3.34. Игра на скрипке

Почему, когда вы ведете смычком по струнам скрипки, она издает звук? Почему, если вести смычком по середине струны, звука почти не слышно? Если струна все-таки издаст звук, он вряд ли окажется мелодичным. Зачем струны натирают канифолью?

Струна с определенной длиной, натяжением и массой может издавать звуки с несколькими частотами, про которые говорят, что они образуют гармонический звукоряд. Например, самая низкая частота, называемая основной частотой, может составлять 500 Гц. Следующая частота в звукоряде, называемая первым обертоном, будет равна 2 ? 500 = 1000 Гц. Можно найти следующие члены звукоряда, умножая 500 Гц последовательно на целые числа (3, 4, 5 и т. д.). Каждое положение смычка и пальца, прижимающего струну (а это положение задает длину отрезка струны, который может колебаться), определяет, какой тон звукоряда в действительности создаст струна. Не все скрипачи знают, что струны можно изготовить таким образом, чтобы в них могли возбуждаться субгармоники, то есть частоты, меньшие основной частоты, например вдвое меньшие. Как скрипач может извлечь из инструмента звуки на частотах субгармоник?

ОТВЕТ • Когда вы трогаете гитарную струну, она колеблется в нескольких резонансных модах, которые образуются, когда волны распространяются в противоположных направлениях, проходят друг через друга и усиливаются, и в результате возникают интерференционные картины. Для каждой интерференционной картины на струне есть области, в которых происходят большие колебания и, следовательно, изменения давления воздуха больше. Эти изменения распространяются от струны в окружающее пространство в виде звуковых волн.

Со струной, по которой проводят смычком, все происходит не так, как при игре на гитаре, поскольку звуковые волны создаются в скрипичной струне не в результате единичного щипка. Когда скрипач ведет смычком по струне, из-за трения смычок периодически то зацепляется за струну, то срывается, то есть движение смычка — это последовательность захватов-срывов. Струна вначале может зацепиться за смычок, и он ее потянет, но потом струна все равно отцепится, и в этот момент от точки отрыва по струне побегут два импульса в противоположных направлениях. Один побежит в сторону скрипача, а другой — в противоположную сторону. Каждый из них отразится (и перевернется при отражении) от закрепленного конца струны и побежит по ней в обратном направлении к другому концу. Все это время смычок продолжит скользить по струне вверх. В момент, когда какой-то из импульсов вернется к смычку, струна снова захватится смычком и снова будет тянуться за ним, пока опять не сорвется. И тогда по струне опять побегут два импульса.

Скрипач должен так натренировать свои интуицию и слух, чтобы синхронизовать движение смычка с движением этих импульсов, которые он, естественно, не видит. Если эти волны возбудить правильно, вызванные ими колебания струны будут создавать более сильные изменения давления воздуха, которые распространятся от скрипки в окружающую среду в виде звуковых волн. Эти колебания могут войти в резонанс с собственными колебаниями деревянного корпуса скрипки и заполненной воздухом полости, и эти две серии колебаний дадут дополнительные тона на различных частотах, добавляя богатство окраски, или тембр, звукам скрипки.

Смычок сделан из конских волос, снаружи покрытых твердыми ороговевшими кератиновыми клетками, а внутри содержащих более мягкие клетки. Поскольку смычок постоянно «пилит» струну, на волосе постепенно образуются канавки на стороне, которая трется о струну, и там обнажается мягкая сердцевина. Когда волос покрывают канифолью, ее крупицы частично внедряются в мягкую внутреннюю часть волоса, и их поверхность как раз образует те зоны, которыми смычок захватывает струну, когда им ведут по струне. Если играть долго, частички канифоли постепенно стираются, и это значит, что нужно еще раз проканифолить смычок, чтобы восстановить правильный режим сцепления-расцепления смычка со струной.

Считается, что звука либо не будет вовсе, либо он будет ужасным, если вести смычком по средней точке струны. Я полагаю, что это происходит из-за равенства путей распространения импульсов, возбуждаемых смычком в средней точке. Обычно эти импульсы проходят разные пути до концов струны. Но если смычок находится посередине, они проходят одинаковые пути и, отразившись, приходят обратно к смычку одновременно. И тогда эти импульсы складываются и приводят к большему, чем обычно, отклонению струны в этой точке, а это нарушает обычный режим захвата-срыва струны смычком. И тогда струна либо не издаст звука вообще, либо издаст резкий, режущий слух звук.

Чтобы извлечь звук на частоте субгармоники, скрипач сильно давит на мостик[52] или даже поворачивает его, когда ведет смычком по кетгутовым (не синтетическим) струнам. Почему при этом частота звука становится ниже основной, не совсем ясно, но, возможно, в этом случае кроме смещения струны вбок возникает ее кручение, то есть начинают играть роль крутильные колебания. Соответствующие волны будут распространяться вдоль струны медленнее, чем волны, о которых говорилось выше, и это приведет к тому, что струны будут колебаться с более низкой частотой, следовательно, и звук получится более низкой частоты.