рис. 300. Звуки первой октавы и ее частотный диапазон.

В каждой октаве двенадцать клавиш. Из них семь белых, соответствую­щих звукам «до», «ре», «ми», «фа», «соль», «ля» и «си» и пять черных, соответствующих звукам «до диез» («ре бемоль»), «ре диез» («ми бемоль»), «фа диез» («ля бемоль») и «ля диез» («си бемоль»). Струна каждой клавиши настроена на строго определенную частоту колебаний. На рис. 300 частоты колебаний струн первой октавы указаны на клавишах и возле них. Посмотри на эти цифры. По ним можно судить о частотах звуков любой другой октавы. Ведь частоты звуков каждой октавы в два раза больше или меньше частот звуков соседней октавы. Так, например, частота звука «си» первой октавы в два раза больше частоты звука «си» малой октавы, а частота звука «до» первой октавы в два раза меньше частоты звука «до» второй октавы.

При настройке музыкальных инструментов за эталон принят звук «ля» пер­вой октавы. Частота колебаний вибраторов, создающих этот звук, равна 440 Гц. Подсчитай, какова должна быть частота «ля» других октав звукового диапазона.

Источником звука может быть головка громкоговорителя, к которой подво­дят переменное напряжение, например, от генератора звуковой частоты. А если частоту колебаний этого генератора звуковой частоты изменять плавно или скачкообразно? Тогда также плавно или скачкообразно будет изменяться высота звука, создаваемого головкой громкоговорителя. Этот принцип и лежит в ос­нове работы электромузыкальных инструментов.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель