Глава 4

Ь,дБ

а

L, дБ

О 200 400 600 80010001200 1600 2000

б

Рис. 4.4.40. Переходный процесс:

а — через 2 с после удара, б — через 10 с после удара

(колокол «Полиелейный» Ростовского собора [74])

Рис. 4.4.41. Характер спада различных обертонов

Акустика музыкальных инструментов. Акустика речи и пения

379

Рис. 4.4.42. Биения, возникающие

в процессе затухания первых

четырех обертонов

да при ударе языком по оболоч-

ке колокола могут возникать две

близко расположенные формы

колебаний — расщепленные

моды, или «дуплеты». Появле-

ние двух близких по частоте

обертонов (с разницей частот

меньше 15 Гц) приводит к появ-

лению отчетливо слышимых би-

ений. Поскольку добиться стро-

гой симметрии формы, особенно

для больших колоколов весом несколько тонн, оказывается прак-

тически невозможным, в больших церковных колоколах биения до-

статочно сильно выражены (рис. 4.4.42).

Изменение высоты тона за счет частотной модуляции из-за

эффекта Доплера: при ударе тяжелым языком большие колокола

получают значительное ускорение, при этом может возникать изме-

нение высоты тона за счет эффекта Доплера (при движении коло-

кола к слушателю высота немного поднимается, при удалении

уменьшается — см. гл. 2). Анализ движения «раскачивающихся»

колоколов (когда язык неподвижен, а раскачивается колокол), вы-

полненный в работе [82], показал, что при движении колокола его

скорость может достигать 0,67% от скорости звука, что дает до-

вольно значительный, замечаемый слухом сдвиг высоты тона.

Все вышеуказанные процессы связаны с выбором физико-меха-

нических и конструктивных параметров оболочки колокола и языка.

Существенное значение для звучания колокола имеет материал,

из которого он отливается: основной состав для церковных колоко-

лов и для карильонов — сплав 78-80 % меди и 20-22 % олова,

«колокольная бронза». Оболочка колокола изготавливается путем

отлива. При изготовлении колокола соблюдаются определенные

пропорции между его диаметром, толщиной и высотой. Если срав-

нить основные частоты (номиналы) колоколов, изготовленных из

одного и того же сплава, диаметр, толщина и высота которых

меняются в равных пропорциях, то их частоты изменяются об-

ратно пропорционально диаметрам: /; = (d2/d])f2. Для точного

расчета формы профиля и толщины, обеспечивающих требуе-

мое распределение обертонов, разработаны соответствующие

компьютерные программы [76, 79]. В случае необходимости произ-

водится опытная подгонка распределения толщины колокола вдоль

его профиля.

Особую роль в тембре звучания колокола играет выбор раз-

меров языка, его формы, жесткости, места удара и силы удара,

Языки в церковных колоколах обычно делают из литого железа,

для карильонов — из стали. Эксперименты с языками разной мас-

сы показали, что более тяжелые языки увеличивают амплитуды

380

Глава 4

первых обертонов, но уменьшают амплитуду «номинала», а по-

скольку именно он в первую очередь определяет «виртуальный»

тон, то тяжелые языки уменьшают его интенсивность (т. е. высо-

та тона становиться менее определимой). Более «мягкие» языки

подглушают высокие обертоны, тембр становится более глухой,

что особенно характерно для старых колоколов.

Необходимо отметить также, что при очень сильных ударах по

колоколу (как показывает спектральный анализ звукозаписей) четко

выявляется наличие вторых и третьих гармоник по отношению

к номиналу, что также является результатом нелинейных искаже-

ний при больших уровнях.

Подбор колоколов в ансамбле производится в зависимости от

их применения. Например, колокола, предназначенные для кари-

льонов, настраиваются по «номиналам» по равномерно темпери-

рованной шкале. При этом, поскольку при одновременных ударах

по нескольким колоколам высокие, близко расположенные оберто-

ны могут давать биения, стараются избегать одновременного удара

по нескольким колоколам, т. к. при наличии временных промежутков

между ударами высшие обертоны быстро затухают, а совместно

звучат только низшие долгоживущие обертоны.

При подборе колоколов для церковных звонов важное значение

имеют определенные отношения «номиналов» для всех колоколов

на звоннице. Например, для сохранившегося ансамбля колоколов

Ростовского собора отношения частот к частоте базового, само-

го большого колокола «Сысой» имеют следующие значения: 1,221;

1,486; 1,597; 2,526; 3,103; 3,984... [74, 75]. Кроме того, важное

значение имеет точность настройки фундаментального тона относи-

тельно номинала, относительная свобода от дуплетов (т. е. биений),

интенсивность и частота высших обертонов каждого колокола, со-

вместимость общей схемы настройки, особенно по низшему обер-

тону (hum). Существенное значение имеет также выбор акустики

помещений (звонницы), где устанавливаются колокола. К сожале-

нию, письменных свидетельств о принципах подбора колоколов на

различных звонницах практически не сохранилось.

АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диапазон воспроизводимых частот зависит от размеров и на-

значения колокола. Для колоколов Ростовского собора нижняя гра-

ничная частота для колокола «Сысой» (вес 32,7 т) равна 58 Гц;

для колокола «Полиелейный» (16,3 т) — 74 Гц; для колокола

«Лебедь» (вес 8,2 т) — 91 Гц и т. д. (частота увеличивается про-

порционально уменьшению веса [74]). Основная энергия самого

большого колокола сосредоточена в диапазоне 60-600 Гц, для ко-

локолов меньших размеров в диапазоне 100-1500 Гц. Уровнеграм-

ма и трехмерный спектр звучания колокола «Сысой» показаны на

рис. 4.4.43 а, б.

Акустика музыкальных инструментов. Акустика речи и пения

381

Динамический диапазон достигает 90 дБ. Колокол — это один

из самых громких музыкальных инструментов: в момент удара

уровни звукового давления могут достигать 120 дБ-С/м .

Переходные процессы: время атаки 10-40 мс, время спада для

низших обертонов составляет 52-16 с (для низшего тона «hum»,

например, колокола «Сысой» время спада на 60 дБ достигает

165 с), для высших обертонов 8-2 с.

Характеристика направленности имеет вид объемного креста

(квадруполя) с минимальным уровнем звукового давления в центре.

Тембр: в момент удара тембр шумовой с металлическим оттен-

ком, через несколько секунд после удара прослушивается печаль-

ный, плывущий звук (минорное трезвучие с отчетливо идентифици-

руемой высотой тона и амплитудной модуляцией).

4.5. АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРКЕСТРА

Оркестр может быть определен как «группа музыкальных

инструментов, предназначенных для совместного исполнения

музыкальных произведений» [7]. Современный оркестр включает

в себя несколько основных секций инструментов: струнные, духо-

вые (деревянные и медные) и ударные [7, 10, 24-26, 57, 83, 84].

Слово «оркестр» происходит от древнегреческого названия полу-

круглой площадки в театре между сценой и зрителями, на которой

размещался хор («орхестра»).

Зарождение оркестра современного типа относится к периоду

с 1600 по 1750 год, когда в Италии начала активно развиваться

светская музыка и стали возникать такие жанры музыкального

382