Весьма остроумным приемом воспользовались для увеличения поглощения русские ученые. Внутри стен устроили полости с маленькими отверстиями. Столб воздуха внутри такой полости обладает собственной частотой колебаний.

Если на стену, в которой имеются такие полости, падает звуковая волна, частота колебаний которой совпадает с собственной частотой столба воздуха в полости, то появляется резонанс.

Энергия падающей волны расходуется на поддержание этих колебаний, и благодаря этому отражение от стенки ничтожно,

Такое устройство называют резонансным звукопоглотителем. Впервые разработал его профессор МГУ С. Н. Ржевкин.

Законы отражения звука делают возможным вести изыскания в недрах земли полезных ископаемых, нефти и газа.

Для этого посылают звук в глубину земных недр, и там, где он встречает границу раздела сред, то есть, где залегают пласты ископаемых, происходит отражение. Отраженный сигнал улавливают и подсчитывают глубины залегания полезных ископаемых.

В глубокой древности был широко распространен однострунный музыкальный инструмент — монохорд.

Трудно судить, как велико было искусство игры на монохорде древних, но то, что на одной струне можно с блеском исполнить сложную музыку, продемонстрировал гениальный итальянский скрипач Николо Паганини.

Однажды он выступал на концерте, и у него во время игры последовательно оборвались три струны. Но Паганини не прекратил игры и блестяще продолжал концерт на одной единственной струне, оставшейся на его скрипке. Очевидцы с восторгом описывают его игру.

Монохорд представляет собой доску, по краям которой имеются колки для крепления струны. Две передвижные подставки позволяют легко изменять ее длину. Вращая один из колков, можно натянуть струну сильнее и слабее. При этом, однако, мы не имеем представления о том, с какой силой она натянута. Поэтому вместо того колка, которым натягивают струну, на конце доски помещают легкий блок, через который перебрасывают струну, а к ее концу подвешивают груз определенного веса.

Теперь струна натянута, и ее натяжение определяется весом этого груза.

Если ударить струну посередине между подставками, то она будет совершать колебание, издавая звук определенного тона. Каждый тон, как известно, характеризуется определенным числом колебаний в секунду. Сблизив подставки, на которые опирается струна, так, чтобы расстояние между ними было вдвое меньше, можно обнаружить, что тон звучания заметно повысился. Струна, длина которой вдвое меньше, совершает в секунду вдвое больше колебаний. Если расстояние между подставками составляет одну треть от первоначального, то длина струны равна одной трети, и число колебаний в секунду при этом утроится. Тон звука еще более повысился. Продолжая уменьшать длину струны, обнаружим, что, во сколько раз уменьшается ее длина, во столько раз увеличивается число колебаний в одну секунду, если при этом ее натяжение остается неизменным, а звучание струны вызвано ударом по ее середине.

Оставляя длину струны неизменной, легко обнаружить, что по мере увеличения натяжения число колебаний в секунду также увеличивается.

Монохорд

Если, например, груз увеличить в четыре раза, то частота увеличится вдвое. При увеличении груза в девять раз, частота утроится, а увеличив груз в шестнадцать раз, мы учетверим частоту колебаний струны. Это показывает, что отношение частот колебаний струны равно квадратному корню отношения натягивающих ее грузов.

Если взять другую струну из такого же материала и той же длины, то частота ее колебаний при одинаковом натяжении будет во столько раз больше, во сколько раз она тоньше.

Кроме этого, число колебаний в секунду зависит от удельного веса материала струны.

Таким образом, на монохорде мы выяснили, как зависит частота колебаний струны от ее длины, натяжения, толщины и удельного веса.

Обратимся теперь к опытам, которые позволят нам уяснить, почему мы можем различать звуки различных струнных музыкальных инструментов, издающих один и тот же тон.

Эти исследования мы опять-таки проведем на монохорде. Натянем струну, выбрав определенное расстояние между подставками, которое определит ее длину. После удара посередине струна придет в колебание как целое. Больше всего отклоняться будет ее середина, в то время как места, которые находятся на подставках, будут покоиться. Струна будет издавать звук определенного тона. Этот тон зависит от ее длины, толщины, силы натяжения и удельного веса материала, из которого она изготовлена.

Если же, удерживая пальцами середину струны, ударить ее посередине одной из образовавшихся половин, то обе половины приходят в колебание, как струны вдвое меньшей длины. Струна при этом издает звук, частота которого вдвое больше основной. Середина всей струны, равно как и ее концы на подставках, при этом покоятся.

Опыты с монохордом

Зато середины половин струны отклоняются на наибольшее расстояние от положения равновесия. Эти точки называют пучностями; их в этом случае две.

Если во время удара удерживать пальцами струну на одной трети ее длины, то струна делится на три части, которые колеблются, как струны втрое меньшей длины, издавая звук, частота которого втрое больше. Узловых точек при этом будет четыре, а пучностей три. Таким образом можно делить струну на любое число частей.

Мы уже говорили, что, кроме основного тона, всегда имеется несколько тонов более высоких частот. Они называются обертонами. Слово «обертон» немецкого происхождения и означает высший тон. Число обертонов определяет тембр звучания, и это позволяет отличать звучание струн одного тона различных музыкальных инструментов, так как струны никогда не звучат одним тоном.

Отношение частот двух различных колебаний называется интервалом. Если это отношение равно 1:1, то такой интервал называют унисон. При отношении частот, равном 1:2, появляется октава; если же оно равно 2:3 — квинта, а при отношении частот 3:4 — кварта. Наконец, отношение частот 4:5 называют большой терцией и 5:6 — малой терцией.

Интересно звучат два издаваемых одновременно звука, частоты которых мало отличаются друг от друга. Их совместное звучание создает своеобразное звуковое восприятие — завывание, которое называют биением. Это явление заключается в периодическом усилении и ослаблении совместного звучания.

Количество усилений слышимого звука в одну секунду называют частотой биений. При малой частоте биений, например когда число их не превосходит четырех, они не вредны для звукового восприятия. Если они достигают трех десятков в секунду и в особенности тридцати трех, звуковое ощущение воспринимается особенно болезненно. Но, однако, при большем их числе влияние биений на звуковое ощущение постепенно исчезает.

При совместном звучании двух струн их обертоны могут давать неприятные биения — диссонанс. Если обертоны — одинаковые простые тона, биений не наблюдается. Такое созвучие называется консонансом.

Объяснение консонанса и диссонанса было дано немецким физиком-физиологом Гельмгольцем в книге «Учение о слуховых ощущениях».

Изучение интервалов тонов, которые дают лучшие консонансы, привело к образованию созвучий, где отношение частот строго определено. Такое созвучие называют гаммой.

Мажорная, или диатоническая, гамма включает тона, частоты которых относятся, как: