ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 54.7: Звуковые волны

Музыкальные инструменты действительно имеют строгую научную классификацию. Наиболее распространённой в акустике является система Хорнбостеля — Закса. Она основана не на материале изготовления или способе извлечения звука (как в оркестровой практике), а на физическом источнике колебаний , создающем звуковую волну.

Существуют также более простые школьные классификации, которые делят инструменты по типу возбуждаемой среды: струнные, духовые, ударные и электронные. Однако с физической точки зрения ключевым является вопрос: что именно начинает колебаться первым?

В основу физических классификаций положены следующие величины и явления:

• Тип колеблющегося тела (источник звука): Это главная характеристика. Звук возникает при механических колебаниях. В зависимости от того, что колеблется, выделяют четыре основных класса:
  • Идиофоны : колеблется само тело инструмента (например, ксилофон, колокол). Здесь важна упругость материала и геометрия тела.
  • Мембранофоны : колеблется натянутая мембрана (барабан). Ключевые параметры — натяжение T, площадь поверхности и плотность мембраны.
  • Хордофоны : колеблется струна (скрипка, гитара). Частота основного тона определяется формулой для струны: f=1/2LT/μ где L — длина струны, T — сила натяжения, μ — линейная плотность.
  • Аэрофоны : колеблется столб воздуха внутри трубы или тростника (флейта, труба). Частота зависит от длины воздушного столба l и скорости звука v: f=v/4l (для закрытой трубы) или f=v/2l (для открытой трубы).
• Частота и спектр гармоник: Хотя это результат работы инструмента, конструкция направлена на формирование определённого тембра (спектра частот).
• Резонанс: Во всех случаях используется явление резонанса для усиления звука. Корпус гитары или корпус скрипки являются резонаторами, настроенными на определённые частоты.

Проверим логику на примере. Если мы возьмём гитару и флейту, то в оркестре они относятся к разным группам (струнные и духовые). С точки зрения физики (системы Хорнбостеля — Закса) они тоже разные: у гитары источник — струна (хордофон), у флейты — воздух (аэрофон). Но если взять маракасы и барабан, то внешне оба могут быть «ударными», но физически маракасы — идиофоны (или шейкеры, где колеблются шарики внутри), а барабан — мембранофон. Таким образом, физическая классификация точнее отражает природу возникновения звуковой волны.

Ответ подтверждает существование классификаций и указывает на их физическую основу.