С явлениями акустики сталкивается каждый. Вслушаемся в окружающий нас мир. Мы начинаем вдруг слышать звуки, на которые только что не обращали никакого внимания. Тикают часы, звучит где-то музыка, свистит ветер, щебечет вдали птичка. Трудно также назвать область техники, которая не сталкивалась бы с акустическими вопросами: изготовители музыкальных инструментов ищут способы улучшения акустических свойств своей продукции, строители заняты поисками уменьшения бытовых и производственных шумов, акустические методы исследования позволяют без разрушения детали установить ее качество, сложный стенд в считанные минуты даст полную справку о работе деталей в двигателе автомобиля и танка — и эти важные сведения  будут получены только на основе анализа звуковых колебаний.

Звук — это распространяющиеся в упругих средах (газах, жидкостях и твердых телах) механические колебания. Учение о звуке, по классическому определению, и есть акустика. По аналогии, акустика музыкальных инструментов, или музыкальная акустика — учение о музыкальном звуке.

В природе существует множество процессов, сопровождающихся колебаниями, основные законы которых во всех случаях одинаковы. Чем же отличаются от остальных звуковые колебания, порождающие звуки музыки? Как и почему происходят колебания, способные отражать действительность в звуковых художественных образах, то есть быть музыкой? Ответы на эти вопросы дает музыкальная акустика.

Существует несколько определений этого предмета, помимо уже упоминавшегося. В соответствии с одним из них, Музыкальная акустика — наука, изучающая природу музыкальных звуков и созвучий, а также музыкальные системы и строи. Но более полным, на наш взгляд, является такое определение: Музыкальная акустика — наука об образовании, распространении и восприятии звуков музыки. Здесь в полной мере обозначен круг вопросов предмета, указаны его основные аспекты. Важное отличие этого определения от предыдущих состоит в том, что, согласно первому, в музыкальной акустике изучаются только музыкальные звуки, согласно второму — вообще звуки, которые могут быть как музыкальными, так и немузыкальными, то есть шумами. Известно, что композиторы широко используют в музыкальных произведениях различные шумовые эффекты, которые могут со-здаваться и музыкальными инструментами, поэтому исключать эти звуки, применяемые в музыке, было бы неправильно, тем более что почти в любом музыкальном звуке имеется примесь шума

Истоки акустики можно проследить до древнейших времен.  Точно установить, когда первобытный человек впервые обратил внимание на то, что звуки природы могут быть приятными на слух, уже невозможно, но то, что это наблюдение было основой для создания музыкального искусства, можно утверждать с определенностью. Иначе человек не начал бы изобретать музыкальные инструменты. И можно также утверждать, что создавал он свои музыкальные инструменты за много тысяч лет до того, как стал интересоваться и изучать природу музыкальных звуков.

Древние музыкальные инструменты намного старше, чем первые дошедшие до нас сведения об акустике. По-видимому, наиболее древние музыкальные инструменты — духовые. Различные свистульки и дудки из рогов животных и раковин находят в раскопках палеолита — древнекаменного века. Время возникновения древней флейты и трубы-раковины приблизительно 80 000 — 13 000 лет до н. э., флейты с игровыми отверстиями дудки — 5000 — 2000 лет до н. э.

Моложе струнные инструменты, например, арфа, известная по рисункам, найденным при археологических раскопках Древнего Египта. Рисунки арф, высеченные на камнях, датируются пятым тысячелетием до нашей эры.

Акустика так или иначе должна была возникнуть на основе естественного интереса к музыке и к музыкальным инструментам. Точно так же, как приятные для слуха звуки природы побудили человека создавать музыкальные инструменты, так и приятные звуки инструментов вызвали стремление разгадать тайну музыкальных звуков. Таким образом, появление акустики связано с приятными для слуха звуками.

Систематизация физических знаний о природе заложена трудами Аристотеля. Его труды –обширная энциклопедия знаний, итог работ не только самого Аристотеля, жившего в 384–322 гг. до н, э., но и плоды трудов многих поколений до него, суммирование человеческих знаний во многих областях науки и искусства. Система знаний Аристотеля почти две тысячи лет была фундаментом науки. Для музыкальной акустики особый интерес представляет Аристотелево учение о движении и музыке. Правильны мысли о распространении звука в воздухе. Если во времена Пифагора знали, что звук каким-то образом связан с действием воздуха, то Аристотель делает в этой области шаг вперед и уже утверждает, что звук создается благодаря волнам сжатия. Воспитатель Александра Македонского пытался основать физику музыкального звука на наблюдении и эксперименте, но Аристотелевой физике все же не хватало глубины обобщений.

Северинус Бетиус (480–525 г. н. э.) написал пять книг по музыке, в которых обстоятельно изложил музыкально-теоретические учения того времени. Наряду с «Проблемами» Аристотеля эти книги являются одним из основных источников сведений по музыкальной акустике древних. Приведем некоторые выдержки из книг Бетиуса, которые замечательны тем, что взгляды, изложенные в них,  близки к современным воззрениям: «Если бы все вещи находились в состоянии покоя, то ни один звук не коснулся бы нашего слуха. Так было бы и при прослушивании любого движения, при котором вещи не могли бы производить между собой удара. Таким образом, для возникновения звука необходим удар. Возникновению удара, однако, по необходимости должно предшествовать движение.

Итак, если должен возникнуть звук, то должно быть налицо и движение. Каждое движение содержит в себе как момент скорости, так и момент медленности. Если движение при ударе медленное, то возбуждается более низкий тон, ибо подобно тому как медленное движение ближе к состоянию покоя, так и низкий тон ближе к молчанию. Быстрое движение приводит к высокому звучанию. Кроме того, низкий тон, повышаясь, достигает середины, а высокий тон достигает ее, понижаясь. Вся совокупность частей соединяется в известной пропорции. Пропорции же познаются, главным образом, в числах. В зависимости от многократных или подразделенных пропорций слышатся либо созвучные, либо несозвучные тоны. Созвучные тоны – это такие тоны, которые, взятые одновременно, создают приятное и слитное звучание. Несозвучные тоны – это такие тоны, которые, взятые одновременно, не создают приятного и слитного звучания». 

Перешагнем далее сразу через тысячу лет, поскольку история музыкальной акустики за этот период не была богата яркими открытиями, во всяком случае удивительные и интересные события происходят в XVI столетии. Начиная с конца XVI века в центре внимания исследователей стояла проблема установления связи между высотой тона и числом колебаний тела. Сейчас уже невозможно установить точно, сколько ученых занималось этой проблемой и каким путем пришло к ее решению. Известно, что в 1585 году итальянец Джованни Бенедетта опубликовал в Турине трактат о музыкальных интервалах, в котором он утверждает, что в одних и тех же интервалах, с одинаковым отношением высот звуков будут равны и отношения частот колебательного движения тел, производящих эти звуки. Некоторые свои расчеты к доказательству связи между высотой звука и частотой колебаний публикует в 1618 году француз Исаак Бикман.

Но открытие этой связи обычно приписывают двум другим ученым: французскому монаху Марену Мерсенну (1588–1648) и великому Галилео Галилею (1564–1642). Мерсенн более глубоко, чем Бенедетта и Бикман, исследовал колебания струн, и проведенные им экспериментальные исследования позволили ему сделать вывод, что при равнозначных условиях частота колебания струн обратно пропорциональна длине струны и прямо пропорциональна квадратному корню из площади поперечного сечения струны. Очевидно, в это время родился опыт по установлению связи высоты колебаний с частотой при помощи зубчатого колеса, которое при своем вращении задевало за кусок картона; при этом частота и высота звука увеличивались, если выбиралось колесо с большим числом зубьев (при одинаковой скорости вращения колес). Этот опыт нередко ставится и в наши дни.

Хотя Галилей, по-видимому, и не был первооткрывателем связи высоты тона и частоты колебаний, как, впрочем, утверждают некоторые литературные источники, он все же внес существенный вклад в прояснение этой проблемы. Галилей блестяще выразил многие фундаментальные идеи музыкальной акустики, что дает повод считать его одним из основателей современной акустики.

В своих знаменитых «Беседах и математических доказательствах, касающихся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению» – главном труде Галилея,вышедшем в Лейдене в 1638 году и содержащем в систематическом виде изложение всего сделанного им в механике, Галилей рассуждает о вибрации тел. Начиная с рассмотрения движения маятника, автор переходит затем к рассмотрению разнообразных акустических явлений. Маятник не является источником звуковых колебаний ни для какого музыкального инструмента, но на его примере открыто много законов акустики. Галилей нашел, что периоды колебаний маятников равной длины одинаковы, даже если один маятник – свинцовый, а другой – пробковый шары, что частота колебаний маятника зависит от длины подвеса и что период колебания маятника не зависит от амплитуды колебания, какой бы большой она ни была. И великие ошибаются.  Последнее утверждение Галилея – неправильно: при больших амплитудах колебаний маятника и большинства других источников вибраций период колебаний изменяется, хотя и незначительно. Даже такой эталон частоты, как камертон, как было установлено много лет после Галилея, при больших амплитудах в начале колебания имеет несколько большую частоту по сравнению с частотой в конце колебаний, когда амплитуды малы (хотя на слух мы этого и не замечаем).

Таким образом, Галилей в «Беседах», называемых им самим своим шедевром, рассматривает вопросы, стоявшие в центре внимания в области музыкальной акучстики в XVII веке: получение звука с помощью колебаний, связь высоты тона и частоты колебаний, распространение звука в воздухе, явление резонанса, музыкальные интервалы, колебания струны (экспериментальное изучение) и зависимость частоты струны от еѐ геометрических и физических параметров.  Начиная с XVII века развивается и теоретическая, математическая база музыкальной акустики. Для описания колебаний всевозможных встречающихся в музыкальных инструментах источников необходим был математический аппарат.....

По материалам книги В. Г. Порвенкова "Акустика и настройка музыкальных инструментов".

Книга издана в 1990 г., Москва, "Музыка" и получила хорошие отзывы читателей.  "Господа! Читайте классический труд Порвенкова В.Г. "Акустика и
настройка музыкальных инструментов".