реферат

5.СМЫЧКОВЫЕ МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

5.1.Состав и особенности

К числу смычковых инструментов относятся скрипка, альт, виолончель,

контрабас, а также некоторые народные инструменты. Извлечение звука при игре на них производится с помощью смычка. Широко применяются в симфонических и эстрадных оркестрах. Зачастую верхняя дека скрипки, альта и виолончели смычковых инструментов изготавливается из резонансной ели, дно и соединяющая их обечайка – из специальной породы клёна-явора, гриф – из груши или других твердолиственных пород. Контрабас отличается от них тем,

что его и верхняя, и нижняя деки изготавливаются из резонансной ели, а

обечайка – из берёзовой фанеры.

Для игры на смычковых инструментах используется смычок – фрикционное устройство из круглой или гранёной трости из граба или фернамбука с натянутым пучком специально обработанных жёстких конских волос хвоста или синтетических нитей. Второе крепление пучка изготавливается из пластика. Извлечение звука достигается движением смычка по струнам инструмента. Каждому инструменту соответствует отдельный смычок,

подходящий по длине.

высокой подставки 1, опирающейся на пружину 2 с одной стороны и на душку 4, соединяющую деку со дном, с другой. Под воздействием образующихся колебаний деки и дна создаётся периодическое изменение внутреннего объёма воздуха, собственная частота колебаний которого определяется объёмом и конструкцией полости инструмента. Колебания воздуха передаются в

21

окружающую среду через резонаторные отверстия 3. При воздействии на такую систему одни области частот акцентируются, а другие ослабляются, что создаёт разную отзывчивость инструмента на различные обертоны звучащей ноты,

специфически окрашивая звук. Влияние конструкции корпуса смычковых инструментов в значительной мере аналогичны таковому у щипковых инструментов, однако фрикционное возбуждение струн приводит к качественным отличиям формируемых звуковых сигналов.

Процесс возбуждения зависит от силы трения между волосом смычка и струной. Когда смычок почти или совсем неподвижен относительно струны, он как бы сцеплен с ней и тянет её за собой, ввиду большой силы трения. Когда усилие натяжения струны превышает силу трения, струна отрывается от смычка и перемещается навстречу его движению, пока скорости снова не совпадут и не смычок снова не захватит струну. Время сцепления определяется в основном собственной частотой струны, амплитуда колебаний струны – силами давления,

трения покоя, скольжения и скорости движения смычка. Вместе с этим с ростом давления на струну увеличивается затухание отдельных обертонов. В момент сцепления происходит толчок, вызывающий распространяющиеся по обе стороны смычка волны, которые, отразившись от опор струн, возвращаются к смычку в противофазе. Так, часть обертонов ослабляется или вовсе глушится, а

форма колебаний струны изменяется, поскольку под действием отражённых волн происходят отрывы и новые зацепления струны, что приводит к образованию ступенек на кривой колебания струны.

Рисунок 11 - Влияние отражённых волн на форму колебаний струны

22

6. ЯЗЫЧКОВЫЕ МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

6.1. Состав и особенности

К группе язычковых инструментов относятся инструменты, звук в которых образуется за счёт колебаний упругих язычков в проёмах специальных голосовых планок. Язычки возбуждаются разницей воздушных давлений по разные стороны от него. В данный класс входят, например, гармони, баяны,

аккордеоны и некоторые духовые, в которых применяются язычки (трости). В

отличие от последних, к классу язычковых относятся лишь те инструменты, в

которых используются проскакивающие язычки, помещаемые в так называемые голосовые планки. Язычковые с воздушными камерами переменного объёма

(мехами), конструктивно мало отличаются мало отличаются друг от друга и представляют собой разновидности баянов. Между собой язычковые инструменты различаются строем, диапазоном звучания, наибольшим числом одновременно звучащих язычков при одной зажатой клавише (числом голосов),

числом регистров и наличием возможности включения готовых аккордов.

Настройка язычков, соответствующих одной зажатой кнопке,

производится па разные частоты. Например, при четырёхголосье частоты основного язычка соответствует задаваемой ноте, второй – на октаву ниже основного, третий – на октаву выше основного, а частота четвёртого отличает от частоты основного на несколько герц для создания с основным тоном биения.

Различные тембры звука получаются включением соответствующих регистров,

те ость групп язычков.

6.2. Акустический аппарат

Акустический аппарат язычковых инструментов включает голосовые планки с проскакивающими язычками, входные камеры, открывающие доступ потому воздуха к язычкам клапаны и устройства создания и сохранения перепада давлений с двух сторон планки. Тембровые качества звука язычковых инструментов определяются в основном параметрами голосовых планок и входных камер.

23

Голосовая планка представляет собой рамку

2, в проёме которой колеблется язычок 1. При разнице воздушных давлений по обе стороны планки язычок отклоняется. Когда оно становится достаточно большим, зазор для прохода воздуха в проёме тоже становится большим. Давление воздушного потока на язычок уменьшается, и он под действием упругих сил начинает возвращаться в исходное

воздушного потока опять возрастает. Изменение направления движения язычка вызывает колебательный процесс с частотой, определяемой параметрами язычка. Так, собственная частота колебаний язычка с линейно изменяющейся толщиной рабочей части постоянной ширины может быть рассчитана как:

где h – максимальная толщина рабочей части язычка, L – длина рабочей части язычка; E – модуль упругости материала язычка; – плотность материала язычка. При этом собственная частота укороченных язычков нижнего регистра с дополнительным грузом на конце рассчитывается по приближённой формуле:

где H – толщина язычка с грузом; m1 – масса груза; m – масса язычка. Чем меньше длина груза, тем более точный расчёт даёт данная формула.

Вместе с этим, язычок имеет порог возбуждения, минимальный перепад воздушного давления по разные стороны, при котором язычок начинает колебаться с собственной частотой и который составляет 40-250 Па. Также

24

существует порог срыва, максимальный перепад давлений, при котором колебания язычка прекращаются и который обычно составляет 2200-3000 Па,

однако максимальный перепад давлений в реальных язычковых инструментах не превышает 2100-2500 Па.

Пороги возбуждения и срыва язычков зависят от их жёсткости:

где F – сила воздействия на язычок, приведённая к его свободному концу;

∆ – отклонение конца язычка под действием силы F. Чем меньше жёсткость,

тем ниже пороги язычка. На практике более жёсткими оказываются более высокочастотные язычки.

7. ДУХОВЫЕ МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

7.1. Состав и акустический аппарат

В духовых музыкальных инструментах звучащим телом выступает расположенный в их внутреннем канале столб воздуха. Они делятся на лабиальные (продольные и поперечные флейты), тростевые (гобой и фагот) и

амбушюрные (труба и саксофон), иногда называемые медными, поскольку они изготавливаются из латуни. Немало духовых инструментов входит в состав симфонического оркестра, однако также существует множество духовых вне симфонической группы.

Духовым музыкальным инстру-

ментам присущ натуральный звукоряд,

образующийся в результате колебаний целого столба воздуха или его кратных частей в канале инструмента, что увели-

чивает частоту колебаний в кратное число раз. Переход от основной частоты к более высоким частотам в основном

производится увеличением скорости воздушной струи (передуванием), а сам

25

переход происходит скачкообразно (рисунок 13). Передувание тем легче и имеет тем больше переходов, чем больше отношение длины воздушного канала к среднему диаметру инструмента. Вместе с колебаниями столба воздуха в инструменте происходят собственные самостоятельные колебания и его отдельных частей, что вызывает появление обертонов. В некоторых инструментах с особенно большим отношением длины канала к диаметру и расширяющимся раструбом колебания на основной частоте вовсе не возникают.

Хроматический же звукоряд получают путём изменения длины воздушного канала. Для этого в деревянных инструментах применяют клапаны,

открывающие и закрывающие соединяющие канал инструмента с окружающей средой дополнительные отверстия, варьируя длину столба воздуха. В медных инструментах для тех же целей применяют вентили или выдвижные кулисы,

включающие и выключающие дополнительные участки воздушных каналов.

Возбуждение звука в деревянных духовых осуществляется либо в результате дробления завихрения подаваемой струи при столкновении с внутренними острыми кромками входного отверстия (лабиальные), либо в результате прерывания вдуваемой струи вибрирующей тростью (тростевые) с

частотой собственных колебаний воздушного столба в канале инструмента, а

сама струя направляется губами и языком музыканта.

Все медные духовые относятся к амбушюрным, в которых роль тростей выполняют специфическим образом сложенные губы музыканта и приспособленные для этого воронкообразные мундштуки (рисунок 14). Вдувая струю воздуха и изменяя величину щели между губами, музыкант варьирует скорость поступающего в канал воздуха, при этом частота изменения подачи автоматически синхронизируется частотой собственных колебаний столба воздуха в канале. Чем больше изогнут канал инструмента, тем мягче звук, тогда как удлинённая форма с прямоугольными участками приводит к формированию более ярких тембров. Добавочные лабиринты и шероховатости канала затрудняют извлечение основного тона и приглушают общее звучание инструмента.

26

8. УДАРНЫЕ МУЗЫКАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

8.1. Состав и особенности

Ударные музыкальные инструменты используются для ритмо-

динамического и темброво-ритмического оформления музыки. В их состав входят перепоночные или мембранные (барабаны) и пластиночные (ксилофон)

инструменты, которые также делятся на настраиваемые и ненастраиваемые по высоте звука. Помимо этого, большой подкласс ударных составляют инструменты ударно-шумового назначения (колокола, маракасы, трещотки), не имеющие единой формы, конструкции и характера звучания.

Звучащее тело перепоночных инструментов это туго натянутая перепонка

(мембрана), представляющая собой хорошо выделанную кожу или синтетическую плёнку, удар по которой палочками, колотушками или руками возбуждает звук. Высота звучания определяется размерами мембраны, усилием натяжения и местом возбуждения.

Звучащее тело пластиночных инструментов это возбуждаемая ударом жёсткого предмета пластина.

8.2. Акустический аппарат

Все звучащие тела ударных инструментов представляют собой мембраны,

являющиеся плоскими колебательными системами с пренебрежимо малой жёсткостью в перпендикулярном их плоскости направлении, пластины,

являющиеся плоскими колебательными системами со значительно меньшей по отношению к размерам плоских поверхностей толщиной и большой жёсткостью в направлении плоских поверхностей, и тела сложной формы.

При ударе мембрана начинает колебаться, образуя быстро сменяющие друг друга выпуклости и вогнутости. Чем больше кривизна поверхности мембраны и сила её натяжения, тем больше ускорение, направленное к исходной плоскости. Движение мембраны на кольцевой опоре при условии пренебрежения потерями энергии на трение и излучение описывается волновым уравнением

27

где a – смещение мембраны в перпендикулярном направлении; r – радиальная координата точки на мембране; – угловая координата точки на мембране;

= √ / – скорость распространения поперечной волны по поверхности мембраны; T = F/l – сила натяжения мембраны на единицу длины кольцевой опоры; F – сила натяжения мембраны; l – длина кольцевой опоры; = / –

поверхностная плотность мембраны; M – масса мембраны; S – площадь поверхности мембраны. Решение данного уравнения показывает, что выражение для частоты собственных колебаний мембраны примет вид

Поскольку соседние пучности на поверхности мембраны колеблются в противофазе, их звуковое излучение в значительной мере нейтрализуется в результате интерференции и излучение на высоких частотах ослабляется. При учёте потерь энергии на трение и влияния составных частей инструмента частота колебаний мембраны немного снижается.

Рисунок 15 – Колебания круглой мембраны без узловых диаметров

Такие ударные музыкальные инструменты как гонги и оркестровые тарелки имеют звучащие тела в виде круглой металлической пластины,

уравнение движения которой имеет вид

где – плотность материала пластины; h – толщина пластины; r0 – радиус пластины; – круговая частота собственных колебаний пластины; =3/[12(1 − 2)] – жёсткость пластины; E – модуль упругости; –

коэффициент Пуассона. Выражение для частоты собственных колебаний круглой пластины примет вид

Значения можно взять от соответствующих таблиц, но при больших значениях m и n для расчёта можно воспользоваться приближённой формулой:

≈ ( + 0,5 ). (22)

Прямоугольные пластины укладывают местами узловых колебаний на шнуры или мягкие прокладки, слегка приглушающие обертоны, не имеющие узловых линий в соответствующих местах. Для основного тона узловые линии проходят на расстоянии 2/9 длины пластины от её концов. В данном случае пластина рассматривается как свободно колеблющийся призматический

стержень с круговой частотой собственных колебаний:

где h – толщина пластины; l – длина пластины; E – модуль упругости; –

плотность материала пластины; – коэффициент для i-го обертона из ряда.

Обертоны пластины негармоничны.

30