Com este artigo, começarei o próximo ciclo biográfico dedicado aos cientistas, graças ao qual realmente sabemos muito sobre a natureza física do som.
Minha escolha não é acidental, pois Hermann Helmholtz lançou as bases fundamentais de áreas do conhecimento científico como: acústica, eletrodinâmica, fisiologia da audição, psicoacústica. É difícil superestimar a contribuição desse cientista para a física em geral e para a acústica em particular. Em relação aos equipamentos de som e instrumentos musicais, é difícil imaginar qualquer coisa em que as descobertas e estudos dessa pessoa não sejam usados.
Helmholtz criou primeiro o protótipo eletromecânico de um sintetizador de som, descreveu o mecanismo da audição, construiu um modelo do ouvido humano, comprovou a natureza das ondas do som. O cientista pertence ao primeiro, e uma das definições mais harmoniosas do timbre (de acordo com o professor Aldoshina, determinou a pesquisa do som nessa área por 100 anos), a criação de um ressonador e estudos detalhados das vibrações das cordas. Como verdadeiro filho de seu tempo, Helmholtz estava envolvido não apenas em acústica, entre os trabalhos do pesquisador - pesquisas em matemática, natureza da eletricidade, psicologia, termodinâmica, óptica, fisiologia, medicina, meteorologia.
Em outras palavras, Helmholtz estava envolvido em tudo o que em seu tempo poderia ser chamado de inovador, tudo o que era a vanguarda da ciência e do progresso. Helmholtz foi um dos líderes da comunidade física da Alemanha em meados do século XIX. Não é por acaso que a maior associação de centros de pesquisa alemães recebeu o nome dele.
A infância de um gênio: o filho de um nacionalista humanista, um ginásio medíocre
O alemão Helmholtz nasceu em 31 de agosto de 1821, na família do professor de filologia Ferdinand Helmholtz, professor de alemão, sub-reitor do ginásio de Potsdam e dona de casa Caroline Helmholtz (nee Penn), de origem americana.
É interessante que o pai do cientista August-Ferdinand-Julius Helmholtz estudou teologia na Universidade de Berlim, mais tarde completou seus estudos na faculdade de filologia alemã, ou seja, era um humanista da medula óssea.
Como um verdadeiro nacionalista que sonhava com o renascimento da Alemanha, Ferdinand interrompeu seus estudos na universidade e, como voluntário voluntário, participou das hostilidades em 1813-1815. Depois de completar seus estudos em 1820, August Ferdinand assume o lugar de um professor em um ginásio em Potsdam e se casa com Carolina Penn no mesmo ano. Um ano depois, nasce o primogênito, que está destinado a se tornar um gênio e mudar (e em alguns casos formar) as idéias dos contemporâneos sobre a natureza de um grande número de fenômenos.
Estranhamente, quando criança, o alemão Helmholtz não mostrava sinais de gênio e, em princípio, não mostrava nenhuma esperança de um futuro promissor. Segundo as lembranças dos pais, o futuro cientista foi muito doloroso e, desde tenra idade, sofreu de um distúrbio de memória, com grande dificuldade em distinguir os lados direito e esquerdo. Estudando no ginásio em que seu pai lecionava, Herman era um aluno extremamente medíocre, tinha problemas com a gramática. A última circunstância é especialmente estranha, dada a educação de seu pai.
No entanto, as deficiências das habilidades humanitárias foram mais do que compensadas por uma propensão para as ciências exatas e naturais: física, biologia e matemática. De acordo com as memórias do próprio cientista, mesmo em seus anos de escola, ele se interessava por óptica e, como estudante de ginásio, formulou vários teoremas ópticos. De um jeito ou de outro, mas os talentos de Helmholtz não foram aceitos pelos professores do ginásio, e aos 17 anos de idade, Herman concluiu seus estudos com um certificado não muito impressionante.
O melhor físico entre os médicos
Apesar do status social relativamente alto da família do futuro cientista, a situação financeira dos pais não permitiu que o jovem Helmholtz estudasse às suas próprias custas. Como alternativa, por recomendação de parentes, Herman escolhe a carreira de cirurgião militar. É possível que a escolha de um jovem tenha sido influenciada pela experiência bem-sucedida do serviço militar e pela convicção de seu pai.
Acredita-se que a escolha tenha sido devido à possibilidade de educação gratuita no Royal Royal Medical and Surgical Institute de Friedrich-Wilhelm, com alocação obrigatória como médico militar por 8 anos. Depois de se formar na universidade, Helmholtz praticou em casa, em Potsdam. No acolhedor "sanbate médico" do "quartel" de Potsdam, o médico e o físico vegetaram até 1848, quando, graças aos trabalhos justos no campo científico, ele não recebeu "liberação antecipada" da distribuição do estado. Note-se que durante o serviço Helmholtz encontra tempo e oportunidades para pesquisa. Esse período da vida do cientista está associado a descobertas no campo das leis físicas fundamentais.
O término antecipado do serviço militar pelos cientistas foi devido à petição de Humboldt, que, admirando a monografia de Helmholtz, Über die Erhaltung der Kraft - (Sobre a preservação da força), pressionou as autoridades do físico como uma grande figura na ciência européia. Neste trabalho fundamental, Helmholtz apóia a lei de conservação de energia de Mayer, formulando-a com mais precisão e não deixando espaço para debate sobre sua existência. Mais tarde, o cientista dedicará vários outros trabalhos ao tema da conservação de energia em processos químicos e, em 1881, formará uma idéia de energia livre.
Em 1848, depois de servir, Helmholtz tornou-se professor de anatomia na Academia de Artes de Berlim. No entanto, ele está nessa posição há menos de um ano. Um ano depois, a glória da estrela em ascensão da ciência alemã lhe traz o título de professor de fisiologia e patologia, além de um lugar na prestigiada Universidade de Koenigsberg.
Paralelamente à física, Helmholtz está envolvido em pesquisas no campo da fisiologia. O foco do cientista está na audição e na visão, bem como nos processos neurofisiológicos e no crescimento das fibras nervosas. Muitos consideram o cientista um dos "bisavôs" da psicologia cognitiva moderna, neurofisiologia e neurologia. Foi ele quem fez a primeira tentativa de descrever a influência dos processos inconscientes na percepção, notou a relação entre a psique e as reações musculares e iniciou o estudo dos processos de memória e o acúmulo de experiência.
Entre os estudos desse período da vida de um físico, destaca-se a descoberta da velocidade de propagação de um impulso nervoso. Ao mesmo tempo, Helmholtz está experimentando ativamente a óptica. A pesquisa ativa está dando frutos, nos anos de 1850 a 1851, o cientista inventou um oftalmoscópio e um oftalmômetro, os dispositivos terão seu lugar na prática médica e científica.
Descobertas e invenções acústicas
Ao longo de seu trabalho científico, o cientista com grande interesse realiza pesquisas relacionadas à fisiologia da audição e da psicoacústica. Nos anos 1849-1850, o cientista descobriu o fenômeno da ressonância acústica em uma cavidade (ressonância de Helmholtz) e, para a análise de sinais acústicos, criou um dispositivo especial - um ressonador.
Ressonador Helmholtz - um vaso esférico de cobre com pescoço aberto, inventado por Helmholtz para analisar sinais acústicos, com base nos fenômenos observados por Helmholtz e Rayleigh, uma teoria quantitativa de ressonância desse tipo foi desenvolvida.
Hoje, o princípio do ressonador Helmholtz é usado ativamente no processamento acústico de salas, na criação de salas de concertos, salas de exposições, estúdios de gravação de som, câmaras anecóicas e silenciadores de automóveis.
Painéis acústicos, nos quais é aplicado o princípio do ressonador HelmholtzEm 1855, o cientista tornou-se chefe do Departamento de Anatomia e Fisiologia em Bonn. Nessa posição, em 1856, estudando de perto a fisiologia das sensações e os fundamentos físicos da acústica, o cientista cria um modelo do ouvido humano, que permite estudar o efeito do som no órgão auditivo humano. No mesmo ano, Helmholtz explorou tons de combinação, lançou as bases para o estudo de distorções não lineares das ondas sonoras. Criando a teoria dos tons combinados, Helmholtz foi o primeiro a chamar a atenção para a não linearidade do trato auditivo humano, em particular o tímpano.
Em 1858, o cientista mudou novamente seu local de trabalho e tornou-se chefe do Departamento de Fisiologia em Heidelberg, onde continuou a pesquisa física, fisiológica e psicoacústica. Entre 1850 e 1870 (não há informações sobre a hora exata), Helmholtz desenvolve um dos primeiros protótipos de um sintetizador moderno, um dispositivo que permite receber eletromecanicamente o som da freqüência necessária pressionando a tecla correspondente. Atualmente, o aparelho é conhecido como "Large Helmholtz para conectar tons de 10 harmônicos" ou o sintetizador de Fourier.
No processo de estudar as características do som, é Helmholtz quem dá a primeira definição científica do timbre, na qual os pesquisadores dessa propriedade do som dependerão por décadas.
“Um timbre é uma diferença na qualidade musical de um tom (timbre) depende apenas da presença e da força dos tons parciais (sobretons) e não depende da diferença de fase com a qual esses tons parciais entram na composição.”
Somente nos anos 70 do século XX é possível complementar o conceito harmonioso de timbre.
Em numerosos trabalhos sobre acústica e fisiologia da audição, Helmholtz prova conclusivamente que as sensações, incluindo a audição, são de natureza física. Enquanto a doutrina predominante da época interpretava sensações e percepções com base na abordagem teológica, como um ato espiritual incompreensível.
Reconhecimento mundial e pôr do sol da ciência alemã
Em 1870, o cientista tornou-se membro da Academia Prussiana de Ciências, onde chefia o primeiro departamento físico e depois lidera o instituto de física. Durante esse período, Helmholtz concentrou-se no estudo da eletrodinâmica. O cientista continua a pesquisa científica ativa até o final de sua vida. Os contemporâneos são atingidos pela fecundidade e incansabilidade de um colega que combina pesquisa com ensino ativo.
Quero observar que a acústica ocupou o cientista nem menos, e alguns períodos ainda mais do que outras áreas do conhecimento físico. Ao mesmo tempo, o cientista recebe reconhecimento vitalício no ambiente científico mundial, principalmente para pesquisas no campo da física fundamental e matemática. A compreensão e o significado da pesquisa acústica de Helmholtz ocorrem muito mais tarde, quando a pesquisa encontra aplicação prática.
Entre os estudantes e parceiros da pesquisa de Helmholtz, os nomes de cientistas como: V. Wundt, G. Herz, L. Boltzmann, I.M. Sechenov, D. A. Lachinov, A.G. Stoletov, K.A. Timiryazev. As posições ocupadas pelo cientista falam eloquentemente sobre seu significado para a ciência mundial e alemã: o diretor do Instituto de Física, o reitor da Universidade de Berlim, o presidente do instituto imperial de física e tecnologia. A participação de Helmholtz nas Academias de Ciências Britânica, Praga e São Petersburgo testemunha o reconhecimento internacional.
No final de sua vida, o cientista está enfrentando cada vez mais problemas de memória com os quais estava familiarizado desde a infância, mas continua trabalhando e ensinando com persistência maníaca. A morte alcançou um gênio em Berlim em setembro de 1894.