2 февраля сеть Информационных центров по атомной энергии (ИЦАЭ) представила научно-популярный сериал “Математика музыки”. Первый выпуск был посвящён звуку струны. 

О том, на чём фундаментально основана вся современная тональная и некоторая атональная музыка, рассказал Валериан Юров, PhD университета Колумбия-Миссури (США), кандидат физико-математических наук, доцент-исследователь ИФМНиИТ БФУ им. И. Канта.

По словам учёного, в музыке нет ничего случайного, и мы можем объяснить строение практически всех типов музыки, исходя из основных постулатов на стыке физики и математики образования звука.

Эксперименты над прообразом струны и струнного музыкального инструмента начал ещё Пифагор. Натягивая, фиксируя и “возмущая” различным способом жилы животных, Пифагор обнаружил, что “струна” колеблется, вибрирует и цепляет звук вокруг. Повторяя эксперименты, древнегреческий мыслитель выявлял особенности изменения звукового ряда. Он искал ответы на следующие вопросы: почему, чем сильнее натягивается струна на колках, тем выше звук; как высота зависит от материала струны; почему нам слышно изменение частоты, с которой колеблется звук на струне?

Валериан Юров подошёл к вопросу появления феномена музыки с неожиданных сторон, например, отталкиваясь от концепции атома и кристаллической решётки металла, из которого зачастую изготовлены струны: “Когда мы деформируем решётку (ударяем по струне), то как бы подталкиваем одну часть атомов к другой части, а сама решётка стремится вернуться в исходное положение, отчего и возникает сила. Она воздействует интегрально, и когда мы подсчитываем силу, действующую на все атомы в решётке, мы определяем действующую силу натяжения”.

Математики XVIII и XIX столетий, по рассказу Валериана Юрова, продолжали описание поведения звуковой волны на инструменте, сравнивая её с синусоидной функцией на плоскости под воздействием волнового уравнения. Оказывается, все движения звука задаются реальными физико-математическими формулами и уравнениями. 

Говоря языком физики, в процессе деформации (изгиба) профиля струны или придания ей дополнительного импульса, мы даём звуку разную тембральную окраску. Именно это, к примеру, помогает отличить звук, проигрываемый на фортепиано, от аналогичного звука на гитаре.

Не только научный подход смогли оценить зрители премьеры проекта: рассказ математика сопровождался музыкальными “комментариями”. Примеры различного звучания струн (в том числе, и в процессе исполнения фрагмента блюз-роковой композиции) слушателям продемонстрировали гитарист и руководитель студии гитарного мастерства “Largo” Артём Дробышевский, а также Анна Ушакова, пианистка, лауреат международных конкурсов, солистка Калининградской областной филармонии им. Е.Ф. Светланова.

Узнать об опыте разрезания струны, перевернувшем впоследствии всю современную музыкальную культуру, а также услышать живое подтверждение научных теорий в музыке в звучании других музыкальных инструментов зрители смогут в следующих выпусках научно-популярного сериала “Математика музыки” на официальном канале сети ИЦАЭ в Youtube: https://www.youtube.com/c/Myatom_ru/