Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Мне лично кажется, что эти результаты находятся в согласии с тем взглядом, который приписывает отклонение от закона Ома, предполагаемое во всяком признании фазовых соотношений, вторичным причинам. 397. Зависимость тембра музыкальных звуков данной частоты от отношений различных составляющих тонов исследовалась Гельмгольцем для многих музыкальных инструментов. Дальнейшие наблюдения над духовыми инструментами можно найти в статье Блэйкли'). Однако наиболее интересным, но и наиболее спорным применением теории является применение ее к гласным звукам человеческой речи. Можно считать, что акустической трактовке этой темы положил начало замечательный мемуар Виллисая). Его опыты проводились при помощи свободного мундштука и язычка, изобретенного Кратценштейном (1730), а впоследствии Гренье 1Огеп!е), и с большой точностью имитирующего действие гортани.
Успешно повторив сначала эксперимент Кемпелена, воспроизводившего гласные звуки путем экранирования в различной степени отверстия воронкообразной полости, соединенной с мундштуком, он перешел далее к изучению влияния различной длины цилиндрической трубки, причем устройство было похоже на устройство, применяемое в органных трубах. Результаты показали, что тембр гласных зависит от длины трубы. Из этих и из других экспериментов он заключил, что полости, издающие (при независимом звучании) одинаковые тоны «придадут тот же оттенок гласной данному мундштуку и, конечно, всякому мундштуку, если тон мундштука ниже, чем тон полости», Виллис продолжает (стр.
243): «Небольшое теоретическое рассуждение покажет, что некоторых из этих эффектов, пожалуй, можно было ожидать. Согласно Эйлеру, если возбудить одиночное колебание у дна трубы, закрытой на одном конце, то оно распространится до отверстия трубы со скоростью звука. Здесь образуется эхо колебания, которое побежит обратно, отразится от дна трубы и затеи снова появится у отверстия, где образуется новое эхо, и так далее, последовательно, до тех пор, пока движение не расстроится вследствие трения и несовершенства отражения...
Следовательно, эффект выразится в виде |) В!а|К|еу, РЛИ. >Иаа., том Ч1, стр. 119, 1878. з) %8!!«, «Ов ше чоч>е! 8оппйз> ап«1 оп кеед Огйзп-р!рез», сатд. Рлгд Тгапа» том В1, стр. 231, 1829. ФАКТЫ И ТЕОРИИ СЛУХА 1гл, ххш распространения от отверстия трубы последовательности равноотстоящих пульсаций, состоящих в попеременном сгущении и разрежении, через интервалы, соответствующие времени, потребному для прохождения импульса по трубе до дна и обратно; иначе говоря, возникнет короткий звук музыкального тона, соответствующего закрытой трубе рассматриваемой длины. Попытаемся теперь применить этот результат Эйлера к нашему случаю вибрирующего язычка, приделанного к трубе некоторой длины, и исследовать характер ряда пульсаций, которые должны быть созданы такой системой согласно этой теории. Вибрирующий язычок мундштука создает ряд пульсаций одинаковой силы, разделенных равными интервалами времени и представляющих собой попеременные сгущения и разрежения, которые мы можем назвать первичными пульсациями; с другой стороны, за каждой из этих пульсаций последует ряд вторичных пульсаций убывающей силы, но также через одинаковые интервалы от соответствующих им первичных тонов, причем интервал между ними, как мы видели, регулируется длиной прикрепленной трубы».
И далее (стр. 247): «Опыт показывает, что ряд созданных эффектов характеризуется и отличается друг от друга тем качеством, которое мы называем гласным звуком; опыт показывает еще больше,— он показывает нам, что не только высота произведенного звука всегда есть высота тона мундштука или первичного импульса, но и что издаваемый гласный звук всегда один и тот же для одинаковых значений г1периода вторичных импульсов]. Так, в только что цитированном примере д" свойственно гласной „А", как она произносится в английскихсловах Раж, ХопдЫ [долгое открытое „о".
Рад.);если импульс повторяется 51 2 раз в секунду, то высота звука будет с',гласная — та же; если бы импульс повторялся при помощи другого мундштука, действующего на ту же самую трубу 340 раз в секунду, то высота была бы 7, но гласная — все та же. Таким образом, оказывается, что ухо, потеряв возможность распознать высоту для периода з, все еще способно опознать его по свойственной ему гласной».
Вследствие важности полученных Виллисом результатов, а также и того, что первые томы журнала Сатйг!г1де Тгапеасйоиз не всем доступны, я счел желательным позволить Виллису говорить самому за себя. Мы увидим, что поскольку дело касается общих принципов, он оставил своим преемникам немного дела. Несколько ниже в той же работе (стр. 249) он дает отчет о специальном опыте, предпринятом для проверки его теории.
«Показав вероятность того, что данный гласный звук представляет собой просто быстрое повторение свойственного ему тона, мы лолжны вывести отсюда, что если мы сможем проиавести это быстрое повторение каким-нибудь другим путем, то можно ожидать, что мы услышим гласные звуки. Робисои и другие показали, что если держать перо навстречу вращающемуся зубчатому колесу, то возникнет музыкальный тон, создаваемый бы- 453 397! взгляд гвльмгольцт стрыми повторениями, через равные промежутки времени, щелчков пера по зубцу. Я заменил перо куском часовой пружины, оказывавшей легкое давление на встречные зубцы колеса, так что каждый щелчок превращался в музыкальный тон пружины. В то же время пружина была зажата щипцами так, чтобы можно было произвольно изменять длину вибрирующей части.
Такая система, очевидно, создает сложный звук, похожий на звук трубы с мундштуком, а потому изменение длины пружины должно создавать такой же эффект, как изменение длины трубы. Действительно, издаваемый звук сохраняет одну и ту же высоту все время, пока колесо вращается равномерно, но воспроизводит последовательно оттенки всех гласных по мере изменения эффективной длины пружины, причем делает это со значительной четкостью, если принять во внимание жесткость и неприятный тембр самого звука», В своем изложении теории гласных Гельмгольц, следуя Уитстону '), излагает вопрос несколько иначе, Воздушные колебания, составляющие естественные или искусственные гласные, при достижении равномерного режима (Я 48, 66, 322й) просто периодичны, и периодом является период язычковой трубы мундштука.
По теореме Фурье их можно разложить на простые колебания, периоды которых представляют собой точные делители периода мундштука. Эффект от присоединения резонатора может выразиться только в изменении интенсивности и фазы некоторых составляющих, периоды которых уже заданы. Если тон резонирующей полости — тон рта — совпадает с одним из составляющих тонов голосовой или гортанной ноты, то эффектом должно быть усиление в особо сильной степени интенсивности этого тона; и независимо от наличия или отсутствия совпадения, те составляющие тоны, высота которых близка к высоте тона рта, будут усилены, Такая точка зрения на действие резонатора, несомненно, совершенно правильна; но на первый взгляд может показаться, что она существенно отличается или даже несовместима с изложением вопроса, данным Виллисом.
Так, например, согласно Виллису, тон рта может быть„ и вообще будет, негармоничным по отношению к тону гортани. Для того чтобы понять этот вопрос, мы должны усвоить две вещи, которые часто недооцениваются. Первая †э различие между вынужденными и свободными колебаниями. Хотя собсглвеллые колебания полости рта могут быть негармоническими, вынужденные колебания способны содержать одни только гармонические составляющие ноты гортани. Далее, важно помнить определение простых колебаний, согласно которому никакое колебание не может быть простым, если оно не поддерживается постоянным, без изменения ~) 7.олаол аптг %еагт1латег 77аэгета, октябрь 1837; грыжа!а1оле'а БстмлГтута Рарегз, 'ьопбоп, стр.
348, 1879. 454 1гл, ххш ФАКТЫ И ТЕОРИИ СЛУХА амплитуды или фазы. Вторичные колебания Виллиса, замирающие по истечении нескольких периодов, — не просты. Если полную их последовательность разложить по теореме Фурье, то она будет представлена не одним простым колебанием, но большим или бесконечным числом таких колебаний. Из этих рассуждений можно видеть, что оба способа рассмотрения этого вопроса законны и совместимы друг с другом.
Если относительная частота тона рта низка, так что, например, составляющая иоты гортани, получающая наибольшее усиление, есть секунда или терция, то анализ при помощи ряда Фурье является подходящим методом исследования. Но если частота тона рта высока и каждая серия колебаний обнимает только небольшую часть полного периода, то мы можем согласиться с Германном, что разложение в ряд Фурье неестественно и что лучше будет сосредоточить внимание на действительной форме кривой, выражающей полное колебание. Мы были бы особенно склонны придерживаться такого направления в том случае, если бы мы сомневались в применимости закона Ома к составляющим тонам высокого порядка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
