Министерство общего и профессионального

Образования Свердловской области.

Управление муниципального образования г. Качканар.

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №7».

Образовательная область:

Естествознание

Предмет: физика

Физика клавишных музыкальных инструментов

Исполнитель:

Загвозкина Елена Сергеевна

учащийся 10 Б класса,

ОУ №7, г. Качканар

Научный руководитель:

Гулидова Анна Ефимовна

учитель физики МОУ №7

Качканар

2006

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 5

1.1. Клавишные музыкальные инструменты 5

1.2. Что такое звук? 20

1.3. Музыкальный звук 21

1.4. Характеристики звука 23

1.4.1. Громкость звука (интенсивность) 23

1.4.2. Тембр (спектральный состав) 24

1.4.3. Длительность звука 24

1.4.4. Высота звука (частота) 25

1.4.5. Мажорная гамма 26

1.4.6. Музыкальный интервал 27

1.5. Распространение звука 27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

Список литературы 30

ВВЕДЕНИЕ

Музыка очень многогранна. Это целый мир звуков: тиканье часов и гул моторов, шелест листьев и завывание ветра, пение птиц и голоса людей. Испокон веков наша земля была гигантской музыкальной мастерской и концертной эстрадой. В любой глуши человек пел, играл, выделывал то, что свистит, гудит, гремит. Это было нужно как воздух, ибо музыка помогала ему в труде, украшала радость, облегчала печаль. Музыка сближала, роднила, объединяла людей. Она всюду. Без неё нельзя. По старинным верованиям, музыка не только услада, но и причина событий. Она способна вызвать солнце и утопить хлеб в дождях.

Но что же издаёт музыку? Это множество музыкальных инструментов. Я решила остановиться на клавишных, потому что они обладают красочным многообразием звучания, которое позволяет особенно ярко воплощать любые образы – от картин природы и событий общественной жизни до тончайших оттенков человеческих переживаний. Но не только это заинтересовало меня в клавишных инструментах, было интересно разобраться в их устройстве, в истории происхождения, в том, как они возникли и совершенствовались. Действительно, сейчас, например, на фортепиано играет почти каждый третий ученик. Но вряд ли кто-то из них хотя бы раз задумывался, почему при нажатие клавиши возникает звук и откуда он вообще берётся. А ведь при нажатии только одной клавиши, тем более во время исполнения какого-либо произведения, внутри инструмента происходит множество процессов, сотни процессов, которые напрямую связаны с физикой. Именно поэтому я решила рассмотреть устройство фортепиано с точки зрения физики. Тем более, что я занималась и училась игре на фортепиано, что более привлекло меня к этой работе. Таким образом, я поставила перед собой цель:

Разобраться в физических основах действия клавишных инструментов. И исследовать при помощи компьютера характеристики звуков фортепиано.

1. Изучить историю возникновения клавишных инструментов.

2. Разобраться в понятиях звук и музыкальный звук.

3. Разобраться в характеристиках музыкального звука и исследовать их на опытах, с помощью фортепиано и компьютера.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Клавишные музыкальные инструменты

Клавикорд

Клавикорд — это самый первый клавишный инструмент. Дословно перевести это название можно как клавишеструнник. История первого клавишеструнника началась в ХI в. с инструмента со странным названием английская шахматная доска. Сведений о нем сохранилось очень мало, в основном догадки и предположения. Одни считают, что на крышке инструмента была изображена шахматная доска, чтобы использовать его не только для музицирования. Другие предполагают, что чередование коротеньких черных и белых клавиш напоминало клетки шахматной доски, а третьи высказывают мнение, что произошла путаница в словах, одно слово с течением времени стали принимать за другое, и понятие шахматная имело раньше другой смысл, никак не относящийся к шахматам.

Как была устроена английская шахматная доска? Точно этого не знает ни кто. Одни считают, что этот инструмент был конструктивно не слишком удачен, поэтому он и уступил место клавикорду. Другие полагают, что неудачным было только мнения, будем считать клавикорд первым клавишеструнником. Это был действительно замечательный инструмент, чрезвычайно простой и в то же время обладающий нежным серебристым звучанием. Несколько столетий он услаждал слух людей самых разных сословий. Уже появился клавесин, еще позже — фортепиано, а клавикорд все еще выдерживал конкуренцию, и многие предпочитали слушать его, настолько завораживающими были звуки.

Давайте проследим его историю. Итак, к одному из многострунников, потомков монохорда, приспособили клавишный механизм. Его устройство было очень простым. К концу каждой клавиши крепился вертикальный латунный стержень — тангент. Его верхний конец поднимался, ударяя по струне снизу, и оставался прижатым к ней все время, пока клавиша была нажата. Стоило музыканту поднять палец, как тангент своим весом опускал клавишу, и она занимала первоначальное положение.

Струна расположена над ним. Если нажать клавишу, тангент поднимается и ударит по струне.

Все струны клавикорда поначалу были совершенно одинаковыми я даже настраивались одинаково. А разные звуки от разных клавиш получались вот как. Тангент, извлекая звуки, одновременно делил струну на две части — звучащую и не звучащую. Звучащая часть, естественно, оставалась свободной, а не звучащая приглушалась. Соотношение этих частей при нажатии разных клавиш было неодинаковым, поэтому и звуки получались разными по высоте: чем короче звучащая часть, тем выше звук.

Механизм приглушения частей струн, которые не должны были звучать, был очень простым. После настройки ту часть струны, которая не должна была звучать, оплетали вблизи конца суконной полоской или другим приглушающим материалом. Когда планка опускалась, и тангент отделился от струны, глушитель сразу же действовал по всей длине струны, и она смолкала.

Мастера, которые строили клавикорды, шли на некоторую хитрость: использовали одну струну для двух или трех клавиш: тангенты этих клавиш ударили ее в разных местах, и звуки получались разными. Так удавалось делать клавикорд компактнее — в нем было вдвое или даже втрое меньше струн, чем в клавесине. Клавикорд — инструмент многоголосный, т.е. способный одновременно издавать несколько различных звуков. Но если каждая струна предназначена для трех клавиш, то при одной нажатой две другие обречены на бездействие.

В старинных клавикордах каждая струна была рассчитана на несколько звуков; в данном случае – на три. На нижнем рисунке нажата средняя клавиша из трёх. Если нажать левую клавишу, звучащая часть струны будет длинее, а значит, звук ниже. При нажатии правой клавиши звук будет выше.

Многоголосие получалось не вполне свободным. И в конце XVII в. стали делать клавикорды, в которых число струн было равно числу клавиш. Поскольку каждая клавиша управляла теперь собственной струной, появилась возможность варьировать в одном инструменте длину, толщину и материал струны, подбирать для каждого звука наиболее подходящие.

Здесь уместно коротко рассказать об истории струны. Первые струны, появившиеся еще в каменном веке, не отличались от тетивы лука. Они делались из древесного волокна, жил и волоса животных. Когда люди научились выделывать шелк, этот достаточно прочный и эластичный материал тоже стал использоваться для изготовления струн. Шелковые струны звучали тихо, но приятно.

Металлические струны сначала были медными и латунными. Их нельзя было сильно натягивать, потому что они рвались. А звук слабо натянутых струн был очень негромким и быстро затухал. И только в XVII в. научились производить стальные струны. Потом некоторые из них стали обвивать латунной или медной канителью, что делало толстую струну более упругой, увеличивало длительность звучания и улучшало тембр.

На первых клавикордах устанавливались латунные струны, позже появились стальные.

Внешне клавикорд представлял собой невысокий ящик, который музыкант во время игры ставил на колени. Потом его стали устанавливать на столе или на специальной подставке. А еще позже инструмент обрел собственные ножки. Но до самого последнего времени его существования можно было встретить клавикорды очень разных размеров. Самые маленькие были величиной с книгу. Они обладали диапазоном в одну октаву, и этого хватало для несложных мелодий. Большие инструменты имели обширный диапазон — до четырех с половиной октав. Все инструменты украшались росписью, инкрустацией или ажурной резьбой, мозаичным орнаментом.

От последующих клавишно-струнных инструментов клавикорд отличался главным образом своим звучанием. И еще одним: музыкант не терял связи со струной после того, как клавиша была нажата. Можно было еще чуть покачать ее, отчего тангент скользил по звучащей струне, придавал ее голосу вибрирующий оттенок, можно было ослабить нажатие и вновь нажать сильнее — от этого тоже менялся характер звучания. Ни клавесин, ни фортепиано такой возможности не предоставляют.

Может быть, и был бы жив клавикорд до сих пор, если бы не слишком тихий звук. Тут он не выдерживал конкуренции ни с клавесином, ни тем более с фортепиано, хотя довольно долго еще продолжал существовать бок о бок со своими более молодыми собратьями. Сейчас клавикорд можно увидеть лишь, в музее, но там не только играть, но и прикасаться к нему нельзя. Надежда услышать его все же остается. Возвращается в концертные залы клавесин, мы вновь услышали лютню, и уже делаются попытки вернуть клавикорд, чтобы исполнить произведения, написанные специально для него.

Клавесин

Уже на первых порах, в XV—ХVI вв., клавесин сильно отличался от клавикорда. Вместо латунных тангентов мастера установили на задних концах клавиш вертикальные деревянные брусочки с перышками вверху. Перышки заставляли звучать струну уже не ударом, а щипком. Инструмент стал обладателем более громкого голоса, изменился и характер звучания. Каждая клавиша имела собственную струну!

Правда, первые клавесины были несовершенными, но мало-помалу отчетливо выявилось их основное преимущество: возможность музицирования в большом зале. В ХV в. клавесин уже широко распространился во многих европейских странах. Но еще лет двести после этого вокруг клавесина и клавикорда разгоралась ожесточенные споры. Одни считали, что клавесин по сравнению с клавикордом суховат и грубоват, что он не дает музыканту возможности играть выразительно и показать все свое искусство. Другие говорили, что будущее все-таки за клавесином. И те, и другие имели серьезные основания для своих утверждений.

Сколько бы ни говорили триста лет назад о скорой гибели клавикорда, а он выпускался еще в начале ХХ в. Сколько бы ни говорили о том, что клавесин никак не заменит клавикорд, а он стал одним из важнейших явлений музыкальной культуры. Правда, пути этих двух инструментов разошлись. Клавесин стал в основном концертным инструментом, его жизнь изобиловала событиями, после которых он улучшался, обновлялся, становился совершеннее.

Струна в клавесине после щипка звучала вся целиком, не делясь, как в клавикорде, на рабочую и нерабочую части. На первых клавесинах устанавливались жильные струны, позже появились стальные.

Обладал клавесин совершенно новым по сравнению с клавикордом конструктивным элементом — гибкой деревянной декой, которая, резонируя, усиливала и облагораживала звучание струн. Уже потом деку переняли у клавесина и некоторые клавикорды.

Много экспериментировали мастера с перышками, которые заставляли звучать струну. Сперва это были перышки в буквальном смысле; заточенные кусочки стволов вороньих или индюшачьих перьев. Потом перышки стали делать из кожи, а еще позже — из латунных и стальных пластинок. Характер звуков получался другим, а кроме того, инструмент стал не таким капризным: ствол вороньего пера, как и пера любой другой птицы, очень быстро портился от столь несвойственной ему работы, кожаные перышки держались гораздо дольше, а металлические и вовсе почти не изнашивались.

Совершенствовалась и конструкция деревянного брусочка, заменявшего тангент клавикорда. Сверху он стал оснащаться глутпителем, который в момент отпускания клавиши ложился на струну и прекращал ее колебания. Мастера продумали и обратный ход перышка: оно с помощью специального приспособления легко огибало струну и не вызывало двойного звука.

Немало потрудились мастера над тем, чтобы заставить инструмент звучать сильнее. Стали ставить двойные, затем тройные, даже четверные струны для каждой клавиши.

Как и клавикорды, клавесины делались самых разных размеров. В больших инструментах неодинаковая длина струн диктовала и форму корпуса — инструмент все больше становился похожим на современный рояль. А в малых клавесинах, располагающих всего двумя-тремя октавами, разница длин струн была не такой большой, и корпус оставался прямоугольным. Правда, эти клавесины были маленькими только по сравнению с полными концертными инструментами, а сами, в свою очередь, казались великанами рядом с крошечными клавесинами, которые оформлялись в виде шкатулок, ларцов, книг. Но иногда мастера не прибегали ни к каким ухищрениям, а делали просто маленькие инструменты. Диапазон их обычно не превышал полторы октавы.

Прыгун клавесина с медиатором и глушителем. А – клавиша не нажата, глушитель лежит на струне. Б – нажатая клавиша подтолкнула прыгун кверху, медиатор по дороге защипнул струну, она зазвучала. В – клавиша отпущена, прыгун опускается на место. Медиатор снова касается струны, но теперь уже не защипывает её, а плавно огибает, т. к. подвижную часть прыгуна легко отклоняется струнной. Г – прыгун стал на своё место, глушитель лёг на струну, пружина возвратила медиатор в исходное положение.