Con este artículo comenzaré el próximo ciclo biográfico dedicado a los científicos, gracias al cual realmente sabemos mucho sobre la naturaleza física del sonido.
Mi elección no es accidental, ya que Hermann Helmholtz sentó las bases fundamentales de áreas de conocimiento científico como: acústica, electrodinámica, fisiología del oído, psicoacústica. La contribución de este científico a la física en general y a la acústica en particular es difícil de sobreestimar. Con respecto al equipo de sonido y los instrumentos musicales, es difícil imaginar algo donde no se utilicen los descubrimientos y estudios de esta persona.
Helmholtz creó por primera vez el prototipo electromecánico de un sintetizador de sonido, describió el mecanismo de la audición, construyó un modelo del oído humano y confirmó la naturaleza ondulatoria del sonido. El científico pertenece al primero, y una de las definiciones más armoniosas del timbre (según el profesor Aldoshina, determinó la investigación del sonido en esta área durante 100 años), la creación de un resonador y estudios detallados de vibraciones de cuerdas. Como verdadero hijo de su tiempo, Helmholtz se dedicaba no solo a la acústica, entre el trabajo del investigador: investigación en matemáticas, la naturaleza de la electricidad, psicología, termodinámica, óptica, fisiología, medicina, meteorología.
En otras palabras, Helmholtz estaba involucrado en todo lo que en su tiempo podría llamarse innovador, todo lo que era la vanguardia de la ciencia y el progreso. Helmholtz fue uno de los líderes de la comunidad física de Alemania a mediados y finales del siglo XIX. No es casualidad que la mayor asociación de centros de investigación alemanes lleva su nombre.
La infancia de un genio: el hijo de un nacionalista humanista, un gimnasio mediocre
German Helmholtz nació el 31 de agosto de 1821, en la familia del profesor de filología Ferdinand Helmholtz, profesor de alemán, subdirector del gimnasio Potsdam y ama de casa Caroline Helmholtz (nee Penn), de origen estadounidense.
Es interesante que el padre del científico August-Ferdinand-Julius Helmholtz estudió teología en la Universidad de Berlín, luego completó sus estudios en la facultad de filología alemana, es decir. fue un humanista hasta la médula de los huesos.
Como un verdadero nacionalista que soñaba con el renacimiento de Alemania, Ferdinand interrumpió sus estudios en la universidad y, como voluntario voluntario, participó en las hostilidades en 1813-1815. Después de completar sus estudios en 1820, August Ferdinand toma el lugar de un maestro en un gimnasio en Potsdam y se casa con Carolina Penn ese mismo año. Un año después, nace el primogénito, que está destinado a convertirse en un genio y cambiar (y en algunos casos formar) las ideas de los contemporáneos sobre la naturaleza de una gran cantidad de fenómenos.
Curiosamente, cuando era niño, el alemán Helmholtz no mostró signos de genio y, en principio, no mostró ninguna esperanza de un futuro prometedor. Según los recuerdos de los padres, el futuro científico fue muy doloroso y desde temprana edad sufrió un trastorno de la memoria, con gran dificultad distinguida entre los lados derecho e izquierdo. Al estudiar en el gimnasio en el que su padre enseñaba, Herman era un estudiante extremadamente mediocre, tenía problemas con la gramática. La última circunstancia es especialmente extraña, dada la educación de su padre.
Sin embargo, las deficiencias de las habilidades humanitarias fueron más que compensadas por una inclinación por las ciencias exactas y naturales: física, biología y matemáticas. Según las memorias del propio científico, incluso en sus años escolares estaba interesado en la óptica y, como estudiante de gimnasio, formuló varios teoremas ópticos. De una forma u otra, pero los talentos de Helmholtz no fueron aceptados por los maestros del gimnasio, y a la edad de 17 años Herman completó sus estudios con un certificado no muy impresionante.
El mejor físico entre los médicos.
A pesar del estado social relativamente alto de la familia del futuro científico, la situación financiera de los padres no permitió que el joven Helmholtz estudiara por su cuenta. Como alternativa, por recomendación de familiares, Herman elige la carrera de cirujano militar. Es posible que la elección de un joven estuviera influenciada por la exitosa experiencia del servicio militar y la convicción de su padre.
Se cree que la elección se debió a la oportunidad de obtener una educación gratuita en el Royal Royal Medical Medical and Surgical Institute of Friedrich-Wilhelm, con distribución obligatoria como médico militar durante 8 años. Después de graduarse con éxito de la universidad, Helmholtz practicó en su casa en Potsdam. En el acogedor "sanbate médico" de los "cuarteles" de Potsdam, el médico y el físico vegetaron hasta 1848, cuando, gracias a trabajos justos en el campo científico, no recibió la "liberación temprana" de la distribución estatal. Cabe señalar que durante el servicio Helmholtz encuentra tiempo y oportunidades para la investigación. Este período de la vida del científico está asociado con descubrimientos en el campo de las leyes físicas fundamentales.
La terminación temprana del servicio militar por parte de los científicos se debió a la petición de Humboldt, que, admirando la monografía de Helmholtz Über die Erhaltung der Kraft - (Sobre la preservación de la fuerza), presionó a las autoridades del físico como una gran figura en la ciencia europea. En este trabajo fundamental, Helmholtz apoya la ley de conservación de energía de Mayer, formulándola con mayor precisión y sin dejar lugar a debate sobre su existencia. Más tarde, el científico dedicará varios trabajos más al tema de la conservación de la energía en los procesos químicos, y en 1881 se formará una idea de la energía libre.
En 1848, después de servir, Helmholtz se convirtió en profesor de anatomía en la Academia de Artes de Berlín. Sin embargo, ha estado en esta posición por menos de un año. Un año después, la gloria de la estrella emergente de la ciencia alemana le otorga el título de profesor de fisiología y patología, así como un lugar en la prestigiosa Universidad de Koenigsberg.
Paralelamente a la física, Helmholtz se dedica a la investigación en el campo de la fisiología. El enfoque del científico está en la audición y la visión, así como en los procesos neurofisiológicos y el crecimiento de las fibras nerviosas. Muchos consideran al científico uno de los "bisabuelos" de la psicología cognitiva moderna, la neurofisiología y la neurología. Fue él quien hizo el primer intento de describir la influencia de los procesos inconscientes en la percepción, notó la relación de la psique y las reacciones musculares, y comenzó el estudio de los procesos de memoria y la acumulación de experiencia.
Entre los estudios de este período de la vida de un físico, se puede descubrir el descubrimiento de la velocidad de propagación de un impulso nervioso. Al mismo tiempo, Helmholtz está experimentando activamente con la óptica. La investigación activa está dando sus frutos, en los años 1850-1851, el científico inventó un oftalmoscopio y un oftalmómetro, los dispositivos ocuparán su lugar en la práctica médica y científica.
Descubrimientos e inventos acústicos
A lo largo de su trabajo científico, el científico con gran interés realiza investigaciones relacionadas con la fisiología de la audición y la psicoacústica. En los años 1849-1850, el científico descubrió el fenómeno de la resonancia acústica en una cavidad (resonancia Helmholtz) y para el análisis de señales acústicas creó un dispositivo especial: un resonador.
Resonador Helmholtz: un recipiente esférico de cobre con cuello abierto, inventado por Helmholtz para analizar señales acústicas, basado en los fenómenos observados por Helmholtz y Rayleigh, se ha desarrollado una teoría cuantitativa de resonancia de este tipo.
Hoy en día, el principio del resonador Helmholtz se utiliza activamente en el procesamiento acústico de salas, la creación de salas de conciertos, salas de exposición, estudios de grabación de sonido, cámaras anecoicas, así como silenciadores de automóviles.
Paneles acústicos, en los que se aplica el principio del resonador Helmholtz.En 1855, el científico se convirtió en el jefe del Departamento de Anatomía y Fisiología en Bonn. En esta posición, en 1856, estudiando de cerca la fisiología de las sensaciones y los fundamentos físicos de la acústica, el científico crea un modelo del oído humano, que le permite a uno estudiar el efecto del sonido en el órgano auditivo humano. En el mismo año, Helmholtz exploró los tonos combinados, sentó las bases para el estudio de las distorsiones no lineales de las ondas sonoras. Al crear la teoría de los tonos combinados, Helmholtz fue el primero en llamar la atención sobre la no linealidad del tracto auditivo humano, en particular el tímpano.
En 1858, el científico volvió a cambiar su lugar de trabajo y se convirtió en el jefe del Departamento de Fisiología en Heidelberg, donde continuó la investigación física, fisiológica y psicoacústica. Entre 1850 y 1870 (no hay información sobre la hora exacta) Helmholtz desarrolla uno de los primeros prototipos de un sintetizador moderno, un dispositivo que le permite recibir electromecánicamente el sonido de la frecuencia requerida presionando la tecla correspondiente. En la actualidad, el aparato se conoce como el "Gran aparato de Helmholtz para conectar tonos de 10 armónicos" o el sintetizador de Fourier.
En el proceso de estudiar las características del sonido, es Helmholtz quien da la primera definición científica del timbre, en la cual los investigadores de esta propiedad del sonido se basarán durante décadas.
"Un timbre es una diferencia en la calidad musical de un tono (timbre) depende solo de la presencia y la fuerza de los tonos parciales (sobretonos), y no depende de la diferencia de fase con la que estos tonos parciales entran en la composición".
Solo en los años 70 del siglo XX se puede complementar el concepto armonioso del timbre.
En numerosos trabajos sobre acústica y fisiología de la audición, Helmholtz demuestra de manera concluyente que las sensaciones, incluida la audición, son de naturaleza física. Mientras que la doctrina prevaleciente de la época interpretaba las sensaciones y percepciones sobre la base del enfoque teológico, como un acto espiritual incomprensible.
Reconocimiento mundial y puesta del sol de la ciencia alemana
En 1870, el científico se convirtió en miembro de la Academia de Ciencias de Prusia, donde dirige el primer departamento físico y luego dirige el instituto de física. Durante este período, Helmholtz se concentró en el estudio de la electrodinámica. El científico continúa la investigación científica activa hasta el final de su vida. Los contemporáneos están impresionados por la fecundidad e incansabilidad de un colega que combina la investigación con la enseñanza activa.
Quiero señalar que la acústica no ocupó menos al científico, y algunos períodos incluso más que otras áreas del conocimiento físico. Al mismo tiempo, el científico recibe reconocimiento de por vida en el entorno científico mundial principalmente para la investigación en el campo de la física fundamental y matemática. La comprensión y el significado de la investigación acústica de Helmholtz llega mucho más tarde, cuando la investigación encuentra una aplicación práctica.
Entre los estudiantes y socios de la investigación de Helmholtz, los nombres de científicos como: V. Wundt, G. Herz, L. Boltzmann, I.M. Sechenov, D.A. Lachinov, A.G. Stoletov, K.A. Timiryazev. Los puestos que ocupa el científico hablan elocuentemente sobre su importancia para la ciencia mundial y alemana: el director del Instituto de Física, el rector de la Universidad de Berlín, el presidente del instituto imperial de física y tecnología. La membresía de Helmholtz en las Academias de Ciencias británicas, de Praga y San Petersburgo da testimonio del reconocimiento internacional.
Al final de su vida, el científico experimenta cada vez más problemas de memoria con los que había estado familiarizado desde la infancia, pero continúa trabajando y enseñando con persistencia maníaca. La muerte superó a un genio en Berlín en septiembre de 1894.