Musikaliskt ljud och dess egenskaper

Pjäsen "4'33"" av John Cage är 4 minuter och 33 sekunders tystnad. Med undantag för detta verk använder alla andra ljud.

Ljud är för musik vad färg är för målning, ordet är för författaren och tegelstenen är för byggaren. Ljud är musikens material. Ska en musiker veta hur ljud fungerar? Strängt taget nej. När allt kommer omkring kanske byggaren inte känner till egenskaperna hos materialet som han bygger av. Att byggnaden kommer att rasa är inte hans problem, det är problemet för de som ska bo i den här byggnaden.

Vid vilken frekvens låter tonen C?

Vilka egenskaper hos musikaliskt ljud känner vi till?

Låt oss ta en sträng som exempel.

Volym. Det motsvarar amplituden. Ju hårdare vi slår på strängen, desto bredare amplitud på dess vibrationer, desto högre blir ljudet.

varaktighet. Det finns konstgjorda datortoner som kan låta godtyckligt lång tid, men oftast kommer ljudet på någon gång och slutar någon gång. Med hjälp av ljudlängd radas alla rytmiska figurer i musik upp.

Höjd. Vi är vana vid att säga att vissa toner låter högre, andra lägre. Tonhöjden på ljudet motsvarar frekvensen av strängens vibrationer. Det mäts i hertz (Hz): en hertz är en gång per sekund. Följaktligen, om till exempel ljudets frekvens är 100 Hz, betyder det att strängen gör 100 vibrationer per sekund.

Om vi ​​öppnar någon beskrivning av musiksystemet, kommer vi lätt att hitta den frekvensen upp till en liten oktav är 130,81 Hz, så på en sekund sänder strängen ut till, gör 130,81 svängningar.

Men detta är inte sant.

Perfekt sträng

Så låt oss skildra vad vi just har beskrivit i bilden (Fig. 1). För tillfället förkastar vi ljudets varaktighet och betecknar endast tonhöjd och ljudstyrka.

Här representerar den röda stapeln grafiskt vårt ljud. Ju högre denna stapel, desto högre ljud. Ju längre till höger denna kolumn, desto högre ljud. Till exempel kommer två ljud i Fig. 2 att ha samma volym, men det andra (blått) kommer att låta högre än det första (rött).

En sådan graf inom vetenskapen kallas amplitud-frekvenssvar (AFC). Det är vanligt att studera alla funktioner i ljud.

Nu tillbaka till strängen.

Om strängen vibrerade som en helhet (fig. 3), så skulle den verkligen göra ett ljud, som visas i fig. 1. Detta ljud skulle ha viss volym, beroende på slagets styrka, och en väldefinierad frekvens på oscillation, på grund av strängens spänning och längd.

Vi kan lyssna på ljudet som produceras av en sådan vibration av strängen.

* * *

Låter fattigt, eller hur?

Detta beror på att strängen enligt fysikens lagar inte vibrerar riktigt så här.

Alla stråkspelare vet att om du rör en sträng exakt i mitten, utan att ens trycka den mot greppbrädan, och slår på den, kan du få ett ljud som kallas flagolet. I det här fallet kommer formen av strängens vibrationer att se ut ungefär så här (fig. 4).

Här verkar strängen vara delad i två, och var och en av halvorna låter separat.

Från fysiken är det känt: ju kortare strängen är, desto snabbare vibrerar den. I fig. 4 är var och en av halvorna två gånger kortare än hela strängen. Följaktligen kommer frekvensen av ljudet som vi tar emot på detta sätt att vara dubbelt så hög.

Tricket är att en sådan vibration av strängen inte dök upp i det ögonblick då vi började spela övertonen, den fanns också i den "öppna" strängen. Det är bara det att när strängen är öppen är en sådan vibration svårare att lägga märke till, och genom att placera ett finger i mitten avslöjade vi det.

Figur 5 kommer att hjälpa till att svara på frågan om hur en sträng samtidigt kan vibrera både som en helhet och som två halvor.

Strängen böjer sig som en helhet och två halvvågor svänger på den som en slags åtta. Siffran åtta som svänger på en gunga är vad tillägget av två sådana typer av vibrationer är.

Vad händer med ljudet när strängen vibrerar på detta sätt?

Det är väldigt enkelt: när en sträng vibrerar som en helhet avger den ett ljud med en viss tonhöjd, det brukar kallas grundtonen. Och när två halvor (åtta) vibrerar får vi ett dubbelt så högt ljud. Dessa ljud spelas samtidigt. På frekvensgången kommer det att se ut så här (fig. 6).

Den mörkare kolumnen är huvudtonen som uppstår från vibrationen från "hela" strängen, den ljusare är dubbelt så hög som den mörka, den erhålls från vibrationen från "åttan". Varje stapel på en sådan graf kallas en överton. Som regel låter högre övertoner tystare, så den andra kolumnen är något lägre än den första.

Men övertonerna är inte begränsade till de två första. I själva verket, förutom det redan intrikata tillägget av en åttasiffra med en sving, böjer strängen samtidigt som tre halvvågor, som fyra, som fem, och så vidare. (Fig. 7).

Följaktligen läggs ljud till de två första övertonerna, vilka i tre, fyra, fem, etc. gånger högre än huvudtonen. På frekvensgången kommer detta att ge en sådan bild (fig. 8).

Ett sådant komplext konglomerat erhålls när endast en sträng låter. Den består av alla övertoner från den första (som kallas grundtonen) till den högsta. Alla övertoner utom den första kallas också övertoner, dvs översatta till ryska – ”övre toner”.

Vi betonar än en gång att detta är den mest grundläggande idén om ljud, det är så alla strängar i världen låter. Dessutom, med mindre förändringar, ger alla blåsinstrument samma klangstruktur.

När vi pratar om ljud menar vi exakt denna konstruktion:

LJUD = GRUNDTON + ALLA FLERA OVERTONS

Det är på grundval av denna struktur som alla dess harmoniska egenskaper är inbyggda i musik. Egenskaperna för intervaller, ackord, stämningar och mycket mer kan enkelt förklaras om du känner till ljudets struktur.

Men om alla strängar och alla trumpeter låter så här, varför kan vi skilja mellan piano från fiol och gitarr från flöjt?

Timbre

Frågan ovan kan ställas ännu tuffare, eftersom proffs till och med kan skilja en gitarr från en annan. Två instrument av samma form, med samma strängar, ljud, och personen känner skillnaden. Håller med, konstigt?

Innan vi löser denna konstighet, låt oss höra hur den ideala strängen som beskrivs i föregående stycke skulle låta. Låt oss se grafen i fig. 8.

* * *

Det verkar likna ljudet av riktiga musikinstrument, men något saknas.

Inte tillräckligt "icke-ideal".

Faktum är att det i världen inte finns två helt identiska strängar. Varje sträng har sina egna egenskaper, även om de är mikroskopiska, men påverkar hur den låter. Ofullkomligheter kan vara mycket olika: tjockleksförändringar längs strängen, olika materialdensiteter, små flätade defekter, spänningsförändringar vid vibration etc. Dessutom ändras ljudet beroende på var vi slår på strängen, instrumentets materialegenskaper. (som känslighet för fukt), hur instrumentet är placerat i förhållande till lyssnaren, och mycket mer, ner till rummets geometri.

Vad gör dessa funktioner? De modifierar grafen i figur 8 något. Övertonerna på den kan visa sig vara inte riktigt multipla, något förskjutna till höger eller vänster, volymen för olika övertoner kan ändras kraftigt, övertoner som ligger mellan övertonerna kan uppträda (bild 9) .).

Vanligtvis hänförs alla nyanser av ljud till det vaga begreppet klangfärg.

Timbre tycks vara en mycket bekväm term för det speciella med ett instruments ljud. Det finns dock två problem med denna term som jag skulle vilja påpeka.

Det första problemet är att om vi definierar klangfärgen som vi gjorde ovan, så särskiljer vi instrumenten på gehör, främst inte på det. Som regel fångar vi skillnaderna i den första bråkdelen av en sekund av ljudet. Denna period brukar kallas attacken, då ljudet bara dyker upp. Resten av tiden låter alla sruns väldigt lika. För att verifiera detta, låt oss lyssna på en ton på pianot, men med en "cut off" attackperiod.

* * *

Håller med, det är ganska svårt att känna igen det välkända pianot i detta ljud.

Det andra problemet är att vanligtvis, när man pratar om ljud, pekas huvudtonen ut, och allt annat tillskrivs klangfärgen, som om den är obetydlig och inte spelar någon roll i musikaliska konstruktioner. Detta är dock inte alls fallet. Det är nödvändigt att särskilja individuella egenskaper, såsom övertoner och avvikelser av övertoner, från ljudets grundläggande struktur. Individuella egenskaper har egentligen liten effekt på musikaliska konstruktioner. Men den grundläggande strukturen – multipla övertoner, som visas i fig. 8. – är det som bestämmer all utan undantag harmoni i musik, oavsett epoker, trender och stilar.

Vi kommer att prata om hur denna struktur förklarar musikaliska konstruktioner nästa gång.

Författare – Roman Oleinikov Ljudinspelningar – Ivan Soshinsky