Dźwięk muzyczny i jego właściwości

Spektakl „4'33” Johna Cage'a to 4 minuty i 33 sekundy ciszy. Z wyjątkiem tej pracy wszystkie inne wykorzystują dźwięk.

Dźwięk jest dla muzyki tym, czym farba dla malarstwa, słowo dla pisarza, a cegła dla budowniczego. Dźwięk jest materiałem muzyki. Czy muzyk powinien wiedzieć, jak działa dźwięk? Ściśle mówiąc, nie. W końcu budowniczy może nie znać właściwości materiału, z którego buduje. To, że budynek się zawali, to nie jego problem, to problem tych, którzy w tym budynku będą mieszkać.

Z jaką częstotliwością wybrzmiewa nuta C?

Jakie znamy właściwości dźwięku muzycznego?

Weźmy jako przykład ciąg znaków.

Tom. Odpowiada amplitudzie. Im mocniej uderzymy w strunę, tym większa amplituda jej drgań, tym głośniejszy będzie dźwięk.

Trwanie. Istnieją sztuczne dźwięki komputerowe, które mogą brzmieć przez dowolnie długi czas, ale zwykle dźwięk pojawia się w pewnym momencie i zatrzymuje się w pewnym momencie. Za pomocą czasu trwania dźwięku wszystkie figury rytmiczne w muzyce są ustawione w jednej linii.

Wysokość Zwykliśmy mówić, że niektóre nuty brzmią wyżej, inne niżej. Wysokość dźwięku odpowiada częstotliwości drgań struny. Jest mierzony w hercach (Hz): jeden herc to jeden raz na sekundę. Odpowiednio, jeśli na przykład częstotliwość dźwięku wynosi 100 Hz, oznacza to, że struna wykonuje 100 drgań na sekundę.

Jeśli otworzymy dowolny opis systemu muzycznego, łatwo znajdziemy tę częstotliwość do małej oktawy wynosi 130,81 Hz, czyli za sekundę emituje strunę do, wykonuje 130,81 oscylacji.

Ale to nieprawda.

Idealny ciąg

Przedstawmy więc to, co właśnie opisaliśmy na rysunku (ryc. 1). Na razie odrzucamy czas trwania dźwięku i oznaczamy tylko wysokość i głośność.

Tutaj czerwony pasek graficznie reprezentuje nasze brzmienie. Im wyższy pasek, tym głośniejszy dźwięk. Im dalej w prawo w tej kolumnie, tym wyższy dźwięk. Na przykład dwa dźwięki na ryc. 2 będą miały tę samą głośność, ale drugi (niebieski) będzie brzmiał wyżej niż pierwszy (czerwony).

Taki wykres w nauce nazywany jest odpowiedzią amplitudowo-częstotliwościową (AFC). Zwyczajowo bada się wszystkie cechy dźwięków.

Wróćmy teraz do sznurka.

Gdyby struna wibrowała jako całość (rys. 3), to tak naprawdę wydawałaby jeden dźwięk, jak pokazano na ryc. 1. Dźwięk ten miałby pewną głośność, zależną od siły uderzenia i dobrze określoną częstotliwość oscylacje spowodowane napięciem i długością struny.

Możemy słuchać dźwięku wytwarzanego przez takie drganie struny.

* * *

Brzmi słabo, prawda?

Dzieje się tak, ponieważ zgodnie z prawami fizyki struna nie wibruje w ten sposób.

Wszyscy grający na smyczkach wiedzą, że jeśli dotkniesz struny dokładnie w środku, nawet nie dociskając jej do podstrunnicy i uderzysz w nią, możesz uzyskać dźwięk zwany flagowiec. W tym przypadku postać drgań struny będzie wyglądać mniej więcej tak (rys. 4).

Tutaj struna wydaje się być podzielona na dwie części, a każda z połówek brzmi osobno.

Z fizyki wiadomo: im krótsza struna, tym szybciej wibruje. Na ryc. 4 każda z połówek jest dwa razy krótsza niż cała struna. W związku z tym częstotliwość dźwięku, który otrzymamy w ten sposób, będzie dwukrotnie wyższa.

Sztuczka polega na tym, że takie drganie struny nie pojawiło się w momencie, gdy zaczęliśmy grać harmoniczną, było też obecne w strunie „otwartej”. Tyle, że przy rozpiętej strunie takie drganie trudniej zauważyć, a kładąc palec na środku, ujawniliśmy to.

Rysunek 5 pomoże odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób struna może jednocześnie wibrować zarówno jako całość, jak i jako dwie połówki.

Struna wygina się jako całość, a dwie półfale oscylują na niej jak rodzaj ósemki. Ósemka kołysząca się na huśtawce jest tym, czym jest dodanie dwóch takich rodzajów wibracji.

Co dzieje się z dźwiękiem, gdy struna wibruje w ten sposób?

To bardzo proste: kiedy struna wibruje jako całość, emituje dźwięk o określonej wysokości, zwykle nazywany jest tonem podstawowym. A kiedy dwie połówki (osiem) wibrują, otrzymujemy dźwięk dwukrotnie wyższy. Te dźwięki są odtwarzane w tym samym czasie. Na charakterystyce częstotliwościowej będzie to wyglądać tak (ryc. 6).

Ciemniejsza kolumna to główny ton powstający z wibracji „całej” struny, jaśniejsza jest dwa razy wyższa od ciemnej, uzyskiwana jest z wibracji „ósemki”. Każdy słupek na takim wykresie nazywany jest harmoniczną. Z reguły wyższe harmoniczne brzmią ciszej, więc druga kolumna jest nieco niższa niż pierwsza.

Ale harmoniczne nie ograniczają się do pierwszych dwóch. W rzeczywistości, oprócz i tak już skomplikowanego dodania ósemki z wahaniem, struna jednocześnie wygina się jak trzy półfale, jak cztery, jak pięć i tak dalej. (Rys. 7).

W związku z tym dźwięki są dodawane do pierwszych dwóch harmonicznych, które są trzy, cztery, pięć itd. razy wyższe niż ton główny. W przypadku odpowiedzi częstotliwościowej da to taki obraz (ryc. 8).

Tak złożony konglomerat uzyskuje się, gdy brzmi tylko jedna struna. Składa się ze wszystkich harmonicznych od pierwszej (zwanej podstawową) do najwyższej. Wszystkie harmoniczne z wyjątkiem pierwszej nazywane są również alikwotami, czyli w tłumaczeniu na język rosyjski – „tonami wyższymi”.

Jeszcze raz podkreślamy, że jest to najbardziej podstawowa idea dźwięku, tak brzmią wszystkie struny na świecie. Ponadto, z niewielkimi zmianami, wszystkie instrumenty dęte dają taką samą strukturę brzmienia.

Kiedy mówimy o dźwięku, mamy na myśli dokładnie taką konstrukcję:

DŹWIĘK = GRUNT + WSZYSTKIE WIELE OVERTONÓW

To na bazie tej struktury budowane są w muzyce wszystkie jej cechy harmoniczne. Właściwości interwałów, akordów, strojów i wielu innych można łatwo wyjaśnić, znając strukturę dźwięku.

Ale jeśli wszystkie smyczki i wszystkie trąbki tak brzmią, dlaczego możemy odróżnić fortepian od skrzypiec, a gitarę od fletu?

Timbre

Pytanie sformułowane powyżej można postawić jeszcze ostrzej, ponieważ profesjonaliści potrafią nawet odróżnić jedną gitarę od drugiej. Dwa instrumenty o tym samym kształcie, z tymi samymi strunami brzmią, a człowiek czuje różnicę. Zgadza się, dziwne?

Zanim rozwiążemy tę osobliwość, posłuchajmy, jak brzmiałaby idealna struna opisana w poprzednim akapicie. Przeanalizujmy wykres na ryc. 8.

* * *

Wydaje się być podobny do brzmienia prawdziwych instrumentów muzycznych, ale czegoś w nim brakuje.

Za mało „nieidealnych”.

Faktem jest, że na świecie nie ma dwóch absolutnie identycznych strun. Każda struna ma swoją własną charakterystykę, choć mikroskopijną, ale wpływającą na to, jak brzmi. Niedoskonałości mogą być bardzo różnorodne: zmiany grubości na całej długości struny, różne gęstości materiału, drobne defekty plecionki, zmiany naprężenia podczas wibracji itp. Dodatkowo dźwięk zmienia się w zależności od miejsca uderzenia w strunę, właściwości materiałowych instrumentu (takich jak podatność na wilgoć), jak instrument jest ustawiony w stosunku do słuchacza i wiele więcej, aż do geometrii pomieszczenia.

Co robią te funkcje? Nieznacznie modyfikują wykres na rycinie 8. Harmoniczne na nim mogą okazać się nie do końca wielokrotne, lekko przesunięte w prawo lub w lewo, głośność różnych harmonicznych może się znacznie zmieniać, mogą pojawić się alikwoty znajdujące się pomiędzy harmonicznymi (ryc. 9 .).

Zwykle wszystkie niuanse brzmienia przypisuje się niejasnemu pojęciu barwy.

Barwa wydaje się być bardzo wygodnym określeniem na specyfikę brzmienia instrumentu. Z tym terminem wiążą się jednak dwa problemy, na które chciałbym zwrócić uwagę.

Pierwszy problem polega na tym, że jeśli zdefiniujemy barwę tak, jak to zrobiliśmy powyżej, to instrumenty rozróżniamy głównie ze słuchu, a nie ze słuchu. Z reguły różnice wyłapujemy w pierwszym ułamku sekundy dźwięku. Ten okres jest zwykle nazywany atakiem, w którym dźwięk po prostu się pojawia. Przez resztę czasu wszystkie sruny brzmią bardzo podobnie. Aby się o tym przekonać, posłuchajmy nuty na fortepianie, ale z „odciętym” atakiem.

* * *

Zgadzam się, dość trudno jest rozpoznać dobrze znany fortepian w tym dźwięku.

Drugi problem polega na tym, że zwykle, gdy mówimy o dźwięku, wyróżnia się ton główny, a wszystko inne przypisuje się barwie, jakby była mało istotna i nie odgrywała żadnej roli w konstrukcjach muzycznych. Jednak wcale tak nie jest. Konieczne jest rozróżnienie poszczególnych cech, takich jak alikwoty i odchylenia harmonicznych, od podstawowej struktury dźwięku. Indywidualne cechy naprawdę mają niewielki wpływ na konstrukcje muzyczne. Ale podstawowa struktura – wiele harmonicznych, pokazana na ryc. 8. – jest tym, co decyduje o wszystkich bez wyjątku harmonii w muzyce, niezależnie od epok, trendów i stylów.

Następnym razem porozmawiamy o tym, jak ta struktura wyjaśnia konstrukcje muzyczne.

Autor – Roman Oleinikov Nagrania dźwiękowe – Iwan Soszyński