Физические опыты с роялем

Опыты с роялем. 1) Рояль или пианино.

Если в школе имеется рояль или пианино (нерасстроенные), то стоит устроить при прохождении акустики небольшую экскурсию для осмотра этих инструментов (для группы человек в 10). Описанные далее опыты частично относятся к понятиям, демонстрируемым опытами, изложенными в следующих параграфах.

1). Открыв крышку рояля, можно наблюдать усиление звука с той стороны, куда отражаются звуки.

2). Устройство струн может служить иллюстрацией законов колебаний струны. Так как все струны, кроме басовых, имеют один и тот же диаметр и так как натяжение струн мало рознится между собой (можно видеть, что две струны, дающие два смежных тона, являются частями одной и той же проволоки), то длины струн обратно пропорциональны частотам. Смерив, например, длины струн, дающих тона, образующие октаву или квинту, можно убедиться, что эти длины относятся, как 1:2 или как 2:3.

3). Резонанс. Осторожно нажимают одну из средних клавиш так, чтобы демпфер (глушитель) был поднят, но молоточек по струне не ударил. Дернув за одну из трех струн, дающих данный тон, через короткое время гасят ее колебания, коснувшись ее пальцем. При этом слышен тот же тон. Это резонируют две струны, настроенные в унисон.

4). Резонанс струны на обертоны другой струны легко обнаружить таким образом: осторожно, чтобы не вызвать ударов молоточка, нажимают одну из средних клавиш и держат ее, не давая опускаться демпферу. Если теперь с силой нажать клавишу, соответствующую тону октавой ниже, и затем отпустить ее, то слышится тон на октаву выше. Это резонирует струна с поднятым демпфером на первый обертон более длинной струны.

Вместо одной клавиши можно нажать несколько, соответственно 1, 2, 3, 4 и 5 обертонам нижнего тона. Например, если в качестве основного тона мы выберем С, то надо нажать клавиши с, g, с₁, e₁, и g₁. При сильном кратковременном нажиме на клавишу С мы услышим аккорд, состоящий из тонов с, g, с₁, е₁, и g₁. Можно произвести этот опыт иначе. На все струны, дающие тона от с до g₁, насаживаются бумажные наездники. Ударив С, мы увидим, что наездники на струнах, дающих тона с, g, c₁, е₁, и g₁ задрожат (чтобы избежать соскакивания наездников вниз на деку рояля, так как их трудно оттуда вынуть, их надо взять подлинней). При ударе струны D дрожат наездники на струнах d, а, d₁ fis₁ и а₁ и т. д.

5). Можно, наоборот, вызвать резонанс обертонов в какой-нибудь струне на основной тон более короткой струны. Нажмем, например, клавишу D. Ударив по клавише d, мы услышим после того, как колебания струны d будут затушены демпфером, что тон d продолжается. Это звучит первый обертон струны D.

6). Можно, наконец, вызвать резонанс обертона в какой-нибудь струне на обертон другой струны. Нажмем, например, клавишу А и ударим по клавише D. Мы услышим тон а. Это резонирует первый обертон струны А на второй обертон D. Нажав G и ударив D, мы услышим тон d (второй обертон Q и третий обертон D) и т. д.

7). Если нажать правую педаль и пропеть на определенный тон какую-нибудь гласную, то придут в колебание струны, дающие тона, соответствующие всем частотам, составляющим данный звук. Рояль ответит как бы эхом совершенно того же самого тембра (это гораздо явственней наблюдается на чужом голосе, так как человек слышит свой собственный голос несколько измененным вследствие резонанса собственной черепной коробки).

Этот опыт можно толковать как иллюстрацию и анализа, и синтеза звука.

Если насадить на все струны очень легкие бумажные наездники и очень верно пропеть какую-нибудь гласную на определенный тон, то по дрожанию бумажки можно определить, какие тона составляют данный звук.

8). Чтобы получить флажолеты, следует ударять по какой-нибудь клавише и вместе с тем вести бородкой птичьего пера или пальцем) по трем струнам, соответствующим данной клавише. Когда палец будет на половине длины, слышен первый обертон, на одной трети длины — второй обертон и т. д.

9). Отсутствие обертонов струны, для которых в месте дергания должен быть узел (закон Юнга), можно показать так. Нажимают клавиши двух струн, дающих октаву. Более длинную струну дергают сперва на расстоянии одной трети длины, затем на расстоянии половины длины. В первом случае слышен резонанс более короткой струны, во втором не слышен (или почти не слышен).

Кроме опытов по акустике, рояль представляет собой много интересного и с точки зрения механики: устройство клавиатуры, как достигается „репетиция“ (возможность часто ударять одну и ту же клавишу) и т. д.