6) Способы возбуждения колебаний в духовых инструментах

Трубка зазвучала. Что же произошло? В рассекающемся потоке воздуха возникли колебания. Они слабы и беспорядочны, в них много разных частот, так что это пока еще шум, а не музыкальный звук. Но воздушный столб в трубке в зависимости от своих размеров может колебаться, как мы уже знаем, с одной определенной частотой. И вот он выделяет эту частоту из массы других, отзывается на нее, и, резонируя, сам начинает колебаться. Причем сила этих колебаний, а значит, и громкость звука намного больше, чем шум рассекающейся струи. Так колебательный контур радиоприемника, настроенный на какую-то собственную частоту, выделяет из множества радиоволн, заполняющих эфир, такую же частоту нужной станции. И не только выделяет, но и усиливает ничтожно слабый сигнал, попадающий на антенный вход. Способ возбуждения воздушного столба, который мы рассмотрели, один из самых древних. Он неудобен: трудно выдерживать нужное направление струи, да и расход воздуха велик. Другой способ, который применяется и сейчас на оркестровых флейтах, заключается в следующем. Конец трубки забивается наглухо пробкой, а рядом с этим концом в стенке трубки сверлится небольшое отверстие. Музыкант прикладывает инструмент к нижней губе и дует в отверстие, но опять же так, чтобы струя воздуха рассекалась о его край. Этот способ, конечно же, удобнее, хотя и он требует навыка. Еще проще способ, который применяется, например, в свирели. Конец трубки тоже забивается пробкой, но уже фигурной, чтобы остался канал для воздуха. Канал направлен на заостренный край отверстия, проделанного в стенке трубки. В такую трубу как раз достаточно просто дунуть, чтобы возник звук, но... в оркестровых инструментах этот способ не применяется. Дело в том, что готовый канал для воздуха не дает варьировать направление струи, делает невозможными многие нюансы исполнения. Все эти способы извлечения звука называются свистковыми. Здесь колебания возбуждаются струей воздуха, разбивающейся о препятствие. В некоторых духовых инструментах используются другие возбудители колебаний — язычковые. Мы уже знакомились с язычками, когда говорили о ручных гармониках. Но там язычок — основа инструмента, именно он, обладая собственной постоянной частотой колебаний, рождает звук, а все остальное лишь усиливает этот звук и обогащает его тембр. А в духовых инструментах звучит воздушный столб, а язычок служит только для возбуждения колебаний в нем, поэтому и устроен он по-другому.

7) Теория звучания духовых инструментов. Звуковые волны в трубах

У любой трубки есть своя частота резонанса, которая определяется геометрическими размерами самой трубки. Если в такую трубку попадает звуковая волна (например, от трости саксофона), то в центре сечения трубки возникает резонансная волна определенной частоты, которая усиливает звук и украшает его новыми гармониками. Меняя длину трубки, мы можем добиться изменения высоты звука. Именно такой принцип управления используется во всех духовых инструментах: например, в тромбоне музыкант выдвигает колено трубы, меняя ее длину; в кларнете, гобое, флейте, саксофоне длина трубы меняется при помощи закрытия и открытия отверстий и т. д. Духовые инструменты. Деревянные духовые инструменты. О собственных колебаниях воздуха в цилиндрической трубе конечной длины говорилось ранее. Собственные частоты образуют ряд гармоник, основная частота которого обратно пропорциональна длине трубы. Музыкальные звуки в духовых инструментах возникают благодаря резонансному возбуждению столба воздуха. В отличие от трубы, открытой с обоих концов, имеющей полный набор обертонов, труба, открытая только с одного конца, имеет только нечетные гармоники. Частоты колебаний в стволе конической формы труднее рассчитать, чем в цилиндрической трубе, но все же там имеется полный набор обертонов. При этом частоты колебаний конической трубы с закрытым узким концом такие же, как и у цилиндрической трубы, открытой с обоих концов. Медные духовые инструменты. Медные, в том числе валторна, труба, корнет-а-пистон, тромбон, горн и туба, возбуждаются губами, действие которых в сочетании с мундштуком особой формы аналогично действию двойной трости. Давление воздуха при возбуждении звука здесь значительно выше, чем в деревянных духовых. Медные духовые, как правило, представляют собой металлический ствол с цилиндрической и конической секциями, заканчивающийся раструбом. Секции подобраны так, что обеспечивается полный спектр гармоник. Полная длина ствола лежит в пределах от 1,8 м для трубы.

Органную трубу можно упрощенно рассматривать как прямую трубу, в которой возбуждаются стоячие волны. Труба может иметь как закрытые, так и открытые концы. У открытого конца возникает пучность стоячей волны, а у закрытого – узел. Следовательно, труба с двумя открытыми концами имеет такую основную частоту, при которой на длине трубы укладывается половина длины волны. Труба же, у которой один конец открыт, а другой – закрыт, имеет основную частоту, при которой на длине трубы укладывается четверть длины волны.