Фізика і музика. Як ліпити тембри.

колонки

Електромузичні інструменти, безсумнівно, здатні на справжню красу. Але щоб створити її, треба дуже глибоко вивчити секрети тембрів, розвинути хитромудрі радіотехнічні способи їх практичного втілення. Така робота ведеться давно. І про неї варто сказати трохи детальніше.

Насамперед: що таке тембр з точки зору акустики? Чому ми розрізняємо два звуки однакової висоти і гучності? Тембр – це певний спектральний склад звуку. Музичний звук ніколи не буває простим, що володіє лише однією основною частотою – таким, як сигнал перевірки часу. Музичний звук завжди складний, побудований з цілого набору коливань різної частоти найпростішої хвилеподібної (синусоїдальної) форми. Крім основного тону, визначального висоту звуку, в ньому обов’язково присутні додаткові призвуки – обертони. Ось від того, як багато звукової енергії падає на частку різних обертонів, і залежить забарвлення звуку – тембр. У рояля розподіл енергії по звуковому спектру один, у скрипки – інший, у труби – третій.

І ось що важливо: у красивих тембрах основну роль грають обертони, розташовані по щаблях натурального звукоряду. Таке перше вимога до музикальності, благозвучності тембру.

У звичайних інструментах це вимога виконується порівняно легко. Струни або стовпи повітря коливаються так, що діляться на ціле число частин, збуджуючи відповідно вдвічі, втричі, вчетверо і т. д. більш часті коливання – натуральні обертони. А в електричних системах? Там закони коливань, взагалі кажучи, інші. Простий ламповий генератор зовсім не дає гармонійних обертонів. Щоб отримати їх, доводиться йти на ускладнення схем, застосовувати різноманітні хитрощі. Якщо цього не робити, тембр виявляється, на жаль, набагато більш оригінальний, ніж гарний. А як це робити?

Відомі два способи. Перший називають імпульсним формуванням тембру. Він заснований на математичній теоремі, яку довів у свій час французький вчений Фур’є. Теорема свідчить: якщо скласти якесь число найпростіших синусоїдальних (ідеально хвилеподібних) коливань, то в сумі вийде одне коливання, розмахи якого мають складнішу форму. Це вже не хвилі, а, скажімо, хребет зазублених гір. І навпаки, згідно теореми Фур’є коливання будь-якої форми можна розкласти на сукупність найпростіших, синусоїдальних. Всяка гряда зазублених гір рівнозначна деякій кількості гряд звичайних хвиль.

Відмінну ілюстрацію до теореми Фур’є ви бачите на звуковій доріжці кінострічки (системи Шоріна). Звукові коливання там перетворені на діаграму, на якій чудово видно їх форму. І якщо там відображені звуки скрипки, то форма зубчиків доріжки нагадує зубці пилки, а, наприклад, кларнет дає коливання, схожі своїми обрисами на рядок з літер «п». Скрипка заграла разом з кларнетом – форма коливань змінилась, стала більш складною.

Ми ще повернемося до картини на звуковій доріжці кінострічки. Зараз зауважимо лише, що вона (а вірніше теорема Фур’є) підказує зручний метод формування тембрів в електромузичних інструментах. Справді, варто нам влаштувати радіотехнічну систему так, щоб генерувалися не хвилеподібні, а більш складні імпульси бажаної форми – і мета досягнута. Так і пробують чинити винахідники електричних інструментів. Біда тільки, що сучасна радіотехніка не знає ще способів легкого і необмежено складного «ліплення» коливань різної форми. Тому такий спосіб не дуже хороший. Тембри виходять біднуваті і досить одноманітні.

Що ж є інший шлях: роздільно генерувати електричні коливання різних частот з тим, щоб потім просто змішати їх разом в потрібній пропорції. Це – непоганий спосіб. Якщо порушувати і складати коливання натурального звукоряду, синтез їх дав би чудові звучання. Однак і на цьому шляху винахідників підстерігають підводні камені, особливо якщо інструмент досить складний – багатоголосий.

Автор: Г. Анфілов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *