Глава 4

0

-25

-50

О

-25

-50

О

-25

Il

I

ш

G2

Ii

дБ компоненты, особенно в области 200-

500 Гц для низких регистров и 2 кГц

для высоких [13].

Динамический диапазон фортепи-

ано достигает 45-50 дБ [16, 57]. Для

отдельно сыгранной ноты динамиче-

ский диапазон 35 дБ, самый громкий

уровень 85 дБ-С (на 10 м) и тихий

50 дБ-А [17]. Изменение громкости

оказывает существенное влияние на

изменение спектрального состава

звука и изменение тембра [2].

Переходные процессы. В звуках

фортепиано преобладают в основном

нестационарные процессы (атаки и

спада), стационарная часть звука

очень короткая (поскольку после уда-

ра молоточком струна и дека нахо-

дятся в режиме затухающих колеба-

ний). Звук состоит из короткой атаки

и длительного спада (рис. 4.3.59).

В нижних регистрах время атаки

достигает 20-30 мс, в верхних — 10-

15 мс. Для атаки характерно появле-

ние шума до начала установления

основных обертонов. Этот шум связан с работой клавишного ме-

ханизма, а также с появлением продольных колебаний басовых

струн. Звуковой уровень продольных компонентов может быть

в начальный момент только на 10-20 дБ ниже основного звука,

-50

0

-25

-50

К

G3

I

.I

G4

1

Il

о

5 10 15 20 25

Число обертонов

30

N

35

Рис. 4.3.58. Спектр четырех

нот фортепиано Gl, G2, G3, G4

1Od

0 12 3 4

0 1 2 3 J

Время, с

Рис. 4.3.59. Процесс

нарастания и спада

звука для различных

нот фортепиано

Акустика музыкальных инструментов. Акустика речи и пения

341

t,c

Рис. А3.62. Характеристика

Рис. 4.3.60. Зависимость времени направленности рояля

затухания от частоты

но они быстро затухают со скоростью 100 дБ/с [2]. Процесс зату-

хания колебаний значительно более длительный и может дости-

гать без демпферов 10 с (время, в течение которого уровень зву-

ка уменьшается на 60 дБ). Как уже было отмечено выше,

демпферы опускаются на струну и прекращают ее звучание при-

мерно через 80-100 мс после отлета молоточка. Скорость и харак-

тер процесса затухания существенно различается у разных обер-

тонов (высокие обертоны затухают быстрее). Зависимость времени

затухания струн от частоты для двух концертных роялей показа-

на на рис. 4.3.60. Трехмерный спектр представлен на рис. 4.3.61.

Характеристика направленности рояля существенно видоиз-

меняется с повышением частоты (рис. 4.3.62). На частотах выше

500 Гц начинает сказываться экранирующее влияние крышки роя-

ля. При открытой крышке максимальный уровень излучения сосредо-

точен в углах между 15° и 35° в вертикальной плоскости, для высо-

ких регистров угол излучения уменьшается. Разница в уровнях

излучения при открытой и закрытой крышке достигает 5-

Ю дБ [13].

Рис. 4.3.61. Трехмерный спектр 20 44 115 255 640 1440 3620 8130 20500

для А2*(116,54 Гц) / Гц

342

Глава 4

Тембр фортепиано обладает огромными возможностями по со-

зданию большого тембрального и динамического многообразия

звучаний. Он отличается рядом особенностей, обусловленных

нестационарным характером звука, сильной зависимостью спект-

рального состава от уровня громкости и высоты тона, наличием

шумовых компонентов, а также негармоничностью обертонов

в спектре. Эти особенности используются в настоящее время для

компьютерной идентификации инструмента [1].

4.4. АКУСТИКА УДАРНЫХ МУЗЫКАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Ударные инструменты — особая группа музыкальных инстру-

ментов, в которых звук извлекается (генерируется) ударом или

близким к нему движением.

Ударные инструменты имеют древнейшую историю — вероятно,

это старейшие музыкальные инструменты после человеческого го-

лоса. В музыкальной культуре Древнего Востока и античного мира

было известно уже множество их разновидностей. Достаточно

давно ударные инструменты стали составной частью симфониче-

ских оркестров. В двадцатом столетии роль ударных инструментов

значительно расширилась как в современной симфонической

музыке, так и в других жанрах. Вопросам истории развития, кон-

струирования и применения этих инструментов посвящено доста-

точно много исследований [2, 4-7, 11-13, 16-24, 69-70, 72].

Классификация ударных музыкальных инструментов произво-

дится по различным признакам, в частности: по виду применяемых

в них вибраторов, по используемым для них материалам, по воз-

можности настройки их на определенную высоту тона и т. д.

Как и во всех музыкальных инструментах, в них можно выде-

лить три основные части: генератор, вибратор и резонатор.

Гэнератором является мышечная сила музыканта, передавае-

мая к вибрирующему телу инструмента с помощью деревянных

или металлических молотков, палочек, колотушек или языков

(например, у колоколов) и т. д.

Способ возбуждения, общий для этой группы инструментов, —

удар, т. е. мгновенное приложение силы к инструменту с последу-

ющим предоставлением ему свободы. Такой способ передачи

энергии приводит к созданию звуков с особой временной струк-

турой: короткий период атаки, практически полное отсутствие ста-

ционарной части и длительная затухающая часть колебаний.

Вибраторы, используемые в ударных инструментах, представ-

ляют собой: струны, мембраны, бруски, стержни, цилиндрические

трубки, пластинки, оболочки и т. д.

Резонаторы — устройства, которые применяются в некоторых

ударных инструментах для усиления звука, имеют форму резонанс-

Акустика музыкальных инструментов. Акустика речи и пения

343

ных трубок (маримба, вибрафон и др.), котлов (литавры), прямо-

угольных коробок (челеста) и др.

Одна из принятых классификаций ударных музыкальных инстру-

ментов по виду вибраторов следующая:

мембранофоны (membranophones) — инструменты, в которых

в качестве вибраторов используются тела, требующие натяжения

(мембраны), — например литавры, барабаны и др;

идиофоны (idiophones) — инструменты, в которых вибратора-

ми являются упругие тела, не требующие натяжения в отличие

от мембран. Инструменты этой группы подразделяются на метал-

лофоны (в которых вибраторы изготовлены из металла) и ксило-

фоны (материал вибратора — дерево). Форма вибраторов также

позволяет классифицировать идиофоны на группы: с вибраторами

в форме брусков деревянных (ксилофон, маримба и др.) или ме-

таллических (вибрафон, челеста, колокольчики и др.); трубок

(трубчатые колокола); пластинок (тарелки, гонги и др.); оболочек

(колокола).

Кроме того, идиофоны подразделяются на инструменты [11, 23]:

— настраиваемые по высоте тона — ксилофон, маримба,

челеста и др;

— ненастраиваемые по высоте тона — большой барабан,

тарелки и др.;

хордофоны (chordophones) — инструменты, в которых в каче-

стве вибраторов используются натянутые струны. К инструментам

этой группы, т. е. струнным ударным, относится фортепиано, рас-

смотренное в разделе 4.3.

4.4.1. Мембранофоны. Литавры. Барабаны

В оркестрах и ансамблях используется большое количество

инструментов, в которых в качестве вибраторов применяются

мембраны.

Мембрана — это тело, которое не обладает собственной жест-

костью, а приобретает ее только при натягивании. Обычно это

тонкие пленки из выделанной кожи животных, различных синтети-

ческих полимерных материалов и др. Будучи натянутой по пери-

метру, такая пленка приобретает жесткость, пропорциональную ее

натяжению, — только тогда при ударе по ней молотком, палочка-

ми и т.п. возбуждаются колебания и извлекается звук.

По конструкции вибрирующих элементов все мембранофоны

можно разделить на три группы [4], в которых:

— мембрана сопряжена с замкнутой воздушной полостью (на-

пример, литавры);

— две мембраны соединены через объем воздуха (большие

и малые барабаны);

— мембрана открыта на воздух с обеих сторон (бубен).

344