Hudební zvuk a jeho vlastnosti

Hra „4'33““ od Johna Cage má 4 minuty a 33 sekund ticha. S výjimkou tohoto díla všechny ostatní používají zvuk.

Zvuk je pro hudbu tím, čím je barva pro malbu, slovo je pro spisovatele a cihla pro stavitele. Zvuk je materiálem hudby. Měl by hudebník vědět, jak zvuk funguje? Přísně vzato, ne. Stavebník totiž nemusí znát vlastnosti materiálu, ze kterého staví. To, že se budova zřítí, není jeho problém, to je problém těch, kteří v této budově budou bydlet.

Na jaké frekvenci zní nota C?

Jaké vlastnosti hudebního zvuku známe?

Vezměme si jako příklad řetězec.

Hlasitost. Odpovídá amplitudě. Čím silněji na strunu udeříme, čím širší bude amplituda jejích vibrací, tím bude zvuk hlasitější.

doba trvání. Existují umělé počítačové tóny, které mohou znít libovolně dlouho, ale obvykle se zvuk v určitém okamžiku zapne a v určitém okamžiku zastaví. Pomocí trvání zvuku jsou všechny rytmické figury v hudbě seřazeny.

Výška Jsme zvyklí říkat, že některé tóny zní výše, jiné níže. Výška zvuku odpovídá frekvenci vibrací struny. Měří se v hertzech (Hz): jeden hertz je jednou za sekundu. Pokud je tedy například frekvence zvuku 100 Hz, znamená to, že struna dělá 100 vibrací za sekundu.

Otevřeme-li jakýkoli popis hudebního systému, snadno zjistíme, že frekvence až do malé oktávy je 130,81 Hz, takže struna vyzařuje za sekundu na, provede 130,81 kmitů.

Ale to není pravda.

Perfektní struna

Pojďme si tedy znázornit to, co jsme právě popsali na obrázku (obr. 1). Délku zvuku prozatím zavrhujeme a označujeme pouze výšku a hlasitost.

Zde červený pruh graficky znázorňuje náš zvuk. Čím vyšší je tento pruh, tím hlasitější je zvuk. Čím více je tento sloupec vpravo, tím vyšší je zvuk. Například dva zvuky na obr. 2 budou mít stejnou hlasitost, ale druhý (modrý) bude znít výše než první (červený).

Takový graf se ve vědě nazývá amplitudově-frekvenční odezva (AFC). Je obvyklé studovat všechny vlastnosti zvuků.

Nyní zpět k struně.

Pokud by struna vibrovala jako celek (obr. 3), pak by skutečně vydala jeden zvuk, jak je znázorněno na obr. 1. Tento zvuk by měl určitou hlasitost v závislosti na síle úderu a přesně definovanou frekvenci kmitání, kvůli napětí a délce struny.

Můžeme se zaposlouchat do zvuku, který vzniká takovým vibrováním struny.

* * *

Zní to chudě, že?

To proto, že podle fyzikálních zákonů struna nevibruje tak docela.

Všichni hráči na struny vědí, že pokud se dotknete struny přesně uprostřed, aniž byste ji dokonce přitlačili na hmatník, a udeřil na ni, můžete získat zvuk tzv. flagolet. V tomto případě bude podoba vibrací struny vypadat asi takto (obr. 4).

Zde se struna zdá být rozdělena na dvě části a každá z polovin zní samostatně.

Z fyziky je známo: čím kratší struna, tím rychleji kmitá. Na obr. 4 je každá z polovin dvakrát kratší než celý řetězec. V souladu s tím bude frekvence zvuku, který tímto způsobem přijímáme, dvakrát vyšší.

Trik je v tom, že takové chvění struny se neobjevilo v okamžiku, kdy jsme začali hrát na harmonickou, bylo přítomno i v „otevřené“ struně. Jen je při otevřené struně takové chvění hůře postřehnutelné a přiložením prstu doprostřed jsme to odhalili.

Obrázek 5 pomůže odpovědět na otázku, jak může struna vibrovat současně jako celek i jako dvě poloviny.

Struna se ohýbá jako celek a dvě půlvlny na ní kmitají jako jakási osmička. Osmička houpající se na houpačce je to, co je přidání dvou takových druhů vibrací.

Co se stane se zvukem, když struna takto vibruje?

Je to velmi jednoduché: když struna kmitá jako celek, vydává zvuk o určité výšce, obvykle se tomu říká základní tón. A když vibrují dvě poloviny (osm), dostaneme zvuk dvakrát vyšší. Tyto zvuky hrají současně. Na frekvenční odezvě to bude vypadat takto (obr. 6).

Tmavší sloupec je hlavním tónem vznikajícím vibrací „celé“ struny, světlejší je dvakrát vyšší než tmavý, získává se vibrací „osmičky“. Každý sloupec na takovém grafu se nazývá harmonický. Vyšší harmonické zní zpravidla tišeji, takže druhý sloupec je o něco nižší než první.

Ale harmonické nejsou omezeny na první dvě. Ve skutečnosti, kromě již tak složitého přidání osmičky s houpačkou, se struna zároveň ohýbá jako tři půlvlny, jako čtyři, jako pět a tak dále. (obr. 7).

Podle toho se k prvním dvěma harmonickým přidávají zvuky, které jsou třikrát, čtyřikrát, pětkrát atd. vyšší než hlavní tón. Na frekvenční odezvě to dá takový obrázek (obr. 8).

Takový složitý konglomerát se získá, když zní pouze jedna struna. Skládá se ze všech harmonických od první (která se nazývá základní) po nejvyšší. Všechny harmonické kromě první se také nazývají podtóny, tj. přeložené do ruštiny – „horní tóny“.

Ještě jednou zdůrazňujeme, že toto je nejzákladnější myšlenka zvuku, takto znějí všechny struny na světě. Navíc s drobnými změnami dávají všechny dechové nástroje stejnou zvukovou strukturu.

Když mluvíme o zvuku, máme na mysli přesně tuto konstrukci:

ZVUK = UZEMNĚNÝ TÓN + VŠECHNY VÍCE PŘESNĚNÍ

Právě na základě této struktury jsou v hudbě vybudovány všechny její harmonické rysy. Vlastnosti intervalů, akordů, ladění a mnoho dalšího lze snadno vysvětlit, pokud znáte strukturu zvuku.

Ale když všechny struny a všechny trubky znějí takto, proč můžeme rozeznat klavír od houslí a kytaru od flétny?

Témbr

Výše formulovaná otázka může být ještě těžší, protože profesionálové dokonce dokážou rozlišit jednu kytaru od druhé. Dva nástroje stejného tvaru, se stejnými strunami, zvukem a člověk cítí rozdíl. Souhlas, divné?

Než tuto zvláštnost vyřešíme, poslechněme si, jak by zněla ideální struna popsaná v předchozím odstavci. Pojďme si ozvučit graf na obr. 8.

* * *

Zdá se, že je podobný zvuku skutečných hudebních nástrojů, ale něco tomu chybí.

Není dost „neideální“.

Faktem je, že na světě neexistují dvě absolutně stejné struny. Každá struna má své vlastní vlastnosti, i když mikroskopické, ale ovlivňují to, jak zní. Nedokonalosti mohou být velmi různorodé: změny tloušťky po délce struny, různé hustoty materiálu, drobné vady opletení, změny napětí při vibracích atd. Navíc se zvuk mění v závislosti na tom, kde na strunu udeříme, materiálové vlastnosti nástroje (jako je náchylnost k vlhkosti), jak je nástroj umístěn ve vztahu k posluchači a mnoho dalšího, až ke geometrii místnosti.

Co tyto funkce dělají? Mírně upravují graf na obrázku 8. Harmonické harmonické se na něm mohou ukázat jako ne zcela násobné, mírně posunuté doprava nebo doleva, hlasitost různých harmonických se může velmi měnit, mohou se objevit podtóny umístěné mezi harmonickými (obr. 9 .).

Obvykle jsou všechny nuance zvuku připisovány vágnímu pojetí témbru.

Timbre se zdá být velmi vhodným termínem pro zvláštnosti zvuku nástroje. Tento termín má však dva problémy, na které bych rád upozornil.

První problém je v tom, že když definujeme témbr, jak jsme to udělali výše, pak nástroje rozlišujeme sluchem hlavně ne podle něj. Rozdíly zachytíme zpravidla v prvním zlomku sekundy zvuku. Toto období se obvykle nazývá útok, ve kterém se zvuk právě objeví. Zbytek času znějí všechny běhy velmi podobně. Abychom si to ověřili, poslechněme si tón na klavíru, ale s „odříznutou“ periodou útoku.

* * *

Souhlasíte, v tomto zvuku je docela obtížné rozpoznat známý klavír.

Druhým problémem je, že obvykle, když se mluví o zvuku, je hlavní tón vyčleňován a vše ostatní je připisováno témbru, jako by byl bezvýznamný a v hudebních konstrukcích nehrál žádnou roli. To však vůbec neplatí. Od základní struktury zvuku je nutné odlišit jednotlivé rysy, jako jsou podtóny a odchylky harmonických. Jednotlivé vlastnosti mají opravdu malý vliv na hudební konstrukce. Ale základní struktura – více harmonických, znázorněná na obr. 8 – je to, co určuje harmonii v hudbě bez výjimky, bez ohledu na období, trendy a styly.

O tom, jak tato struktura vysvětluje hudební konstrukce, si povíme příště.

Autor – Roman Oleinikov Zvukové nahrávky – Ivan Sošinskij