Глава 2. Резонанс в музыкальной

АКУСТИКЕ И ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Резонанс используется главным образом

для усиления звучания и формирования

нужного тембра.

Музыкальный энциклопедический словарь

2.1. Музыкальные инструменты

КАК РЕЗОНАТОРЫ

Духовые музыкальные инструменты яв-

ляются... резонаторами, снабжаемыми...

приспособлениями для изменения их резо-

нирующей способности, по желанию иг-

рающего на них музыканта. Музыкальная

акустика. Под ред. Н.А. Гарбузова

Музыкальные инструменты различных народов и эпох ярко де-

монстрируют нам важнейшую роль резонаторов как усилителей

звука. Эолова арфа, изобретение которой приписывается монаху-

иезуиту Атанасиусу Кирхеру (1601-1680), обладавшая нежным, но

весьма слабым звуком, получила пропуск на сцены музыкальных

театров, лишь приобретя резонатор. Впрочем, прототипом совре-

менной арфы, вероятно, можно считать и более древние струнные

инструменты с резонансными полостями и деками.

Наиболее яркой аналогией голосовому аппарату певца служат

духовые музыкальные инструменты: органы- медные и дере-

вянные. Знакомство с механизмами их звукообразования нам

весьма важно для понимания роли резонаторов и в певческом про-

цессе. Поскольку описание музыкальных инструментов можно

найти в распространенных учебниках по музыкальной акустике,

в частности, в замечательной книге под редакцией Н.А. Гар-

бузова «Музыкальная акустика», я обращаю внимание читате-

лей лишь на некоторые особо важные для нас свойства музы-

кальных инструментов.

Во-первых, все духовые инструменты, их корпуса- это и

есть прежде всего резонаторы, звуковысотными свойствами ко-

торых управляет музыкант путем либо изменения длины резонато-

ра (медные, тростиевые), либо выбора той или иной звучащей тру-

бы-резонатора, как в органах (рис. 4).

Искусство резонансного пения 35

Рис. 4. Органные трубы. А - закрытая деревянная труба, Б - открытая деревянная тру-

ба, В - открытая металлическая труба, Г - закрытая металлическая труба, Д - язычко-

вая труба (по: Модр, 1959).

36 В. П. Морозов

Во-вторых, возбудитель тона в духовых, как в язычковом орга-

не, или в медных трубах (губы трубача) и, тем более, в деревянных

(гобой, фагот), находится в сильной зависимости от корпуса-

резонатора данного инструмента. Так, в гобое и фаготе язычок-

возбудитель сам по себе может издавать практически лишь один

высокий тон. Однако под действием резонатора инструмента (на-

страиваемого музыкантом на разные тоны в процессе игры пу-

тем изменения его длины нажатием клавиш) язычок издает разные

тоны, высота которых продиктована резонатором-инструментом.

Это очень важное свидетельство сильнейших обратных

в л и я н и й р е зо н а т о р а н а к о л е б а н и я в и б р а т о р а , ч т о н е -

сомненно имеет место в определенной мере и в голосовом аппарате

человека (см. § 3.5.).

«Командная роль» резонатора как генератора музыкального

тона ярко проявляется в лабиальных органных трубах (рис. 4 А,

Б, В, Г). Как известно, возбудителем трубы-резонатора является

шум, образующийся в результате рассечения струи воздуха ще-

лью (лабиумом), т.е. звук (шум), не имеющий ничего общего с

музыкальным. Тем не менее, труба-резонатор органа «конст-

руирует» из этого абсолютно негармоничного шума прекрасно

звучащий музыкальный тон, соответствующий по длине волны

удвоенной длине органной трубы (для открытых труб) и учетве-

ренной (для закрытых).

Таким образом, органная труба с полным основанием может

быть названа не только резонатором, но и генератором звука и

его источником, ибо не назовешь же музыкальным тоном шум

воздушной струи, рассекаемой лабиальной щелью. Шум этот не

более, чем возбудитель истинного источника и генератора му-

зыкального тона, которым является органная труба-резонатор. Это

еще одно замечательное свойство органных труб-резонаторов, ко-

торое позволяет нам провести определенные аналогии их с ролью

надставной трубы (т.е. верхних резонаторов) голосового аппарата

певца, образующих в функциональной взаимосвязи с голосовыми

связками (а также и с нижним резонатором!) единый генератор

певческого звука (см. § 3.2.).

Длина волны, генерируемая открытой органной трубой, теорети-

чески равная удвоенной длине трубы, на самом деле оказывается не-

сколько длиннее этой величины. Удлинение ее вызвано тем, что,

выходя из открытого конца трубы, резонирующая звуковая волна

встречает слабое сопротивление окружающего воздуха (импеданс) и

по этому как бы выпячивается из выходного отверстия трубы наружу на

величину около 5-10%. При этом, чем больше диаметр тру-

Искусство резонансного пения 37

бы, тем больше удлиняется волна. Но удлинение волны означает по-

нижение звука. Поэтому длина органных труб и других духовых все-

гда несколько короче теоретически вычисленной для каждого инстру-

мента. Различные музыкальные мастера на основе своего опыта дела-

ли поправки к длине резонаторов инструментов. Так, известный

французский органный мастер Кавайе-Колль (Cawaille-Coll) дал такую

формулу для открытых цилиндрических труб-резонаторов:

L=L0 -1,67·D (3)

где L - фактическая длина трубы; Lo - длина полуволны издавае-

мого ею звука (½.); D - диаметр трубы.

Я привожу эти данные, чтобы пояснить, что голосовой аппарат

певца как «духовой музыкальный инструмент» (такая аналогия при-

знается всеми исследователями) также подчиняется данной законо-

мерности и ее необходимо учитывать даже при весьма приблизитель-

ных расчетах длины волны низкой певческой форманты (см. § 3.2.2.),

а также при объяснении некоторых специфических певческих ощуще-

ний (см. гл. 5).

Корпуса-резонаторы духовых музыкальных инструментов по-

мимо того, что они командуют звуковысотным строем каждого

инструмента, придают им и специфические тембры за счет гене-

рирования обертонов разной частоты и амплитуды.

В струнных музыкальных инструментах роль резонаторов

как усилителей звука и генераторов тембра также весьма велика,

но не распространяется на звуковысотные свойства инструментов,

которыми целиком заведуют струны. Высота тона (F0), издаваемого

струной, пропорциональна ее натяжению и жесткости (Г) и об-

ратно пропорциональна длине (L) и толщине, т.е. колеблющейся

массе (М)1.

Именно поэтому струны рояля (гитары, арфы и др.) для низких

звуков более длинные и толстые, а для высоких звуков - тонкие,

короткие и сильней натянуты.

Корпуса струнных, в отличие от духовых, усиливающих опре-

деленные тоны, являются множественными резонаторами,

усиливающими звуки всего звуковысотного диапазона, свойственно-

го каждому, например смычковому инструменту (скрипка, альт, вио-

лончель, контрабас и др.), с характерным преимущественным усиле-

нием тонов, специфических для тембра каждого типа инструмента:

для скрипки - si-do1, для альтов - 1а, для виолончели Fa-Sol.

38 В. П. Морозов

Рис. 5. Схема образования звука в открытой

(слева и справа) и в закрытой (в центре) ор-

ганных трубах.

Струя воздуха через канал А и камеру В под давле-

нием вытекает через узкую щель С и при этом рас-

секается острым краем губы D образуя шум, из ко-

торого труба-резонатор формирует чистый тон. Вы-

сота тона зависит от длины трубы: открытая труба

дает звук, длина волны которого в два раза больше

длины трубы, а длина волны звука закрытой трубы

в четыре раза больше ее длины. У открытых частей

трубы всегда создается пучность Е (максимальная

амплитуда звуковых колебаний), а у закрытых -

узел С (минимум амплитуды). Если в середине ор-

ганной трубы проделать даже небольшое отверстие

а (рис. 5, справа), то там также образуется пучность,

и труба будет звучать на октаву выше. На этом ос-

нован механизм регулирования высоты звука флей-

ты. Помимо основного тона органные трубы-

резонаторы, также как и все духовые инструменты,

генерируют гармонические обертоны.

Резонансные свойства корпуса смычковых зависят от его разме-

ров (объема), толщины стенок и конструктивных особенностей (не

вполне разгаданных, как у знаменитых скрипок Страдивари). Недав-

ние исследования вибрации корпусов скрипок известных кремон-

ских мастеров с помощью лазерной техники показали, что спектр их

излучения имеет формантные частоты, близкие к женскому певче-

скому голосу. Это, естественно, повышает эмоционально-эстети-

ческое воздействие тембра данных скрипок на слушателей.

Рис. 6. Тембр лучших скрипок напоминает тембр певческого голоса и это подтверждают

акустические исследования. В спектре звука этих скрипок имеются максимумы, соответст-

вующие области низкой певческой форманты (0,4-0,6 кГц) и высокой певческой форманты

(2-3 кГц). На левом рисунке спектры 11 скрипок итальянских мастеров, на правом - 10 со-

временных хороших скрипок (по: A. Runnemalm et al., 1998).

Искусство резонансного пения 39