Zpívající křídlatka
4. 6. 2008
Hudební produkce v podání divoce rostoucí rostliny křídlatky a studentů Střední školy stavební v Jihlavě pod vedením jejich fyzikáře Tomáše Krásenského nám za Michaelovy asistence odhalí zákonitosti hudební akustiky.
Michael: Dnešní příběh začíná před více než 150 lety na Dálném východě. Odtud si tehdy Holanďan Siebold přivezl zvláštní rostliny.
Vypadají hezky a rychle rostou, a tak si brzy získaly mnoho obdivovatelů. Dnes je najdeme po celé Evropě.
Michael: Je to křídlatka japonská.
Křídlatka se však už dávno změnila z rostliny okrasné na invazivní organizmus. Nekontrolovaně se šíří krajinou a vytlačuje původní vegetaci. Pro nás se však stala surovinou pro zhotovení hudebních nástrojů. Spolu s Michaelem vstupujeme do raně barokního kostela sv. Ignáce na Masarykově náměstí v Jihlavě. Zvuk zdejších varhan potvrzuje, že fyzika sice není všechno, ale ve všem najdete fyziku.
To, že slyšíme Bachovu hudbu, nám zprostředkuje sluch na základě dějů, které mají fyzikální povahu a které umíme vyjádřit také matematicky. A o jaké děje jde? Je to chování pevných látek a plynů, o vlastnosti kmitů a vln. Úryvek ze skladby Johanna Sebastiana Bacha nám zahrál Martin Nikodým, loňský absolvent Střední školy stavební v Jihlavě.
A právě sem dnes přivedly Michaela pokusy se zvukem a hudbou, jak je zdejší studenti probírají v hodinách fyziky. Hudba provází člověka od nepaměti. Lidé začali svůj hlas a taneční pohyb brzy doprovázet nástroji, vydávajícími zvuk. Mezi nejstarší určitě patří píšťalky a flétny.
Tomáš Krásenský, učitel fyziky a biologie, SŠS Jihlava: Když vezmu flašku od limonády, můžu na ni zahrát celou řadu tónů. Stejně tak, když vezmu uříznuté stéblo křídlatky, můžu na ně zahrát další tóny. Pokud těch tónů chci zahrát víc, potřebuji jednotlivá stébla svázat do škály. A na takový nástroj si už můžeme zahrát písničku.
Kluci vytvořili lidské varhany, které jsou prapodstatou varhan skutečných.
Michael: The boys showed me the correct method just how to make the wholes in flute. First what we have to do is to heat up some ordinary nails embeded in wood to very high temperatures. When we set the right temperature, I can take my piece and push through a whole.
Kluci mi ukázali správný postup, jak do flétny udělat otvory. Napřed musí na velice vysokou teplotu rozpálit nějaký obyčejný hřebík, upevněný ve dřevě. Když je dost horký, vezmu si svůj kus a protlačím dovnitř otvor.
Michael: A to je první otvor – ten největší. A jmenuje se hubička.
Na hraně trubky nebo otvoru se vzduch rozkmitá, tím vytváří tlakový impuls, který se trubkou šíří až ke dnu. Tam se odrazí a letí zpět – a pořád dokola. Vzniká tak tón, jehož výška závisí na délce trubky.
Michael: A kromě hubičky ještě musíme vypálit dalších sedm otvorů. Ale jak víme, kde je máme vypálit?
Tomáš Krásenský, učitel fyziky a biologie, SŠS Jihlava: To vím buď ze zkušenosti, anebo udělám to, že vezmu zobcovou flétnu a vzdálenost otvorů podle ní odměřím.
Michael: A jak mají být velké ty otvory?
Tomáš Krásenský, učitel fyziky a biologie, SŠS Jihlava: Čím jsou menší, tím je ten tón vyšší. Takže když potřebuji tón prohloubit, otvor zvětším.
Michael: A má nějaký zvukový efekt, pokud ty otvory byly dál od sebe?
Tomáš Krásenský, učitel fyziky a biologie, SŠS Jihlava: Samozřejmě to má velký vliv. Čím jsou otvory dál, tím je interval mezi tóny větší.
Jak jste viděli, píšťaly Panovy flétny tvoří zvláštní schůdky. Matematik by řekl, že jde o takzvanou geometrickou posloupnost. Okolo muziky ji najdete leckde: Kromě varhanních píšťal i na strunách klavíru nebo harfy, na pražcích kytary i jinde.
Michael: Our ears were able to beautifully hear Beethoven. And with the help of an oscilloscope we’re able to see the music coming from the piano. But can we really see sound without the help of a computer?
Naše uši krásně slyšely Beethovena. A pomocí osciloskopu jsme mohli vidět hudbu vycházející z klavíru. Ale opravdu můžeme vidět zvuk bez pomoci počítače?
Tomáš Krásenský, učitel fyziky a biologie, SŠS Jihlava: Zvuk je vlnění vzduchu. A to samozřejmě není vidět. Ale můžeme vidět jiná vlnění. Například vlnění řetězu. Kristýna s Pavlem představují pevné konce a uprostřed je místo, které se vlní nejvíc. Tomu říkáme kmitna, těm pevným koncům říkáme uzly. Zkusíme udělat i dvě vlnky. Výborně. Tak – a tohle je půlvlna, toto je druhá půlvlna, dohromady je to celá vlna. Tady je jeden uzel, druhý uzel, třetí uzel a uprostřed jsou dvě kmitny.
Stejným způsobem běhá vlnění ve flétně, na struně klavíru nebo kytary, v píšťalách varhan a u dalších nástrojů.
Michael: Ale jak dovede lidské ucho rozlišit zvuk bendža … od zvuku kytary?
Tomáš Krásenský, učitel fyziky a biologie, SŠS Jihlava: To díky vlastnosti, které se říká barva zvuku. Tu barvu zvuku můžeme docela pěkně vidět na obrazovce osciloskopu. Podívejte se: Když zahraji na frkačku, objeví se úplně jiný průběh křivky, než když zahraji na flétnu nebo na foukací harmoniku. Můžeme tímhle způsobem rozlišit i hlásky lidské řeči: Čili „á“ vypadá úplně jinak než „ú“. Pomocí zobcové flétny můžeme ukázat ještě dvě důležité vlastnosti, které zvuk má. Zaprvé je to frekvence. Když je tón vyšší, vlny jdou za sebou rychleji. Když je hlubší, jdou vlny za sebou pomaleji. A další důležitá vlastnost je síla tónu. Když je tón silnější, jsou vlny vysoké, když je tón slabý, jsou vlny nízké.
Fyzika a muzika – jak se to rýmuje? Jak vidíte, docela dobře. A to jsme probrali jen to opravdu nejzákladnější. Třeba vás právě ty dnešní pokusy přitáhnou k muzice. Anebo i k fyzice.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough