Александр Звинцов

Серьезные научные результаты в области музыкальной акустики были получены в XVII веке, и связаны они прежде всего с именем Г. Галилея (1564-1642). Необходимо отметить, что отец Г. Галилея Винченцо Галилей — известный композитор и музыкальный теоретик, один из основателей нового жанра в музыкальном искусстве — оперы, автор труда «Диалоги о древней и новой музыке» (1581) — также сделал ряд тонких наблюдений: в частности, он установил, что если длину струны держать постоянной, то, изменяя ее массу и натяжение, можно также добиться изменения высоты тона. Он отметил, что малые изменения в настройке струны не замечаются слухом (т. е. впервые обратил внимание на конечную разрешающую способность слуховой системы). В. Галилей предложил в 1581 году свой вариант равномерно темперированной шкалы.

Продолжая дело своего отца, Галилео Галилей приблизительно в 1600 году расширил наблюдения Пифагора с помощью тщательно поставленных экспериментов, заложив таким образом основу экспериментальной акустики. Именно он первый установил зависимости собственной частоты натянутой струны от ее длины, массы и натяжения. Он изучал законы музыкальной гармонии, консонанса и диссонанса, распространение звука в воздухе, явление резонанса и др. Он впервые четко объяснил, что восприятие высоты тона непосредственно связано с частотой звуковой волны, которая достигает уха. На базе фундаментальных трудов Галилея музыкальная акустика начала ускоренно развиваться.

Французский математик и физик, а также францисканский монах Марен Мерсенн (1588-1648) в период 1627-1638 гг. опубликовал ряд трудов, в том числе девятнадцатитомную энциклопедию «Всеобщая гармония» (1636). Результаты исследований, изложенные в его книгах, определили дальнейшее развитие экспериментальной акустики: он поставил серию опытов по измерению времени возвращения эха от различных препятствий и таким образом смог приблизительно оценить скорость звука в воздухе (которая у него оказалось равной 450 м/с). Ему удалось вывести формулу «закон Мерсенна», установившую, что «основная частота пропорциональна корню из натяжения и обратно пропорциональна длине струны и корню из ее массы». Он обнаружил октавную разницу между частотой открытых и закрытых труб, предложил учение о консонансах и диссонансах, в частности, объяснил явление «биений» при звучании двух тонов, близких по частоте; открыл наличие обертонов в составе сложного звука (он писал, что может идентифицировать путем прослушивания первые пять обертонов в спектре). Мерсенн работал над созданием равномерно темперированной шкалы (предложил деление октавы на равные полутоны, расположенные в соотношении, равном корню 12-й степени из 2) и т. д.

Необходимо отметить, что скорость звука первым измерил Пьер Гассенди еще в 1635 году — он получил значение 478,4 м/с, причем установил, что скорость звука не зависит от частоты. Ученые Боррели и Вивиани во Флоренции в 1650 году повторили эксперименты и получили значение скорости 350 м/с. В 1740 году итальянский физик Бьянцони показал, что скорость звука увеличивается с повышением температуры. (В настоящее время значение скорости звука принято равным 331,29 м/с при 0°С, по результатам измерений 1986 года.)

В период 1660-1675 гг. английский физик Р. Гук опубликовал свое открытие, установившее, что растяжение твердого тела (металла, дерева и др.) пропорционально величине приложенной к нему силы. Закон Гука является основой современной теории упругих колебаний, а следовательно, и теории звука.
В конце XVII — начале XVIII века детальное исследование соотношений между формами колебаний струн, их частотой и высотой тона было выполнено французским физиком Ж. Совёром (1653-1716), который в 1701 году на своих лекциях в Сорбонне и предложил термин «акустика» для науки о звуке. Он изучал явление биений (с помощью органных труб) и предложил метод вычисления их частот. Кроме того, изучая колебания натянутых струн, он установил, что струны могут колебаться частями: точки, которые остаются неподвижными, Совёр назвал узлами, а сами колебания — гармоническими тонами и установил, что их частоты относятся как целые числа к частоте основного тона, который был назван им фундаментальным. Он также заметил, что струна может колебаться на нескольких своих гармонических тонах одновременно. Математическое объяснение этому явлению (принципу суперпозиции) было дано позже в трудах Л. Эйлера.