Анфилов - ФИЗИКА И МУЗЫКА

Юнг еще раз ударяет по канату и задирает голову. Теперь ученый ищет подтверждения провозглашенному им «принципу интерференции». И находит.

Если внимательно приглядеться, то видно, что толчок возбудил на канате не одно, а сразу множество колебаний, называемых в физике «стоячими волнами».

Оказывается, канат раскачивается не только как единое целое. На широкой — от края до края — дуге прыгают два других изгиба: две стоячие волны вдвое меньшей длины. Каждая занимает половину каната, а между ними — «узел», точка относительной неподвижности. Будто там стоит какой-то невидимый зажим.

Сверх двух колебаний канат приютил на себе и третье, «разломавшее» его на три равные части. На стыках третей — узлы, на серединах — пучности стоячих волн. Но это еще не все. По отдельности пляшут и четвертушки, и пятые части каната. Теоретически он делится в движении на любое целое число одинаковых отрезков.

Словом, длинное вибрирующее тело — вовсе не та пологая дуга, которая представляется на первый взгляд. В каждый момент оно вьется в хитроумных изгибах, унизано ожерельем стоячих волн, которые «не знают» о присутствии соседей и пронизывают друг друга.

И точно таковы повадки струны.

Разница единственная: канат раскачивается медленно и потому молча, а молниеносные вибрации непоседы-струны возбуждают слышимый звук. Причем, обратите внимание, не один тон, а сразу множество, целый аккорд голосов. Каждая часть струны дает собственный призвук!

Получается неожиданный вывод: одна-едннственная струна поет... хором! В этом-то и скрыт секрет красоты скрипичного пения и гитарного звона.

ЗАКОНЫ ТОМАСА ЮНГА

В человеческом хоре голоса тщательно рассортированы, каждый имеет свое имя: бас, баритон, тенор и т. д.

В хоре голосов струны тоже наведен порядок.

Колебания самой длинной «дуги» дают «основной тон». Он слышен громче всех. Половинки струны поют на октаву выше, ибо вибрируют вдвое чаще. Их голос называется «первым обертоном». Трети струны создают еще более высокий, «второй обертон», четвертушки—«третий обертон» и т. д.

Руководитель человеческого хора отлично управляет своей капеллой. Взмахнул хормейстер рукой — и басы умолкают, а сопрано набирают громкость. Второй взмах — поет баритон с дискантами. Третий — слышен только солист-тенор.

А можно ли управлять хором струны? Можно.

Резкий щипок вызывает к жизни высокие обертоны, а мягкий нажим — низкие. Это понятно: первые создаются частой вибрацией коротеньких стоячих волн, а вторые — сравнительно медленными колебаниями волн длинных. Недаром у мандолиниста, играющего пластинкой-медиатором, выходят четкие и острые звуки, а у гитариста — более мягкие и глубокие.

Имеет значение и место возбуждения струны.

Совсем не все равно, где ее ударить.

Есть правило, именуемое «первым законом Юнга»: раскачивая узел, относящуюся к этому узлу стоячую волну возбудить невозможно. И отсюда вывод: если вы намерены услышать яркий, звонкий звук, бейте у самого начала или в конце натянутой струны. Тогда нет риска угодить в совпавшие узлы большого количества наиболее энергичных стоячих волн, и вместе с низшими запоет множество высших обертонов. «Хор» будет усилен солидной дозой задорных «мальчишеских дискантов». А чем удар дальше от краев струны, тем беднее аккорд обертонов.

Возбудить струну в самой середине — значит лишиться доброй половины ее голосов. Ведь в этой точке все нечетные обертоны, начиная с первого, имеют узел. И ни один из них не будет задет, не проснется, не запоет.

Теперь нам понятно, почему редко-редко встретишь инструмент, в котором струны возбуждаются посередине, хоть там легче всего вызвать их колебания. Правда, сильно сдвигать вбок точки ударов не всегда удается. Подле зажимов струна с трудом трогается с места. Чтобы раскачать ее, нужен значительный удар. Лишь сильно натянутая, а потому более упругая, она поддается раскачке сбоку. В некоторых современных роялях, оснащенных прочной и тугой струнной одеждой, точки удара сдвинуты к самому ее краю, и звук получается насыщенный, яркий, звонкий.

А вот «второй закон Юнга»: в месте торможения вибрирующей струны образуется узел стоячих волн. И давным-давно, понятия не имея об этом законе, им пользуются скрипачи.

Чуть касаясь пальцем в конце первой трети, четвертушки, пятой части струны, скрипач вызывает тонкие свисты — флажолеты. Это поют высшие обертоны, а низшие — глушатся. Дело происходит так, будто всему хору, кроме некоторых избранных хористов, насильно зажат рот.