5. Музыкальные звуковые колебания. Основные виды генераторов, вибраторов, используемые в музыкальных инструментах.

Классический музыкальный инструмент можно рассматривать как «механоакустический преобразователь, в котором под действием внешних сил происходит вибрация упругих тел и излучение звука в окружающее пространства». Состав музыкального инструмента включает в себя следующие основные элементы:

1. генератор (возбудитель колебаний) – система для передачи энергии звучащему телу и возбуждений в нем колебаний. Устройство и виды генераторов видоизменяются в зависимости от природы звучащего тела, иногда используются довольно сложные механизмы (клавишный механизм и молоток у рояля, воздуходувный механизм в органе, дыхательный аппарат у человека).

2. вибратор (звучащее тело) – основная часть инструмента, в котором возбуждаются колебания. Внекоторых инструментах излучение звука происходит непосредственно от вибратора (мембрана барабана, пластинки ксилофона, оболочка колокола), в других с помощью дополнительных устройств-резонаторов (скрипка, рояль арфа).

3. резонатор (усилитель) – устройство, предназначенное для усиления звука и используемое в тех случаях. Когда отдача энергии непосредственно от вибратора в воздушную среду слишком мала. В большинстве случаев это происходит, когда вибратор имеет маленькую поверхность (площадь или объём), поэтому не может вызывать смещение достаточно большого количества частиц воздуха и, следовательно, обеспечит необходимый уровень звукового давления в среде. В таких случаях колебания звучащего тела должны быть переданы другому телу, имеющему бОльшую поверхность или объём и способному обеспечить излучение достаточно большого уровня акустической энергии в окружающее пространство (дека рояля, гитара, скрипка).

В музыкальных инструментах применяются три основные категории вибраторов:

1. тела, упругие в силу своих природных свойств (твёрдости и формы). Они не требуют предварительного натяжения, чтобы совершить колебания и излучать звук (бруски, стержни, трубки, платины, оболочки). Их используют в свободно подвешенном состоянии (гонг, трубчатые колокольчики) , с опорой на определённые точки (ксилофон, маримба) или закреплёнными на одном конце (например колокол).

2. тела становящиеся упругими вследствие натяжения. Натяжение может быть приложено в одном направлении, например для струн, а может быть приложено по периметру, например для круглых мембран барабанов. От степени натяжения зависит упругость этих тел, а следовательно, и собственные частоты их колебаний, т.е. состав спектра.

3. тела, становящиеся упругими в следствии процесса сжатия (например, столбы воздуха, заключенные в трубы различного сечения).

Основные способы возбуждения колебаний вибраторов, т.е. генерации энергии, можно свести к следующим:

1. удар (толчок) мгновенное приложение силы и передача энергии звучащему телу с последующим предоставлением ему свободы колебаний. При таком режиме возбуждения вибратор совершает свободные затухающие колебания, т.к. происходит потеря энергии за счёт излучения и внутреннего трения 9 струны рояля, колокола).

Особый вид возбуждения происходит с помощью передачи энергии последовательными толчами, например для столбов воздуха в трубах, что создаёт автоколебательный процесс который обеспечивает звучание духовых инструментов.

2. щипок, или зацепление – это способ, при котором звучащее тело зацепляется каким либо предметом (или пальцем), выводится из положения равновесия и освобождается ( струна гитары, арфы, лютни, клавесина), после чего оно переходит в режим свободных затухающих колебаний.

3. трение – при этом способе возбуждающее тело (смычок) остаётся в тесном соприкосновении с вибратором (струной) за счёт трения в течении определённого периода времени, после чего происходит отрыв вибратора, далее это процесс переодически повторяется ( при возбуждении струн скрипки).

В качестве усилителей-резонаторов могут использоваться тела, обеспечивающие эффективное излучение звука в окружающее пространство, например за счёт большой площади (деки рояля), или специальных корпусов с заключённым в них воздушным объёмом (скрипка, гитара), или системы резонансных труб (маримба) и др.

Классификация муз инструментов. Наиболее распространенной классификацией является, предложенная В.Майоном в 1888 г. И подробно разработанная Э. Хорнбостелем и К. Заксом. Согласно этой квалификации инструменты объединяются в классы по типам вибратором:

1. хордофоны (струнные) – в которых в качестве вибраторов используются струны различных размеров, диаметров, плотности, и степени натяжения.

2. мембрафоны, в которых звук извлекается при возбуждении натянутой мембраны (барабаны, литавры)

3. идиофоны, где звук создаётся за счет возбуждений колебаний, в телах обладающих собственной упругостью: брусках (ксилофон, маримба), трубках (оркестровые колокольчики), пластинках (тарелки), оболочках (колокола).

4. аэрофоны, духовые инструменты, которые используют для возбуждения и поддержания звука колебания воздушных столбов в рубах разной формы.

5. Пример современной классификации такого типа, дополнена группой механических и электрических музыкальных инструментов.

Данная классификация не охватывает всех видов музыкальных инструментов и способов игры на них, поэтому она дополняется другими видами: исполнительскими, музыкально-историческими. Исполнительская классификация выделяет обычно следующие группы инструментов: духовые, струнные и ударные. Эти группы в свою очередь подразделяются на подгруппы в зависимости от способа возбуждения: духовые – на лабиальные (флейты, свистки, органные трубы), тростевые (с одинарной тростью и двойной) и амбушюрные (кроме этого духовые разделяются на деревянные и медные). Струнные – щипковые, смычковые, клавишные. Ударные – на мембранные и пластиночные.

Лабиальные – в этих инструментах возбуждение звука происходит в результате трения о край твёрдого тела (лабиума) воздушной струи, движущейся с достаточно большой скоростью, и её колебаний относительно этого края.

Тростевые – для модуляции в этих инструментах используется вибратор в виде удлинённой пластинки-трости, укреплённой на одном конце и свободной на другом. Свободный конец пластинки лежит под краями отверстия, через которое вдувается воздух. При продувании воздуха она начинает колебаться, модулирует поток воздуха, который возбуждает резонансные колебания в трубе.

Амбушюрные – это инструмент с воронко образным мундштуком. В этих инструментах роль вибратора выполняют особым образом сложанные губы, приложенные к мундштуку. При продувании воздух раздвигает щель между губами, приводя их в колебания, в результате происходит переодическое увеличение или уменьшение её площади и модуляция воздушной струи.

Особую группу составляют духовые язычковые инструменты с камерами переменного объёма (фисгармонии) и беез камер (губные гармонии)