Фізика музичних інструментів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство загальної та професійної
Освіти Свердловської області.
Управління муніципального освіти м. Качканар.
МОУ «Середня загальноосвітня школа № 7».
Освітня область:
Природознавство
Предмет: фізика
Фізика клавішних музичних інструментів
Виконавець:
Загвозкіна Олена Сергіївна
учень 10 Б класу,
ОУ № 7, м. Качканар
Науковий керівник:
Гулідова Ганна Юхимівна
вчитель фізики МОУ № 7
Качканар
2006

Зміст
\ T "заголовок 1 рівня; 1; заголовок 3 ур; 3; заголовок 2 рівня; 2" ВСТУП. 3
1. ОСНОВНА ЧАСТИНА 5
1.1. Клавішні музичні інструменти 5
1.2. Що таке звук? 20
1.3. Музичний звук 21
1.4. Характеристики звуку 23
1.4.1. Гучність звуку (інтенсивність) 23
1.4.2. Тембр (спектральний склад) 24
1.4.3. Тривалість звуку 24
1.4.4. Висота звуку (частота) 25
1.4.5. Мажорна гама 26
1.4.6. Музичний інтервал 27
1.5. Поширення звуку 27
ВИСНОВОК 29
Список літератури 30

ВСТУП
Музика дуже багатогранна. Це цілий світ звуків: цокання годинника і гул моторів, шелест листя і завивання вітру, спів птахів і голоси людей. Споконвіку наша земля була гігантської музичної майстерні та концертної естрадою. У будь-якій глухомані людина співав, грав, виробляв те, що свистить, гуде, гримить. Це було потрібне як повітря, бо музика допомагала йому у праці, прикрашала радість, полегшувала печаль. Музика зближувала, ріднила, об'єднувала людей. Вона всюди. Без неї не можна. За старовинним віруванням, музика не тільки насолода, а й причина подій. Вона здатна викликати сонце і втопити хліб в дощах.
Але що ж видає музику? Це безліч музичних інструментів. Я вирішила зупинитися на клавішних, тому що вони володіють барвистим різноманіттям звучання, яке дозволяє особливо яскраво втілювати будь-які образи - від картин природи і подій суспільного життя до найтонших відтінків людських переживань. Але не тільки це зацікавило мене в клавішних інструментах, було цікаво розібратися в їх пристрої, в історії походження, в тому, як вони виникли і вдосконалювалися. Дійсно, зараз, наприклад, на фортепіано грає майже кожен третій учень. Але навряд чи хтось з них хоча б раз замислювався, чому при натискання клавіші виникає звук і звідки він взагалі береться. Але ж при натисканні тільки однієї клавіші, тим більше під час виконання будь-якого твори, всередині інструменту відбувається безліч процесів, сотні процесів, які напряму пов'язані з фізикою. Саме тому я вирішила розглянути пристрій фортепіано з точки зору фізики. Тим більше, що я займалася і вчилася грі на фортепіано, що більше привернуло мене до цієї роботи. Таким чином, я поставила перед собою мету:
Розібратися в фізичні основи дії клавішних інструментів. І дослідити за допомогою комп'ютера характеристики звуків фортепіано.
1. Вивчити історію виникнення клавішних інструментів.
2. Розібратися в поняттях звук і музичний звук.
3. Розібратися в характеристиках музичного звуку та дослідити їх на дослідах, за допомогою фортепіано та комп'ютера.

1. ОСНОВНА ЧАСТИНА
1.1. Клавішні музичні інструменти
Клавікорд
Клавікорд - це найперший клавішний інструмент. Дослівно перекласти цю назву можна як клавішеструннік. Історія першого клавішеструнніка почалася в ХI ст. з інструменту з дивною назвою англійська шахова дошка. Відомостей про нього збереглося дуже мало, в основному здогадки і припущення. Одні вважають, що на кришці інструмента була зображена шахова дошка, щоб використовувати його не тільки для музикування. Інші припускають, що чергування коротеньких чорних і білих клавіш нагадувало клітини шахової дошки, а треті висловлюють думку, що сталася плутанина в словах, одне слово з плином часу стали приймати за інше, і поняття шахова мало раніше інший сенс, ніяк не відноситься до шахів.
Як була влаштована англійська шахова дошка? Точно цього не знає ні хто. Одні вважають, що цей інструмент був конструктивно не дуже вдалий, тому він і поступився місцем клавікорд. Інші вважають, що невдалим було тільки думки, будемо вважати клавікорд перший клавішеструнніком. Це був дійсно чудовий інструмент, надзвичайно простий і в той же час володіє ніжним сріблястим звучанням. Кілька століть він тішив слух людей самих різних станів. Вже з'явився клавесин, ще пізніше - фортепіано, а клавікорд все ще витримував конкуренцію, і багато хто волів слухати його, настільки зачаровують були звуки.
Давайте прослідкуємо його історію. Отже, до одного з многострунніков, нащадків монохорда, пристосували клавішний механізм. Його пристрій було дуже простим. До кінця кожної клавіші кріпився вертикальний латунний стрижень - тангент. Його верхній кінець піднімався, б'ючи по струні знизу, і залишався притиснутим до неї весь час, поки клавіша була натиснута. Варто було музикантові підняти палець, як тангент своєю вагою опускав клавішу, і вона займала початкове положення.
Струна розташована над ним. Якщо натиснути клавішу, тангент піднімається і вдарить по струні.
Всі струни Клавікорда спочатку були абсолютно однаковими я навіть налаштовувалися однаково. А різні звуки від різних клавіш виходили ось як. Тангент, витягуючи звуки, одночасно ділив струну на дві частини - звучну і не звучить. Музика, що частина, природно, залишалася вільною, а не звучить приглушувався. Співвідношення цих частин при натисканні різних клавіш була неоднаковою, тому й звуки виходили різними по висоті: чим коротше звучна частина, тим вище звук.
Механізм приглушення частин струн, які не повинні були звучати, був дуже простим. Після налаштування ту частину струни, яка не мала звучати, обплітали поблизу кінця суконної смужкою або іншим приглушаючими матеріалом. Коли планка опускалася, і тангент відокремився від струни, глушник відразу ж діяв по всій довжині струни, і вона замовкала.
Майстри, які будували клавікорди, йшли на деяку хитрість: використовували одну струну для двох або трьох клавіш: тангенти цих клавіш вдарили її у різних місцях, і звуки виходили різними. Так вдавалося робити клавікорд компактніше - у ньому було вдвічі або навіть втричі менше струн, ніж у клавесині. Клавікорд - інструмент багатоголосий, тобто здатний одночасно видавати кілька різних звуків. Але якщо кожна струна призначена для трьох клавіш, то при одній натиснутою дві інші приречені на бездіяльність.
У старовинних клавікордах кожна струна була розрахована на кілька звуків, у даному випадку - на три. На нижньому малюнку натиснута середня клавіша з трьох. Якщо натиснути ліву клавішу, звучна частина струни буде довшим, а значить, звук нижче. При натисканні правої клавіші звук буде вище.
Багатоголосся виходило не цілком вільним. І в кінці XVII ст. стали робити клавікорди, в яких число струн було дорівнює кількості клавіш. Оскільки кожна клавіша керувала тепер власної струною, з'явилася можливість варіювати в одному інструменті довжину, товщину і матеріал струни, підбирати для кожного звуку найбільш підходящі.
Тут доречно коротко розповісти про історію струни. Перші струни, що з'явилися ще в кам'яному столітті, не відрізнялися від тятиви лука. Вони робилися з деревного волокна, жив і волосу тварин. Коли люди навчилися виробляти шовк, цей досить міцний і еластичний матеріал теж став використовуватися для виготовлення струн. Шовкові струни звучали тихо, але приємно.
Металеві струни спочатку були мідними і латунними. Їх не можна було сильно натягувати, тому що вони рвалися. А звук слабо натягнутих струн був дуже тихим і швидко затухав. І тільки в XVII ст. навчилися виробляти сталеві струни. Потім деякі з них стали обвивати латунної або мідної канителлю, що робило товсту струну більш пружною, збільшувало тривалість звучання і поліпшувало тембр.
На перших клавікордах встановлювалися латунні струни, пізніше з'явилися сталеві.
Зовні клавікорд представляв собою невисокий ящик, який музикант під час гри ставив на коліна. Потім його почали встановлювати на столі або на спеціальній підставці. А ще пізніше інструмент знайшов власні ніжки. Але до самого останнього часу його існування можна було зустріти клавікорди дуже різних розмірів. Найменші були завбільшки з книгу. Вони володіли діапазоном в одну октаву, і цього вистачало для нескладних мелодій. Великі інструменти мали великий діапазон - до чотирьох з половиною октав. Всі інструменти прикрашалися розписом, інкрустацією або ажурною різьбою, мозаїчним орнаментом.
Від подальших клавішно-струнних інструментів клавікорд відрізнявся головним чином своїм звучанням. І ще одним: музикант не втрачав зв'язку зі струною після того, як клавіша була натиснута. Можна було ще трохи покачати її, від чого тангент ковзав по звучала струні, надавав її голосу вібруючий відтінок, можна було послабити натискання і знову натиснути сильніше - від цього теж змінювався характер звучання. Ні клавесин, ні фортепіано такої можливості не надають.
Може бути, і був би живий клавікорд до цих пір, якщо б не дуже тихий звук. Тут він не витримував конкуренції ні з клавесином, ні тим більше з фортепіано, хоча досить довго ще продовжував існувати пліч-о-пліч зі своїми молодшими побратимами. Зараз клавікорд можна побачити лише, в музеї, але там не тільки грати, але і доторкатися до нього не можна. Надія почути його все ж таки залишається. Повертається в концертні зали клавесин, ми знову почули лютню, і вже робляться спроби повернути клавікорд, щоб виконати твори, написані спеціально для нього.
Клавесин
Вже на перших порах, в XV-XVI ст., Клавесин сильно відрізнявся від клавікорда. Замість латунних тангент майстри встановили на задніх кінцях клавіш вертикальні дерев'яні брусочки з пір'їнками вгорі. Пір'ячко змушували звучати струну вже не ударом, а щипком. Інструмент став володарем більше гучного голосу, змінився і характер звучання. Кожна клавіша мала власну струну!
Щоправда, перші клавесини були недосконалими, але мало-помалу чітко виявилося їх основна перевага: можливість музикування у великому залі. У ХV ст. клавесин вже широко поширився в багатьох європейських країнах. Але ще років двісті після цього навколо клавесина і Клавікорда розпалювалася запеклі суперечки. Одні вважали, що клавесин в порівнянні з клавікордів сухуватий і грубуватий, що він не дає музикантові можливості грати виразно і показати все своє мистецтво. Інші говорили, що майбутнє все-таки за клавесином. І ті, і інші мали серйозні підстави для своїх тверджень.
Скільки б не говорили триста років тому про швидку загибель Клавікорда, а він випускався ще на початку ХХ ст. Скільки б не говорили про те, що клавесин ніяк не замінить клавікорд, а він став одним з найважливіших явищ музичної культури. Щоправда, шляхи цих двох інструментів розійшлися. Клавесин став в основному концертним інструментом, його життя рясніла подіями, після яких він поліпшувався, оновлювався, ставав досконаліше.
Струна в клавесині після щипка звучала вся цілком, не ділячись, як у Клавікорде, на робочу і неробочу частини. На перших клавесинах встановлювалися жильні струни, пізніше з'явилися сталеві.
Володів клавесин абсолютно новим у порівнянні з клавікордів конструктивним елементом - гнучкою дерев'яною декою, яка, резонуючи, посилювала і облагороджує звучання струн. Вже потім деку перейняли у клавесина і деякі клавікорди.
Багато експериментували майстри з пір'ям, які змушували звучати струну. Спершу це були пір'ячко в буквальному сенсі; заточені шматочки стовбурів воронячих або індичі пір'я. Потім пір'ячко стали робити зі шкіри, а ще пізніше - з латунних і сталевих пластинок. Характер звуків виходив іншим, а крім того, інструмент став не таким примхливим: стовбур воронячого пера, як і пера будь-який інший птиці, дуже швидко псувався від настільки невластивою йому роботи, шкіряні пір'ячко трималися набагато довше, а металеві і зовсім майже не зношувалися.
Удосконалювалася і конструкція дерев'яного брусочки, що заміняв тангент клавікорда. Зверху він став оснащуватися глутпітелем, який у момент відпускання клавіші лягав на струну і припиняв її коливання. Майстри продумали і зворотний хід пір'їнки: воно за допомогою спеціального пристосування легко обминало струну і не викликало подвійного звуку.
Чимало попрацювали майстра над тим, щоб змусити інструмент звучати сильніше. Стали ставити подвійні, потрійні потім, навіть четверні струни для кожної клавіші.
Як і клавікорд, клавесини робилися самих різних розмірів. У великих інструментах неоднакова довжина струн диктувала і форму корпусу - інструмент все більше ставав схожим на сучасний рояль. А в малих клавесинах, які мають всього двома-трьома октавами, різниця довжин струн була не такою великою, і корпус залишався прямокутним. Щоправда, ці клавесини були маленькими тільки в порівнянні з повними концертними інструментами, а самі, у свою чергу, здавалися велетнями поруч з крихітними клавесина, які оформлялися у вигляді скриньок, скриньок, книг. Але іноді майстра не вдавалися до жодних хитрощів, а робили просто маленькі інструменти. Діапазон їх зазвичай не перевищував півтори октави.
Стрибун клавесина з медіатором і глушителем. А - клавіша не натиснута, глушник лежить на струні. Б - натиснута клавіша підштовхнула стрибун догори, медіатор по дорозі защіпнул струну, вона зазвучала. В - клавіша відпущена, стрибун опускається на місце. Медіатор знову стосується струни, але тепер вже не защипують її, а плавно огинає, т. к. рухому частину стрибуна легко відхиляється струнної. Г - стрибун став на своє місце, глушник ліг на струну, пружина повернула медіатор у вихідне положення.
Великі ж клавесини ставали ще більше в результаті постійних пошуків музичних майстрів. Переконавшись, що струни і пір'ячко з різних матеріалів дають різний тембр, клавесинні майстри намагалися поєднати всі знахідки в одному інструменті. Так з'явилися клавесини з двома, трьома клавіатурами, розташованими одна над іншою. Кожна з них керувала своїм набором струн. Іноді клавіатура залишалася одна, але спеціальними важелями переключалася на різні набори струн. Один набір міг складатися з жильних струн інший - зі сталевих одинарних, третій - із сталевих здвоєних або прибудованих. Так вносили різноманітність у тембр.
Історія зберегла відомості про унікальні інструментах. Італійський композитор і теоретик музики Вічентано, наприклад, сконструював клавесин взагалі без клавіатури! Цікавий інструмент побудували амстердамські майстра. Як би на противагу суперечок між прихильниками клавесина і Клавікорда вони об'єднали ці два інструменти в одному корпусі. Праворуч розміщувалася клавіатура Клавікорда, ліворуч - клавесина. Один музикант міг чергувати у своїй практиці обидва інструменту, але можна було сісти вдвох і зіграти дуетом на Клавікорде і клавесині. (Пізніше точно так само був створений інструмент, що поєднує клавесин і фортепіано.)
Але як не старалися майстри, вони не могли подолати основний недолік клавесина - його одноманітне по гучності звучання. Гучність звуку залежала не від того, з якою силою музикант ударяв пальцем по клавіші, а від пружності пір'їнки, защипують струни. Вправні музиканти могли взяти звук трохи тихіше, але такий невеликої різниці в силі звучання вже не вистачало. Були скуті й композитори. У нотах музичних п'єс, призначених для клавесина, вони не могли вказати "фортіссімо", тобто "Дуже голосно", тому що звали, що голосніше якогось середнього рівня клавесин звучати не може. Не могли вказати "піано" і тим більше "піаніссімо", ті. "Тихо" і "дуже тихо", тому що знали, що на такі нюанси цей інструмент теж не здатний. Клавесини забезпечувалися двома і навіть трьома клавіатурами та комплектами струн, різними і за тембром, і по гучності, так що два різних музичних пропозиції можна було грати з різною гучністю, однак всередині пропозиції звуки були одноманітними.
Фортепіано. Історія виникнення
Назрівала ідея нового інструменту, який зберіг би всі достоїнства клавесина, а точніше, клавішеструнніка взагалі, але додатково став би більш слухняний то енергійним, то м'яким рухам пальців музиканта. Інакше кажучи, міг би як завгодно гнучко звучати і "форте", і "піано". Чи варто дивуватися, що новий інструмент, який втілив в собі цю головну ідею, так і став називатися - фортепіано?
Проте відразу треба сказати, що повністю завдання, яке було поставлено старими майстрами, не вирішена до цих пір. Так, народився новий клавішеструннік, але це був інший інструмент, в тембрі звучання якого інструмент, до якого потрібно було звикати заново.
Зазвичай історію фортепіано виводять за такою простою схемою: клавікорд - клавесин - фортепіано. Але ця схема говорить більше про вік кожного клавішеструнніка. дійсно, раніше всіх з'явився клавікорд, потім клавесин, а наймолодший інструмент - фортепіано. Однак, якщо ми відкинемо хронологію і візьмемо до уваги пристрій головного вузла, який передає механічний рух з клавіші на струну, то переконаємося, що попередником фортепіано був не клавесин, а клавікорд. У Клавікорде і фортепіано відбувається удар по струні, а в клавесині струна защипують. Правда, цей головний вузол став у фортепіано дуже складним, ніяк не схожим на тангент Клавікорда, але принцип залишився тим самим - удар по струні. Тому і клавікорд, і фортепіано можна класифікувати як струнно-клавішно-ударний інструмент, а клавесин - як струнно-клавішно-щипковий.
Винахід фортепіано прийнято пов'язувати з ім'ям флорентійця Бартоломео Крістофорі. Але коли ідея носиться в повітрі, її втілюють майже одночасно і незалежно один від одного різні люди. Так сталося і з фортепіано. У Франції Жан Маріус, в Німеччині Готліб Шретер запропонували свої конструкції нового інструменту.
Перші інструменти були настільки недосконалими, що про негайне і беззастережне їх визнання не могло бути й мови Жан Марнус, наприклад, не передбачив глушники для струн, і під час гри звучання зливалося в суцільний гул. У інструменту Шретера все було навпаки: струни заглушалися так швидко, що не виходила співуча мелодія. Інструмент Крістофорі виявився більш вдалим, та й публіці був продемонстрований раніше.
Бартоломео Крістофорі працював охоронцем в реставратором музею музичних інструментів у палаці флорентійського герцога Медічі. Одного разу гостям герцога оголосили, що їх чекає сюрприз: винайдене Крістофорі фортепіано. Але очікуваної радості не вийшло. Фортепіано гостям не сподобалося - його звучання здалося надто грубим в порівнянні з клавікорди і клавесином. Навряд чи хто-небудь з гостей міг припустити, що присутнім при народженні інструменту, яким уготовано настільки блискуче майбутнє.
Не будемо звинувачувати вельможних візитерів герцога у відсутності смаку. Звучання перше фортепіано, продемонстрованого в 1709 р ., Дійсно було грубим. Хоча інструмент був здатний навіть в одній музичній фразі видавати те дуже тихі, то гучні звуки, самі звуки були маловиразними. Тому в Італії експеримент так і залишився експериментом. Фортепіано було забуто тут на багато десятиліть, та й потім з великими труднощами знаходило популярність.
Більше пощастило новому інструменту в Німеччині. Музичний майстер Готфрід Зільберман, що тримав у Дрездені клавесинную фабрику, налагодив виробництво фортепіано. Ці інструменти звучали вже краще перших моделей, але до більш-менш прийнятних їм було ще далеко. Багато композитори в виконавці того часу відгукувалися про фортепіано несхвально. Зільберман показував один зі своїх інструментів Йогану Себастьяну Баху, але очікуваної похвали не отримав. Бах відверто сказав, що фортепіано звучить грубо і примітивно. Правда, коли через двадцять років Зільберман знову продемонстрував свої кращі зразки, великий маестро висловився значно більш м'яко. Тим не менш, фортепіано мало-помалу прокладало собі дорогу до визнання, хоча майже сто років не могло конкурувати ні з клавікордах, ні з клавесином.
Принципова новизна фортепіано полягала в тому, що по струні ударяв молоточок, пов'язаний з клавішею. Забувати про клавіші не можна, тому що просто удар молоточком по струнах був відомий і раніше, - так грали, наприклад, на цимбалах. Музикант тримав у кожній руці по молоточку і бив ними по струнах, натягнутим над дерев'яним резонатором. Зрозуміло, що цимбаліст здатний витягти одночасно лише два звуки, а музикант. Граючий на фортепіано десятьма пальцями, - більше.
Молоточок був пов'язаний з клавішею не так жорстко, як тангент в Клавікорде або стійка з пір'їнкою в клавесині, між ними були ще в деталі-посередники. Після натискання на клавішу молоточок ударяв по струні і відскакував, не чекаючи, поки клавіша буде відпущена. Причому сила удару залежала від того, м'яко або енергійно натискалася клавіша. Ця новизна дуже значна, саме вона дала життя фортепіано. Все інше - корпус, рама. Струни, колки, дека - було запозичене у клавесина, у всякому разі, на перших порах.
А далі, приблизно до середини історії фортепіано, йшла боротьба за якість звуку. Спочатку багато експериментували зі струнами, вважаючи, що звучання інструменту можна пом'якшити, зробити більш шляхетним, якщо правильно підібрати струни. Експерименти в цьому напрямку не принесли помітних успіхів. Тоді вирішили збільшити натяг струн. Але в старих конструкціях натягувати струни сильно було не можна, тому що дерев'яна рама, на якій вони трималися, коробилася і навіть ламалася. Стали зміцнювати раму залізними ребрами, але все одно жорсткість залишалася недостатньою. І тоді спробували відлити раму цілком з чавуну. Результати позначилися відразу ж: сильно натягнуті на чавунній рами струни зазвучали набагато краще. Тепер-то ми знаємо, що майстрам треба було враховувати частоту коливань струн, яка обернено пропорційна довжині струни, прямо пропорційна квадратному кореню з натягу струни, обернено пропорційна діаметру і обернено пропорційна квадратному кореню з щільності. Також частота коливань залежить від матеріалу, з якого виготовлена ​​струна.
Отже, чавунна рама фортепіано з'явилася в 1825 р ., Приблизно в середині його історії. І тут треба сказати, що цей час було особливо насичена удосконаленнями. Француз Себастьян Ерар доповнив молоточковий механізм так званим репетиційним (тобто повторює) пристроєм. До цього нововведення доводилося відпускати клавішу до кінця, щоб вона підготувалася до нового удару, тому брати поспіль швидкі короткі звуки однієї висоти не вдавалося. Репетиційне пристрій при клавіші не повертав молоточок на своє місце, а утримувало поблизу струни, і тепер можна було, трохи відпустивши палець, натиснути клавішу знову. Музикантові стали доступні дуже швидкі повторні звуки. І тільки коли клавіша відпускалась до кінця, молоточок повертався на своє місце.
Минуло якихось двадцять років - і знову серйозне удосконалення. Дерев'яний молоточок раніше обтягувався лосиної шкірою, а тепер його обтягнули Фільда ​​- високоякісної різновидом технічного повсті. Тембр звуку став значно м'якше.
І, нарешті, ще через півтора десятка років виявили, що якщо струни натягувати не строго паралельно один одному, а так, щоб вони трохи розходилися від того місця, де розташовані молоточки, до заднього краю інструменту, звук виходить краще. Одночасно було впроваджено і таке нововведення: струни лягли не в одній площині, а у двох. Басові пішли від лівої частини молоточкового механізму до задньому правому кутку інструменту, а тонкі розташувалися перехресно до басовим і пішли під ними - від правої частини механізму до заднього лівого кута. Від цього покращився резонанс деки.
Ось тепер це було те фортепіано, яке ми знаємо: з сильним, повним, шляхетним звучанням. Удосконалення тривали й далі, але вони були вже не настільки принциповими, хоча, звичайно ж, покращували звук. Так інструмент, який спочатку був, відкинутий як грубий і примітивний, знайшов право на життя.
На жаль, не всі люблять фортепіано. І частіше за все тому, що не чули цього звучання цього інструмента. Спробуємо пояснити, в чому справа. Кожен звук фортепіано чітко діляться на дві частини: початок (у момент удару молоточка по струні) та його продовження (коли струна звучить сама по собі). Причому початок звуку завжди виходить набагато більш гучним, ніж продовження. Можна, звичайно, взяти тихий звук, але в цьому випадку продовження буде ще тихіше. І ось цих-то продовжень ми дуже часто не чуємо взагалі, якщо слухаємо фортепіанне твір по радіотрансляційній динаміку, посередньому транзисторного приймача або з платівки, поставленої на програвач.
Один піаніст, тонко керуючи при ударі не тільки клавішею, але і педалями, змушує струну і після удару звучати так, як йому хочеться, а інший ці тонкощі упускає. У першого продовження звуків будуть багаті різними опеньками, у другого ж залишаться одноманітними. Це одноманітність - частий супутник аматорської гри на фортепіано, тому не можна судити про інструмент, не почувши бездоганного виконання, і краще всього - в концертному залі.
Будову сучасного фортепіано.
Пора перейти від родового назви інструменту до видового: конкретно ми знаємо не фортепіано, а піаніно і рояль, бо фортепіано - це збірна назва клавішеструних молоточкових інструментів - роялів і піаніно.
Що стосується рояля, то його називають королем музичних інструментів. До його безперечних достоїнств відноситься те, що рояль охоплює майже весь чутний музичний діапазон. Якщо поки що брати до уваги тільки висоту звуку, то в музичний простір рояля може вкластися великий симфонічний оркестр з усім різноманіттям інструментів.
Піаніно - інструмент компромісний. Його звучання свідомо гірше, зате це більш компактний інструмент. (Тим не менше зустрічаються чудові піаніно і досить посередні роялі.)
Рояль полнозвучен головним чином тому, що в ньому можна використовувати більш довгі струни і велику резонансну деку. Крім того, можна підняти кришку, і не залишиться жодної перешкоди між струнами та слухачами. Зате піаніно легко поставити в невеликій кімнаті, і воно відмінно уживеться в ній поряд із звичайними меблями.
Дуже важлива деталь і рояля, і піаніно - дека. Це дерев'яний щит, склеєний з окремих дощок. У роялі дека розміщується горизонтально під струнами, а в піаніно вертикально. Вона не тільки підсилює звук, але і бере участь у формуванні тембру інструменту, причому так, що від характерного струнного звуку мало що залишається, - ми чуємо звучання дерева. Деку роблять з резонансної ялини, іноді з сосни, причому дерево спеціально підбирають, щоб шари в ньому були вузькими і прямими, без сучків. І звичайно ж, дерево для деки повинно бути сухим і витриманим.
Якщо поглянути на струни рояля, можна помітити, що в способі їх кріплення багато спільного зі звичайними струнними інструментами, наприклад з мандоліною. Одним кінцем кожна струна кріпиться на чавунній рамі (Рис.6.) (У мандоліни - до металевої накладці на корпусі), потім перекидається через укріплену на деці дерев'яну підставку, яка передає деці коливання струн, потім переходить через поріжок на протилежній стороні рами і, нарешті, намотується на кілочок. Але навіть вісім струн мандоліни, розтягуючись, здатні образити корпус інструмента, що ж говорити про роялі, в якому дві з гаком сотні струн! Чавунна рама повинна витримувати зусилля приблизно в 20 т. А більше двохсот струн набирається в роялі і піаніно від того, що для кожного звуку натягаються дві або три однаково налаштовані. Адже і в мандоліні ми спостерігаємо приблизно те ж саме: вважається, що у неї чотири струни, але вони подвійні, тому виходить вісім.
Рис. 6. Так натягаються струни рояля (вгорі) і мандоліни (внизу). Принципової різниці, як бачите, немає. Врахуйте тільки, що мандоліна для наочності сильно збільшена.
Струни, переходячи через підставку на деці, тиснуть на неї з досить більшою силою - приблизно в півтонни. Тому дека повинна бути не тільки гнучкою, але і дуже міцною. Для цього в роялях її роблять трохи вигнутою в бік струн. Ручні струнні інструменти рас настроює дуже швидко. Мандоліну, домру, гітару щоразу перед грою доводиться підлаштовувати. Для рояля і піаніно це було б абсолютно неприйнятним, хоча б тому, що тоді й зовсім ніколи було б грати, - процес налаштування цих інструментів довгий. За цим колки у них влаштовані особливо: вони щільно запресовані в дерев'яну раму, яка з'єднана з чавунною. Кожний отвір для колка згорнеться з таким розрахунком, щоб воно було менше діаметра самого кілочка 1,5 мм , І коли в цей отвір з великим зусиллям вганяють кілочок, він сидить у ньому так щільно, що провернути його можна лише спеціальним ключем.
Тепер про дію педалей. Натискання клавіші викликає, окрім удару молоточка про струну, ще й відокремлення від неї глушника. Коли клавіша відпускається, глушник знову повертається на струну. А за допомогою правої педалі можна продовжити звучання струн, коли клавіші вже відпущені. Педаль піднімає з усіх струн глушники і залишає їх у такому положенні. Музиканти користуються цією педаллю дуже обережно, інакше не заглушає звучання може злитися в так званий педальний гул, який не має нічого спільного з милозвучністю.
Праву педаль можна натиснути не до кінця, а трохи, щоб глушники залишалися дуже близько до струн і в якійсь мірі впливали на їх звучання. Але цей прийом вимагає від виконавця великої майстерності. А крім того, таке тонке рух правою ногою настільки залежить від механіки тугою чи, навпаки, занадто легко піддається педалі, що на гастролях музиканту доводиться кілька годин освоювати незнайомий інструмент.
Коли піаніст натискає педаль, вся молоточкова механіка зсувається трохи вбік, тому удар доводиться вже не на всі три струни, призначені для даного звуку, а тільки на дві (або на одну, якщо для якихось звуків передбачені всього дві струни). Звучання, природно, стає більш тихим і м'яким. (У піаніно молоточки не зрушуються у бік, а наближаються до струн.)
Як бути, якщо потрібно довго розучувати вправи, а звукоізоляція в будинку не настільки хороша, щоб не докучати сусідам? Для цього в деяких інструментах передбачивши модератор. Якщо його включити, між молоточками і струнами проляже стрічка тонкого фетру або якого-небудь іншого матеріалу, і звучання інструменту стане тихим і глухим. Управління модератором виводиться на третю педаль, яка фіксується в натиснутому положенні, або на спеціальний важіль, розташований збоку від клавіатури.
У деяких сучасних роялях третій педаль має інше призначення - вона звільняє від глушників не всі струни відразу, як права педаль, а тільки ті, клавіші яких були натиснуті до натискання педалі. Це дозволяє музикантові вибірково оперувати різними глушниками, вільне користуватися ними і при цьому уникати педального гулу.
Залишається сказати про один дуже важливому вимозі до інструмента. Ми звикли, що кожен працюючий механізм видає якийсь шум. А у фортепіано, теж представляє собою механізм, це неприпустимо. Ні яких скрипів, стуків, клацань не повинно бути. Повинна бути тільки музика.
1.2. Що таке звук?
Про те, як народжуються звуки, і що вони собою являють, люди почали здогадуватися дуже давно. Чи помічали, приміром, що звук створюють вібруючі в повітрі тіла. Ще давньогрецький філософ і вчений-енциклопедист Аристотель, виходячи зі спостережень, вірно, пояснив природу звуку, вважаючи, що звучить тіло створює поперемінне стиснення і розрідження звуку. Так, коливається струна то ущільнює, то розріджує повітря, а завдяки пружності повітря ці чергуються впливу передаються далі в простір - від шару до шару, виникають пружні хвилі. Хвилі - обурення, що поширюються з кінцевою швидкістю в просторі і несуть із собою енергію без перенесення речовини. А пружні хвилі - це механічні збурення, що поширюються в пружному (твердої, рідкої або газоподібної) середовищі. Досягаючи нашого вуха, вони впливають на барабанні перетинки і викликають відчуття звуку. На слух людина сприймає пружні хвилі, що мають частоту в межах приблизно від 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 коливання в секунду). Відповідно до цього пружні хвилі в будь-якому середовищі, частоти яких лежать в зазначених межах, називають звуковими хвилями або просто звуком. Пружні хвилі з частотою менше 16 Гц називають інфразвуком, а хвилі, частота яких перевищує 20 кГц - ультразвуком.
1.3 Музичний звук
Якими б різними не були музичні інструменти за формою, пристрою, розмірами, всі вони створювалися для однієї мети: вилучення приємних для слуху музичних звуків. Що ж таке музичний звук? З точки зору фізики - це хвиля, тобто процес поширення коливань від точки до точки, від частки до частки. Пружне тіло, виведене з положення рівноваги, здійснює гармонійні коливання, ці коливання передаються повітрю, повітряна хвиля впливає на нашу барабанну перетинку, і ми чуємо звук.
Гармонійне коливання можна розглядати як рух проекції точки, рівномірно рухається по колу, на діаметр цього кола. Нехай радіус допоміжної кола дорівнює а, він відповідає найбільшому відхиленню від положення рівноваги: ​​а - амплітуда. Миттєве положення визначається абсцисою х = а cos ф, де а - амплітуда, ф - фазовий кут.
Миттєве відхилення від положення рівноваги, називають зміщенням. Кут, утворений радіусом-вектором, проведеним до рухається по колу, з віссю абсцис, називають фазою ф (або фазовим кутом), час Т одного повного оберту точки по колу, називають періодом коливання, а зворотній йому величину - частотою (вимірюється в герцах, Гц). Людина чує звук у діапазоні частот від 16 до 20000 Гц.
Звуки бувають дуже різні. Ті, що створюють постійний фон, не організовані у струнку систему, не пов'язані між собою, і ті, що мають особливі властивості: чисті, дзвінкі, певної висоти, які мають смислової виразністю, - звуки музичні. Видають їх музичні інструменти, звукова хвиля в яких виникає від коливань струни або стовпа повітря усередині металевої або дерев'яної трубки.
1.4. Характеристики звуку
Музичні звуки розрізняються по висоті, тривалості, тривалості звучання, тембром (специфічної забарвленням, яка залежить від матеріалу, розміру й форми інструменту), від способу звуковидобування і по динаміці, тобто силі звучання.
1.4.1. Гучність звуку (інтенсивність)
Якщо виконати музичний твір від початку до кінця на одному рівні гучності, воно багато втратить у своїй виразності. Якби інструменти не могли змінювати гучність звуку, музика навряд чи могла б виражати найтонші відтінки почуттів.
Гучність звуку (інтенсивність сприйняття) визначається амплітудою коливань, але щоб інтенсивність сприйняття (те, що ми чуємо) збільшувалася лінійно, інтенсивність роздратування (пропорційна квадрату амплітуди коливань) повинна збільшуватися експоненціально (закон Вебера - Фехнера). Іншими словами, подвоєння гучності відчувається лише при досягненні другого ступеня первісного роздратування.
Для вимірювання гучності у фізиці користуються одиницями, званими фонами (децибелами):
n фонів = 101g I '/ I,
де I 'і I - інтенсивності звуків. Кажуть: гучності I 'і I розрізняються на n фонів, або на n децибел (дБ). (Мал. 8)
Шкала гучності: поріг чутності - 0дБ, шепіт - 20 дБ, нормальна мова - 40 дБ, крик - 80 дБ, великий оркестр - 100 дБ, біль у вухах - I8О дБ. Музичні терміни, які визначають ступінь гучності виконання музики, називають динамічними відтінками (Від грецького слова - силовий, тобто сила звуку). У нотах можна побачити такі позначення:
рр. - pianissimo (піанісимо) - дуже тихо;
р-рiаnо (піано) - тихо;
mр-mezzo рiаnо (мецо піано) - помірно тихо, трохи голосніше, ніж піано;
mf-mezzo forte (меццо форте) - помірно голосно, голосніше, ніж мецо піано;
f - forte (форте) - голосно;
ff - fortissimo (фортіссімо) - дуже голосно.
1.4.2. Тембр (спектральний склад)
Музика здатна висловити все. Їй доступні і руху думки, і будь-яке почуття, і найменший відтінок настрою. Бажання людини розташовувати великим вибором музичних голосів і викликало до життя різноманіття інструментів. І якщо один інструмент не може щось передати, то це робить інший. Але як вдається розрізнити звук узятий, наприклад, на скрипці, від звуку точно такої ж висоти, взятого на кларнеті? Це залежить від тембру. Пояснюється відмінність тембру тим, що в звичайних звуках присутні коливання різних наборів частот і різної амплітуди. Коливання самої низької частоти в цьому наборі служать основним тоном. Їх амплітуда найбільша. Всі інші коливання називають обертонами. Окремо ми не чуємо обертонів, але саме вони, змішуючись з основним тоном, утворюють тембр.
Кількість і якість обертонів залежить від довжини, товщини і матеріалу струни, від довжини і середнього розміру інструменту, від матеріалу, з якого він зроблений. Впливає на тембр і форма інструмента.
1.4.3. Тривалість звуку
Якщо швидко вдарити пальцем по клавіші, вийде уривчастий, дуже короткий звук. А якщо натиснути на неї і тримати, то звук вийде значно довший, поступово згасає. Тривалість звучання залежить від тривалості коливань джерела звуку.
Тривалість в музиці позначають спеціальною системою значків. Одна і та ж нота, зображена на папері, може при виконанні на інструменті тривати різний час (звичайно, не сама нота, а звук, позначуваний нею). Основне позначення - це ціла нота, рівна цілому такту в чотири чверті. Вона виглядає так: - і ділиться на більш дрібні частки: половинні (), чверті (), восьмі (♫), шістнадцяті (♫) і т.д.
1.4.4. Висота звуку (частота)
Натиснувши крайню ліву клавішу рояля або фортепіано, ми почуємо дуже низький звук, а натиснувши крайню праву, - дуже високий. У нашому сприйнятті музичні звуки викликають почуття простору. При просуванні вправо по клавіатурі, або, як кажуть музиканти, вгору, дійсно виникає відчуття піднесення, сходження, просвітління. Якщо відкрити кришку рояля, то можна побачити, що струни в ньому не однакові. У рояля своєрідна форма, схожа на крило. Це обумовлено різною довжиною його струн: зліва довше, праворуч коротше. Крім того, струни, які відповідають нижнім звуків, товсті, обвиті так званої канителлю, а верхні - тонкі.
рис.9. Два звуку однієї гучності різної висоти.
Від довжини і маси струни залежить висота звуку, а висота звуку - це частота її коливань:
f = 1 / 2 l P / m
де l - довжина струни, Р - її натяг, m - маса одиниці довжини.
Стандарти для висоти тону запропоновані всього покоління три тому, а загальноприйняті протягом чи 25 років. Як правило, для фізиків стандартною висотою тону є "до" першої октави - 256 коливань у секунду (С-256). Більшість знає, що музичні інструменти налаштовуються на певний звук середньої октави (наприклад, "ля" має частоту 426,6 Гц, або 426,6 коливання в секунду).
У музичних колах використовувалися різні стандарти. Концертна висота тону, якій зараз рідко користуються, становила 271 коливання в секунду, що дає для "ля" близько 450 Гц, тобто тон занадто високий. Міжнародний стандарт висоти тону становив для "ля" 435 Гц, проте в даний час в усьому світі (слідом за Американською федерацією музикантів) прийнята стандартна висота для "ля" 440 Гц. Це нижче концертної висоти тону, проте, і при такому стандарті заспівати арії, складені старими майстрами, можуть не всі сопрано.
1.4.5. Мажорна гама
У першій октаві фортепіано до-мі-соль - мажорне тризвук, частоти коливань цих нот - 256, 320 і 384 Гц. Тон, який має частоту 256 коливань у секунду, називається до (С) першої октави. Гамма, наведена в таблиці, відома під назвою "до мажор" де С є основним тоном, або тонікою. Числа 256, 288, 320 і т.д. є абсолютними числами (значеннями) коливань, числа 24, 27, 30 і т.д. - Відносними числами коливань. Відносини 1, 9 / 8, 5 / 4 і т.д. виходять шляхом розподілу кожного числа коливань на перше (256). Ці відносини однакові для всіх мажорних гам, незалежно від того, з якого основного тону вони починаються. (Табліца.1.)
Гамми завжди називаються по тоніці, наприклад: "до мажор", "ре мажор" і т.д. Повна гама "до-мажор" з відповідними назвами (застосовані до будь-гамі) і відносинами частот коливань наведена в таблиці. Найближчим тоном, наступним за С ', є D' (ре другої октави) частотою коливань 576 Гц.
Тони С, Е і G утворюють тонічне тризвук гами "до мажор". Відзначимо, що 256: 320: 384 = 4: 5: 6. Будь-яка група тонів з таким ставленням частот становить мажорне тризвук. Звернувшись до гами «до мажор» ми можемо знайти в ній ще два мажорних тризвуки: F, А і С''- субдомінантні тризвук, і G, В і D '- домінантне тризвук. Оскільки ці тризвуки містять всі тони мажорної гами, то можна сказати, що гамма заснована саме на них.
Таблиця № 1.

Нотні лінійки

Ноти
C
D
E
F
G
A
B
C '
D '
Назва нот
до
ре
ми
фа
сіль
Щоб
сі
до '
ре '
Порядковий номер у гамі
1
2
3
4
5
6
7
8
1 '

Частоти, Гц

256
288
320
341
384
427
480
512
576
Відносне число коливань
24
27
30
32
36
40
45
48
54
Ставлення частот
1
9 / 8
5 / 4
4 / 3
3 / 2
5 / 3
15 / 8
2
18 / 8
Тонічне тризвук
4
5
6
Субдомінантовое тризвук
4
5
6
Домінантовий тризвук
4
5
6
1.4.6. Музичний інтервал
Якщо залишаються постійними відносини частот коливань, то зберігаються і відносини між висотами зі ответствующих тонів. Термін музичний інтервал описує відношення частот двох тонів, а не їх різниця. Коли це відношення дорівнює 2: 1, як у випадку З ': З = 512: 256, інтервал складає октаву. Відношення між третім і першим тонами мажорної гами одно 5: 4, як у випадку Е: С. Це велика терція. Іншими важливими інтервалами є кварта (4: 3), квінта (3: 2), секста (5: 3) і мала терція (6: 5) (G: E в гамі «до мажор»). Очевидно, октава - це восьмий інтервал.
1.5. Поширення звуку
Звук може поширюватися у вигляді поздовжніх і поперечних хвиль. У газоподібному і рідкому середовищі виникають тільки поздовжні хвилі, коли коливальний рух частинок відбувається лише в тому напрямку, в якому поширюється хвиля. У твердих тілах крім поздовжніх виникають також і поперечні хвилі, коли частинки середовища коливаються в напрямках, перпендикулярних до напрямку поширення хвилі. Так, б'ючи по струні перпендикулярно її напрямку, ми змушуємо бігти хвилю вздовж струни.
Звукові хвилі несуть із собою енергію, яку повідомляє їм джерело звуку. Величину кінетичної енергії, що протікає за одну секунду через один квадратний сантиметр поверхні, перпендикулярної напрямку хвилі, обчислив російський вчений Н.А. Умов. Цю величину назвав потоком енергії. Вона виражає міру інтенсивності, або, як кажуть, сили звуку. Щоб викликати звукове відчуття, хвиля повинна володіти деякою мінімальною інтенсивністю. Величину її називають порогом чутності.
Звукові хвилі поширюються зі швидкістю. Швидкість звуку є не що інше, як швидкість поширення пружних коливань у твердої, рідкої і газоподібної середовищі. Швидкість звуку можна обчислити за формулою:
з = λυ
де с - швидкість звуку, λ - довжина хвилі, υ - частота коливання. У газах швидкість звуку менше ніж у рідинах, а в рідинах менше ніж у твердих тілах.

ВИСНОВОК
Я вважаю, що виконала велику роботу. Працюючи над даною темою, я дізналася багато нового і цікавого про звук та походження звуку, про його характеристики. Так само я розібралася в пристрої фортепіано з фізичної точки зору, і в історії його походження. Дійсно зараз, коли я провчилася 7 років у музичній школі я зрозуміла, чому за натискання тільки однієї клавіші, тим більше під час виконання будь-якого твори, всередині інструменту відбувається безліч процесів, сотні процесів, які напряму пов'язані з фізикою. Мені навіть захотілося продовжити свої дослідження. Скоріш за все це будуть струнні інструменти, такі як скрипка, гітара, домра, віолончель.
У рефераті були розглянуті фізичні основи роботи клавішних музичних інструментів. Вивчені матеріали дали мені можливість глибше зрозуміти і розібратися в таких характеристиках музичних звуків, як гучність, висота, тембр і тривалість.
З фізичної точки зору були розглянуті такі музичні поняття, як мажорна гама та музичний інтервал.
Також я познайомилася і дізналася більше про клавесині, Клавікорде і фортепіано. Всі ці інструменти є клавішно-струнними і мають схожу пристрій. У ході роботи я приділила найбільшу увагу вивченню пристрої фортепіано і дослідженню звуків, які воно видає.
Проведені експерименти дали мені можливість переконатися у справедливості теоретичних відомостей. Я думаю, що мої дослідження можна використовувати при розгляді теми звуку на уроках фізики.

Список літератури
1. Анфілов Г.В. Фізика і музика. - М.: Дитяча література, 1964.
2. Газарян С.С. У світі музичних інструментів / Для учнів старших класів. - М.: Просвещение, 1985.
1. Клара Р. Хітц. Петер в країні музичних інструментів. - М.: Музика, 1965.
2. Левашева Г.І. Розповіді з музичної шкатулки. - Л.: Детгиз, 1960.
3. Гол. ред. Г. В. Келдиш. Музичний енциклопедичний словник. - М.: Радянська енциклопедія, 1990.
4. Перельман Я. И. Цікава фізика. (Книга 2, глава 10. «Звук. Хвилеподібний рух».) / 21-е вид. испр. і доп. - М.: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури, 1983.
5. Розповіді з «Піонерського музичного клубу» .- М.: Музика, 1968.
6. Фізичний енциклопедичний словник. - М.: Радянська енциклопедія, 1963. Т. 3.
7. Елліот. Л., Вілкокс У. Фізика / Пер. з англ. Під ред. А. І. Китайгородського. - М.: Физматгиз, 1963.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Музика | Реферат
116.4кб. | скачати


Схожі роботи:
З історії музичних інструментів домра
Аналіз доцільності відкриття магазину музичних інструментів
Розвиток музичних здібностей
Психологія музичних здібностей
Розвиток музичних здібностей у дитини
Акустика музичних систем і ладів
Програма для анімації музичних творів
Навчання дошкільників грі на музичних інструментах
Методика викладання Баха в музичних школах
© Усі права захищені
написати до нас