Физика и музыка. Как лепить тембры.

колонки

Электромузыкальные инструменты, несомненно, способны на подлинную красоту. Но чтобы создать ее, надо очень глубоко изучить секреты тембров, развить хитроумные радиотехнические способы их практического воплощения. Такая работа ведется давно. И о ней стоит сказать немного подробнее.

Прежде всего: что такое тембр с точки зрения акустики? Почему мы различаем два звука одинаковой высоты и громкости? Тембр — это определенный спектральный состав звука. Музыкальный звук никогда не бывает простым, обладающим лишь одной основной частотой — таким, как сигнал проверки времени. Музыкальный звук всегда сложен, построен из целого набора колебаний различной частоты простейшей волнообразной (синусоидальной) формы. Кроме основного тона, определяющего высоту звука, в нем обязательно присутствуют добавочные призвуки — обертоны. Вот от того, как много звуковой энергии падает на долю различных обертонов, и зависит окраска звука — тембр. У рояля распределение энергии по звуковому спектру одно, у скрипки — другое, у трубы — третье.

И вот что важно: в красивых тембрах основную роль играют обертоны, расположенные по ступеням натурального звукоряда. Таково первое требование к музыкальности, благозвучности тембра.

В обычных инструментах это требование выполняется сравнительно легко. Струны или столбы воздуха колеблются так, что делятся на целое число частей, возбуждая соответственно вдвое, втрое, вчетверо и т. д. более частые колебания — натуральные обертоны. А в электрических системах? Там законы колебаний, вообще говоря, иные. Простейший ламповый генератор совсем не дает гармонических обертонов. Чтобы получить их, приходится идти на усложнение схем, применять разнообразные ухищрения. Если этого не делать, тембр оказывается, увы, гораздо более оригинален, чем красив. А как это делать?

Известны два способа. Первый называют импульсным формированием тембра. Он основан на математической теореме, которую доказал в свое время французский ученый Фурье. Теорема гласит: если сложить какое-то число простейших синусоидальных (идеально волнообразных) колебаний, то в сумме получится одно колебание, размахи которого имеют более сложную форму. Это уже не волны, а, скажем, хребет зазубренных гор. И наоборот, согласно теореме Фурье колебание любой формы можно разложить на совокупность простейших, синусоидальных. Всякая гряда зазубренных гор равнозначна некоторому количеству гряд обыкновенных волн.

Отличную иллюстрацию к теореме Фурье вы видите на звуковой дорожке киноленты (системы Шорина). Звуковые колебания там превращены в диаграмму, на которой великолепно видна их форма. И если там запечатлены звуки скрипки, то форма зубчиков дорожки напоминает зубцы пилы, а, например, кларнет дает колебания, похожие своими очертаниями на строчку из букв «п». Скрипка заиграла вместе с кларнетом — форма колебаний изменилась, стала более сложной.

Мы еще вернемся к картине на звуковой дорожке киноленты. Сейчас заметим лишь, что она (а вернее теорема Фурье) подсказывает удобный метод формирования тембров в электромузыкальных инструментах. В самом деле, стоит нам устроить радиотехническую систему так, чтобы генерировались не волнообразные, а более сложные импульсы желаемой формы — и цель достигнута. Так и пробуют поступать изобретатели электромузыкальных инструментов. Беда только, что современная радиотехника не знает еще способов легкой и неограниченно сложной «лепки» колебаний разной формы. Поэтому такой способ не слишком хорош. Тембры получаются бедноватые и довольно однообразные.

Что ж есть другой путь: раздельно генерировать электрические колебания различных частот с тем, чтобы потом просто смешать их вместе в нужной пропорции. Это — неплохой способ. Если возбуждать и складывать колебания натурального звукоряда, синтез их дал бы превосходные звучания. Однако и на этом пути изобретателей подстерегают подводные камни, особенно если инструмент достаточно сложный — многоголосный.

Автор: Г. Анфилов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *