СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1 История изобретения фортепиано 4
2 Фортепианная механика 7
Заключение 13
Список использованных источников 14
ВВЕДЕНИЕ
Человек живет в мире звуков. Мы слышим голоса людей, шум леса, восхищаемся чудесными звуками, которые издают гитара, скрипка, баян, фортепиано. Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Звук до нас доходит через воздух, следовательно, можно предположить, что распространяющиеся колебания – это волна. Из чего следует вывод, что звук распространяется в виде волн. Если звуковая волна распространяется в воздухе, значит - это волна продольная, потому что в газе только такие волны и возможны. Но сколько же сил, наверное, нужно потратить, чтобы превратить колебания воздуха в чудесный музыкальный звук! Несомненно, мастера, изготавливающие музыкальные инструменты, вкладывают душу и опыт, накопленный годами, в свои творения. [2] Физика и музыка тесно связаны, поэтому я решил выбрать эту тему.
Цель работы: установить связь между наукой и искусством на примере физики и музыки
Для достижения поставленной цели были выдвинуты следующие задачи:
1. Изучить источники информации по данной теме
2. Ознакомиться с историей изобретения фортепиано
3. Выяснить как устроено фортепиано и сколько в нём «физики»
ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ФОРТЕПИАНО
| Рисунок 1 - Фортепиано |
Изобретение фортепиано (в соответствии с рисунком 1) стало переворотным событием в музыкальной культуре начала 18 века. Для начала нужно знать, что фортепиано – далеко не первый клавишный инструмент в истории человечества. Одним из первых клавишный инструментов, основу которого составляли не трубы, а струны, был клавикорд (в соответствии с рисунком 2), затем клависин. [3]
Рисунок 2 - Клавикорд
На клавишных музыкальных инструментах играли ещё музыканты Средневековья. Орган – самый древний духовой клавишный инструмент, имеющий вместо струн большое количество труб. [3] Он до сих пор орган считается «королём» музыкальных инструментов, отличающийся мощным глубоким звучанием, однако он не является прямым родственником фортепиано. С начала 18 века все музыканты и композиторы стали ощущать серьёзную потребность в таком клавишном инструменте, музыкально-выразительные возможности которого не уступали бы скрипке. Для этого требовался инструмент с широким динамическим диапазоном, который был бы способен извлечь мощное forte (громко) и нежнейшее piano (тихо), а также все тонкости динамических переходов. И эти мечтания стали явью. Считается, что в 1709 году Бартоломео Кристофори (в соответствии с рисунком 3) из Италии изобрёл первое фортепиано. Своё творение он назвал «gravicembalo col piano e forte», что в переводе с итальянского означает «клавишный инструмент, который играет тихо и громко». [4]
Рисунок 3 - Бартоломео Кристофори
Гениальный музыкальный инструмент Кристофори оказался очень простым. Устройство фортепиано было таково. Оно состояло из клавиш, войлочного молоточка, струн и специального возвращателя. С ударом по клавише молоточек бьёт по струне, тем самым вызывая её вибрацию, которая совсем не похожа на звучание струн у клавесина и клавикорда. Молоточек шёл назад, с помощью возвращателя, не оставаясь при этом прижатым к струне, заглушая, таким образом, её звучание. Самое важная отличительная черта фортепиано от предыдущих родственных ему инструментов – способность звучать не только громко или тихо, но и давать возможность пианисту делать crescendo и diminuendo, то есть менять динамику и окраску звука постепенно и внезапно. [4]
По сей день этот чудесный, с многогранными возможностями, инструмент, несмотря на свою молодость, оказывает на всё общество огромное воздействие. Почти все великие композиторы творили для фортепиано. И, надо полагать, что с годами его слава только возрастёт, и оно всё больше и больше будет радовать нас своим волшебным звучанием. [4]
ФОРТЕПИАННАЯ МЕХАНИКА
Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств животных и человека. Распространяясь в воздушном пространстве во все стороны со скоростью, равной, примерно, 340-343 м/с, звуковые колебания образуют звуковую волну. Эта волна воздействует на барабанную перепонку уха, создавая слуховое ощущение. Область пространства, в котором наблюдаются звуковые волны, называется звуковым полем. При прохождении звуковой волны молекулы воздушной среды смещаются. [5] Размах этих колебательных смещений зависит от звукового давления. Волны с перпендикулярным к направлению распространения волны смещением частиц называют поперечными, а те, в которых смещения происходят вдоль направления распространения - продольными. В газах и жидких средах могут распространяться только продольные волны. Важным в акустике понятием является длина волны звукового колебания. Она определяется отрезком на предполагаемой оси, расположенной в направлении распространения звука, на котором умещается полный цикл изменений звукового давления. Иначе говоря, это наименьшее расстояние между точками звукового поля с одинаковыми фазами колебания. Длина звуковой волны наглядно изображена в виде графика на рисунке. [5]
Рисунок 4 – Синусоидальная звуковая волна
Синусоидальная звуковая волна (в соответствии с рисунком 4) за один период колебания Т проходит путь, равный длине волны. [5] А так как период колебания и частота величины взаимообратные (Т= 1/f), то длина волны для данного колебания однозначно определяется частотой звукового сигнала и вычисляется по формуле
λ= c/f,
где
λ - длина волны в метрах,
с = 340 м/с - скорость распространения звука в воздухе,
f- частота звуковых колебаний в герцах (Гц).
Скорость звука в воде в 4,5 раза выше, чем в воздухе.
Звуки различаются между собой:
• по динамике или силе звучания;
• по тембру;
• по высоте;
• по длительности.
По высоте звуки бывают: высокие и низкие. [5]
Динамика – это сила звучания музыки. Музыкальное произведение может исполняться громко «Форте», или тихо «пиано»
По длительности: длинные и короткие
По тембру: (это окраска звука) резкие и мягкие, певучие и хриплые.
В любой музыке кроме мелодии важен ритм. Всё в мире имеет ритм. Наше сердце – сердечный ритм, есть ритм мозга, есть суточный ритм – утро, день вечер и ночь.
Ритм в переводе с греческого означает «мерность» – это равномерное чередование, повторение коротких и длинных звуков. Плавный ритм придаёт музыке лиричность. Прерывистый ритм – создаёт ощущение тревоги, волнения. Метроном (в соответствии с рисунком 5) – источник ритма в музыке. [5]
Рисунок 5 – Метроном
Музыка без ритма воспринимается как набор звуков, а не мелодия. Метроном – это такой прибор, с помощью которого можно задать ритм, и он будет его отстукивать, как «громкие часы», его также используют во время лабораторных исследований. Он помогает музыканту держать определённый ритм длительное время. Если музыкант не попадает в ритм, то у слушателя возникает чувство дискомфорта. Физическая характеристика громкости звука - уровень звукового давления, в децибелах (дБ) (в соответствии с рисунком 6). Человек, в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10-15 дБ и выше. Максимальный диапазон частот для человеческого уха, в среднем - от 20 до 20 000 Гц (возможный разброс значений: от 12-24 до 18000-24000 герц). В молодости - лучше слышен среднечастотный звук с частотой 3 КГц, в среднем возрасте - 2-3КГц, в старости - 1КГц. [1] Такие частоты, в первые килогерцы (до 1000-3000 Гц - зона речевого общения) - обычны в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах. С возрастом, воспринимаемый на слух звуковой диапозон сужается: для высокочастотных звуков - уменьшаясь до 18 килогерц и менее (у пожилых людей, каждые десять лет - примерно на 1000Гц), а для низкочастотных - увеличиваясь от 20 Гц и более. У спящего человека, основным источником сенсорной информации об окружающей обстановке - становятся уши ("чуткий сон"). Чувствительность слуха, ночью и при закрытых глазах - увеличивается на 10-14 дБ, по сравнению с дневным временем суток, поэтому - громкий, резкий шум с большими скачками громкости, может разбудить спящих людей. [1] В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (реверберации, то есть - эха от стен, потолка и мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел. [1]
Рисунок 6 – Шкала громкости
Звук в фортепиано извлекается ударом молоточка о струны (в соответствии с рисунком 7). В нейтральном положении струны, кроме последних полутора—двух октав, соприкасаются с демпферами (глушителями). При нажатии клавиш в действие приводится устройство из рычагов, ремешков и молоточков, называемое фортепианной механикой. После нажатия от соответствующего хора струн отходит демпфер, чтобы струна могла свободно звучать, и по нему ударяет молоточек, обитый фильцем (войлоком). Молоточек фортепиано состоит из деревянного керна и войлочной головки. [3] Струны фортепиано изготавливаются из специальной струнной проволоки, обладающей: высокой однородностью, точными диаметрами, определенной упругостью и пластичностью.
Рисунок 7 – Клавишно-молоточковый механизм
В современных фортепиано присутствует две или три педали. Правая педаль (её называют иногда просто "педалью", т.к. используется она наиболее часто) поднимает сразу все демпферы, так что после отпускания клавиши соответствующие струны продолжают звучать. Кроме того, все остальные струны инструмента также начинают вибрировать, становясь вторичным источником звука. Правая педаль используется в двух целях: сделать последовательность извлекаемых звуков неразрывной (игра legato) там, где это невозможно сделать пальцами в силу технических сложностей, и обогатить звук новыми обертонами. [3] Существует два способа использования педали: прямая педаль - нажатие педали перед нажатием клавиш, которые нужно задержать, и запаздывающая, когда педаль нажимается сразу после нажатия клавиши и до того, как её отпустили. В нотах эта педаль обозначается буквой P (или сокращением Ped.), а её снятие - звёздочкой. В музыке композиторов эпох романтизма и импрессионизма часто встречаются эти обозначения, обычно для придания звуку особого колорита. Левая педаль используется для ослабления звучания. В роялях это достигается сдвигом молоточков влево, так что вместо трёх струн хора они ударяют только по двум (в прошлом иногда только по одной). В пианино молоточки приближаются к струнам. Эта педаль используется значительно реже. В нотах она обозначается пометкой una corda, её снятие - пометкой tre corde или tutte le corde. [3] Средняя (или третья, т.к. исторически она была добавлена последней) педаль, или педаль sostenuto, служит для избирательного поднятия демпферов. При нажатой средней педали демпферы, поднимаемые при нажатии клавиш, остаются поднятыми до снятия педали. Она, как и правая педаль, может служить для игры legato, но не будет обогащать звук вибрацией остальных струн. Сегодня эта педаль отсутствует у большинства пианино и присутствует у большинства роялей. Встречаются пианино, в которых средняя педаль "задвигается" влево и таким образом фиксируется, при этом между молоточками и струнами помещается специальная ткань, из-за которой звук становится очень тихим, что позволяет музыканту играть, например, ночью. [3]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Цель данной работы – установить связь между наукой и искусством на примере физики и музыки. В процессе работы я изучил источники информации по данной теме, ознакомился с историей изобретения фортепиано, выяснил как устроено фортепиано и сколько в нём «физики». Мы не только живём в мире музыки, музыка живёт внутри каждого из нас. Мы можем считать физику прародительницей музыки, но нужно помнить, что музыка сопровождала многие великие открытия этой науки. Знайте, что многие знаменитые ученые физики увлекались музыкой и виртуозно играли на различных музыкальных инструментах. Некоторые из них стояли перед выбором: заниматься физикой или искусством, и лишь по случайности они всё же отдавали предпочтение физике, но через всю свою жизнь проносили любовь к музыке. Макс Планк немецкий физик, основоположник квантовой теории часто играл камерные произведения со своим другом Эйнштейном. Альберт Эйнштейн немецкий физик, основоположник теории относительности прекрасно играл на скрипке. Блестящим скрипачом и художником был ленинградский физик-теоретик Я. И. Френкель. [6] Мне захотелось продолжить свои исследования. Хочу изучить струнные инструменты, такие как скрипка, гитара, домра, виолончель и выяснить сколько там «физики».