Musikalsk lyd og dens egenskaber

Skuespillet "4'33"" af John Cage er 4 minutter og 33 sekunders stilhed. Med undtagelse af dette værk bruger alle de andre lyd.

Lyd er for musik, hvad maling er for maleri, ordet er for forfatteren, og mursten er for bygherren. Lyd er musikkens materiale. Skal en musiker vide, hvordan lyd fungerer? Strengt taget nej. Trods alt kender bygherren måske ikke egenskaberne af det materiale, han bygger af. At bygningen vil kollapse er ikke hans problem, det er problemet for dem, der skal bo i denne bygning.

Ved hvilken frekvens lyder tonen C?

Hvilke egenskaber ved musikalsk lyd kender vi?

Lad os tage en streng som eksempel.

Bind. Det svarer til amplituden. Jo hårdere vi rammer strengen, jo bredere amplitude af dens vibrationer, jo højere vil lyden være.

varighed. Der er kunstige computertoner, der kan lyde i vilkårligt lang tid, men normalt kommer lyden på et tidspunkt og stopper på et tidspunkt. Ved hjælp af lydvarighed er alle rytmiske figurer i musikken linet op.

Højde. Vi er vant til at sige, at nogle toner lyder højere, andre lavere. Lydens tonehøjde svarer til frekvensen af ​​strengens vibrationer. Det måles i hertz (Hz): én hertz er én gang pr. sekund. Hvis f.eks. lydens frekvens er 100 Hz, betyder det således, at strengen laver 100 vibrationer i sekundet.

Hvis vi åbner en beskrivelse af det musikalske system, vil vi nemt finde ud af, at frekvensen op til en lille oktav er 130,81 Hz, så på et sekund udsender strengen til, laver 130,81 svingninger.

Men dette er ikke sandt.

Perfekt streng

Så lad os skildre det, vi lige har beskrevet på billedet (fig. 1). Indtil videre kasserer vi lydens varighed og angiver kun tonehøjden og lydstyrken.

Her repræsenterer den røde bjælke grafisk vores lyd. Jo højere denne bjælke er, jo højere er lyden. Jo længere til højre denne kolonne er, jo højere er lyden. For eksempel vil to lyde i fig. 2 have samme lydstyrke, men den anden (blå) vil lyde højere end den første (rød).

En sådan graf i videnskaben kaldes amplitude-frekvensrespons (AFC). Det er sædvanligt at studere alle funktionerne i lyde.

Nu tilbage til strengen.

Hvis strengen vibrerede som helhed (fig. 3), så ville den virkelig lave én lyd, som vist i fig. 1. Denne lyd ville have en vis volumen, afhængig af slagets styrke, og en veldefineret frekvens på svingning, på grund af spændingen og længden af ​​strengen.

Vi kan lytte til lyden produceret af en sådan vibration af strengen.

* * *

Det lyder dårligt, gør det ikke?

Dette skyldes, ifølge fysikkens love, at strengen ikke vibrerer helt sådan.

Alle strengespillere ved, at hvis man rører en streng præcis i midten, uden selv at trykke den mod gribebrættet, og slår den, kan man få en lyd, der hedder flagolet. I dette tilfælde vil formen af ​​vibrationer af strengen se sådan ud (fig. 4).

Her ser strengen ud til at være delt i to, og hver af halvdelene lyder separat.

Fra fysikken er det kendt: Jo kortere strengen er, jo hurtigere vibrerer den. I fig. 4 er hver af halvdelene to gange kortere end hele strengen. Følgelig vil frekvensen af ​​den lyd, som vi modtager på denne måde, være dobbelt så høj.

Tricket er, at en sådan vibration af strengen ikke optrådte i det øjeblik, da vi begyndte at spille harmonisk, den var også til stede i den "åbne" streng. Det er bare det, at når strengen er åben, er sådan en vibration sværere at bemærke, og ved at placere en finger i midten afslørede vi det.

Figur 5 vil hjælpe med at besvare spørgsmålet om, hvordan en streng samtidigt kan vibrere både som helhed og som to halvdele.

Strengen bøjes som en helhed, og to halvbølger svinger på den som en slags otte. Tallet otte, der svinger på en gynge, er, hvad tilføjelsen af ​​to sådanne typer vibrationer er.

Hvad sker der med lyden, når strengen vibrerer på denne måde?

Det er meget enkelt: Når en streng vibrerer som helhed, udsender den en lyd af en bestemt tonehøjde, det kaldes normalt grundtonen. Og når to halvdele (otte) vibrerer, får vi en lyd dobbelt så høj. Disse lyde afspilles på samme tid. På frekvensresponsen vil det se således ud (fig. 6).

Den mørkere søjle er hovedtonen, der opstår fra vibrationen af ​​"hele" strengen, den lysere er dobbelt så høj som den mørke, den opnås fra vibrationen af ​​"otte". Hver søjle på en sådan graf kaldes en harmonisk. Som regel lyder højere harmoniske mere stille, så den anden kolonne er lidt lavere end den første.

Men overtonerne er ikke begrænset til de to første. Faktisk, udover den allerede indviklede tilføjelse af en otte-tal med et sving, bøjer strengen samtidig som tre halve bølger, som fire, som fem, og så videre. (Fig. 7).

Følgelig tilføjes lyde til de to første harmoniske, som i tre, fire, fem osv. gange højere end hovedtonen. På frekvensresponsen vil dette give et sådant billede (fig. 8).

Et sådant komplekst konglomerat opnås, når kun én streng lyder. Den består af alle harmoniske fra den første (som kaldes den fundamentale) til den højeste. Alle harmoniske undtagen den første kaldes også overtoner, dvs. oversat til russisk – "øvre toner".

Vi understreger endnu en gang, at dette er den mest grundlæggende idé om lyd, sådan lyder alle strenge i verden. Derudover giver alle blæseinstrumenter med mindre ændringer samme klangstruktur.

Når vi taler om lyd, mener vi netop denne konstruktion:

LYD = GRUNDTONE + ALLE FLERE OVERTONS

Det er på basis af denne struktur, at alle dens harmoniske træk er bygget i musik. Egenskaberne for intervaller, akkorder, stemninger og meget mere kan nemt forklares, hvis du kender lydens struktur.

Men hvis alle strenge og alle trompeter lyder sådan, hvorfor kan vi så skelne mellem klaveret fra violinen og guitaren fra fløjten?

Timbre

Spørgsmålet formuleret ovenfor kan stilles endnu hårdere, fordi professionelle endda kan skelne en guitar fra en anden. To instrumenter af samme form, med samme strenge, lyd, og personen mærker forskellen. Enig, mærkeligt?

Før vi løser denne mærkelighed, lad os høre, hvordan den ideelle streng beskrevet i det foregående afsnit ville lyde. Lad os se grafen i fig. 8.

* * *

Det ser ud til at ligne lyden af ​​rigtige musikinstrumenter, men der mangler noget.

Ikke nok "ikke-ideelt".

Faktum er, at der i verden ikke er to absolut identiske strenge. Hver streng har sine egne karakteristika, selvom de er mikroskopiske, men de påvirker, hvordan den lyder. Ufuldkommenheder kan være meget forskelligartede: tykkelsesændringer på langs af strengen, forskellige materialetætheder, små fletningsfejl, spændingsændringer under vibration osv. Derudover ændrer lyden sig afhængigt af hvor vi slår på strengen, instrumentets materialeegenskaber (såsom modtagelighed for fugt), hvordan instrumentet er placeret i forhold til lytteren, og meget mere, ned til rummets geometri.

Hvad gør disse funktioner? De modificerer lidt grafen i figur 8. Overtonerne på den kan vise sig at være ikke ret mange, lidt forskudt til højre eller venstre, lydstyrken af ​​forskellige harmoniske kan ændre sig meget, overtoner placeret mellem overtonerne kan forekomme (fig. 9) .).

Normalt tilskrives alle lydens nuancer det vage begreb om klang.

Timbre synes at være en meget bekvem betegnelse for det særlige ved et instruments lyd. Der er dog to problemer med dette udtryk, som jeg gerne vil påpege.

Det første problem er, at hvis vi definerer klangen, som vi gjorde ovenfor, så skelner vi instrumenterne på gehør hovedsageligt ikke ved det. Som regel fanger vi forskellene i den første brøkdel af et sekund af lyden. Denne periode kaldes normalt angrebet, hvor lyden bare optræder. Resten af ​​tiden lyder alle sruns meget ens. For at bekræfte dette, lad os lytte til en tone på klaveret, men med en "cut off" angrebsperiode.

* * *

Enig, det er ret svært at genkende det velkendte klaver i denne lyd.

Det andet problem er, at normalt, når man taler om lyd, bliver hovedtonen fremhævet, og alt andet tilskrives klang, som om den er ubetydelig og ikke spiller nogen rolle i musikalske konstruktioner. Dette er dog slet ikke tilfældet. Det er nødvendigt at skelne individuelle træk, såsom overtoner og afvigelser af harmoniske, fra lydens grundlæggende struktur. Individuelle karakteristika har i virkeligheden ringe indflydelse på musikalske konstruktioner. Men den grundlæggende struktur - multiple harmoniske, vist i fig. 8. - er det, der bestemmer al harmoni uden undtagelse i musik, uanset epoker, trends og stilarter.

Vi vil tale om, hvordan denne struktur forklarer musikalske konstruktioner næste gang.

Forfatter – Roman Oleinikov Lydoptagelser – Ivan Soshinsky