Музичний звук та його властивості

П’єса Джона Кейджа «4'33» — це 4 хвилини 33 секунди тиші. За винятком цієї роботи, всі інші використовують звук.

Звук для музики — це те, що фарба для живопису, слово — для письменника, а цегла — для будівельника. Звук - це матеріал музики. Чи повинен музикант знати, як працює звук? Строго кажучи, ні. Адже будівельник може не знати властивостей матеріалу, з якого будує. Те, що будинок завалиться, це не його проблема, це проблема тих, хто буде жити в цьому будинку.

На якій частоті звучить нота до?

Які властивості музичного звуку ми знаємо?

Візьмемо як приклад рядок.

Гучність. Вона відповідає амплітуді. Чим сильніше ми вдаряємо по струні, тим ширше амплітуда її коливань, тим голосніше буде звук.

тривалість. Існують штучні звуки комп’ютера, які можуть звучати як завгодно довго, але зазвичай звук з’являється в певний момент і в якийсь момент припиняється. За допомогою тривалості звуку вибудовуються всі ритмічні фігури в музиці.

Висота. Ми звикли говорити, що одні ноти звучать вище, інші - нижче. Висота звуку відповідає частоті коливання струни. Вимірюється в герцах (Гц): один герц дорівнює одному разу в секунду. Відповідно, якщо, наприклад, частота звуку 100 Гц, це означає, що струна робить 100 коливань за секунду.

Якщо ми відкриємо будь-який опис музичної системи, ми легко знайдемо цю частоту до малої октави становить 130,81 Гц, тому за секунду струна випромінює до, здійснює 130,81 коливань.

Але це неправда.

Ідеальний рядок

Отже, зобразимо те, що ми щойно описали, на малюнку (рис. 1). Поки що відкидаємо тривалість звуку і позначаємо лише висоту та гучність.

Тут червона смуга графічно представляє наш звук. Чим вище ця смужка, тим голосніше звук. Чим далі цей стовпець праворуч, тим вищий звук. Наприклад, два звуки на рис. 2 матимуть однакову гучність, але другий (синій) звучатиме вище, ніж перший (червоний).

Такий графік в науці називають амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ). Прийнято вивчати всі особливості звуків.

Тепер повернемося до рядка.

Якби струна вібрувала як єдине ціле (рис. 3), то вона справді видавала б один звук, як показано на рис. 1. Цей звук мав би певну гучність, залежну від сили удару, і чітко визначену частоту коливання, обумовлене натягом і довжиною струни.

Ми можемо послухати звук, який створюється такою вібрацією струни.

* * *

Звучить бідно, чи не так?

Це тому, що, згідно із законами фізики, струна вібрує не зовсім так.

Всі струнники знають, що якщо торкнутися струни рівно посередині, навіть не притискаючи її до грифа, і вдарити по ній, то можна отримати звук, який називається флаголет. У цьому випадку форма коливань струни матиме приблизно такий вигляд (рис. 4).

Тут струна ніби розділена на дві, і кожна з половинок звучить окремо.

З фізики відомо: чим коротша струна, тим швидше вона коливається. На рис. 4 кожна з половинок у два рази коротша за всю струну. Відповідно, частота звуку, який ми таким чином отримуємо, буде удвічі вищою.

Фішка в тому, що така вібрація струни з'явилася не в той момент, коли ми почали грати на гармоніці, вона була і у «відкритої» струни. Просто коли струна відкрита, таку вібрацію важче помітити, і, поставивши палець посередині, ми її виявили.

Малюнок 5 допоможе відповісти на питання, як струна може одночасно коливатися як ціле, так і як дві половини.

Струна згинається як єдине ціле, і дві півхвилі коливаються на ній, як своєрідна вісімка. Вісімка, що гойдається на гойдалках, ось що таке додавання двох таких типів коливань.

Що відбувається зі звуком, коли струна коливається таким чином?

Все дуже просто: коли струна вібрує як ціле, вона видає звук певної висоти, зазвичай його називають основним тоном. А коли вібрують дві половинки (вісімки), ми отримуємо звук вдвічі вищий. Ці звуки відтворюються одночасно. На АЧХ це буде виглядати так (рис. 6).

Більш темний стовпчик - це основний тон, що виникає в результаті вібрації «всієї» струни, світліший - вдвічі вищий за темний, він виходить від вібрації «вісімки». Кожен стовпчик на такому графіку називається гармонікою. Як правило, вищі гармоніки звучать тихіше, тому друга колонка трохи нижче першої.

Але гармоніки не обмежуються першими двома. Власне, крім і без того хитромудрого доповнення вісімки з розмахом, струна одночасно згинається як три півхвилі, як чотири, як п'ять і так далі. (Рис. 7).

Відповідно до перших двох гармонік додаються звуки, які в три, чотири, п'ять і т. д. разів вищі за основний тон. На АЧХ це дасть таку картину (рис. 8).

Ось такий складний конгломерат виходить, коли звучить лише одна струна. Він складається з усіх гармонік від першої (яка називається основною) до найвищої. Всі гармоніки, крім першої, також називають обертонами, тобто в перекладі на російську мову – «верхні тони».

Ще раз наголошуємо, що це найосновніше уявлення про звук, так звучать усі струни світу. Крім того, з незначними змінами всі духові інструменти дають однаковий звуковий склад.

Коли ми говоримо про звук, ми маємо на увазі саме цю конструкцію:

ЗВУК = ОСНОВНИЙ ТОН + УСІ КІЛЬКІ ОВЕРТОНИ

Саме на основі цієї структури будуються в музиці всі її гармонічні особливості. Властивості інтервалів, акордів, строю та багато іншого можна легко пояснити, якщо знати структуру звуку.

Але якщо всі струни і всі труби звучать так, чому ми можемо відрізнити піаніно від скрипки, а гітару від флейти?

Тембр

Питання, сформульоване вище, можна поставити ще жорсткіше, адже професіонали можуть навіть відрізнити одну гітару від іншої. Два інструменти однакової форми, з однаковими струнами звучать, і людина відчуває різницю. Погодьтеся, дивно?

Перш ніж вирішити цю дивацтво, давайте послухаємо, як би звучала ідеальна струна, описана в попередньому параграфі. Озвучимо графік на рис. 8.

* * *

Начебто схоже на звучання справжніх музичних інструментів, але чогось не вистачає.

Не вистачає «неідеалу».

Справа в тому, що в світі не існує двох абсолютно однакових струн. Кожна струна має свої особливості, хоч і мікроскопічні, але впливають на те, як вона звучить. Недосконалості можуть бути найрізноманітнішими: зміна товщини по довжині струни, різна щільність матеріалу, невеликі дефекти обплетення, зміна натягу під час вібрації та ін. Крім того, звук змінюється в залежності від місця удару по струні, властивостей матеріалу інструменту. (наприклад, сприйнятливість до вологи), як інструмент розташований по відношенню до слухача та багато іншого, аж до геометрії кімнати.

Що роблять ці функції? Вони трохи видозмінюють графік на малюнку 8. Гармоніки на ньому можуть виявитися не зовсім множинними, злегка зміщеними вправо або вліво, може сильно змінюватися гучність різних гармонік, можуть з'являтися обертони, розташовані між гармоніками (рис. 9). .).

Зазвичай всі відтінки звучання відносять до розпливчастого поняття тембру.

Тембр здається дуже зручним терміном для позначення особливостей звучання інструменту. Однак у цьому терміні є дві проблеми, на які я хотів би звернути увагу.

Перша проблема полягає в тому, що якщо ми визначаємо тембр, як ми робили вище, то ми розрізняємо інструменти на слух переважно не по ньому. Як правило, ми вловлюємо відмінності в першій частці секунди звуку. Цей період зазвичай називають нападом, в якому звук тільки з'являється. Решту часу всі sruns звучать дуже схоже. Щоб переконатися в цьому, послухаємо ноту на піаніно, але з «обрізаним» періодом атаки.

* * *

Погодьтеся, впізнати в цьому звучанні всім відоме піаніно досить складно.

Друга проблема полягає в тому, що зазвичай, коли говорять про звук, виділяють основний тон, а все інше відносять до тембру, начебто він незначний і не відіграє ніякої ролі в музичних конструкціях. Однак це зовсім не так. Від основної структури звуку необхідно відрізняти окремі особливості, такі як обертони і відхилення гармонік. Індивідуальні особливості дійсно мало впливають на музичні конструкції. Але фундаментальна структура – ​​множинні гармоніки, показані на рис. 8. – це те, що визначає всю без винятку гармонію в музиці, незалежно від епох, напрямів і стилів.

Про те, як ця структура пояснює музичні конструкції, ми поговоримо наступного разу.

Автор – Роман Олейников Аудіозаписи – Іван Сошинський