Hudobný zvuk a jeho vlastnosti

Hra “4'33”” od Johna Cagea má 4 minúty a 33 sekúnd ticha. S výnimkou tohto diela všetky ostatné používajú zvuk.

Zvuk je pre hudbu to, čo farba pre maľbu, slovo je pre spisovateľa a tehla pre staviteľa. Zvuk je materiálom hudby. Mal by hudobník vedieť, ako funguje zvuk? Presne povedané, nie. Stavebník totiž nemusí poznať vlastnosti materiálu, z ktorého stavia. To, že sa budova zrúti, nie je jeho problém, to je problém tých, ktorí budú v tejto budove bývať.

Na akej frekvencii znie tón C?

Aké vlastnosti hudobného zvuku poznáme?

Vezmime si ako príklad reťazec.

Objem. Zodpovedá amplitúde. Čím silnejšie na strunu udrieme, tým väčšia bude amplitúda jej vibrácií, tým bude zvuk hlasnejší.

Doba trvania. Existujú umelé počítačové tóny, ktoré môžu znieť ľubovoľne dlho, ale zvyčajne sa zvuk v určitom bode zapne a v určitom bode sa zastaví. Pomocou trvania zvuku sú zoradené všetky rytmické figúry v hudbe.

Výška. Zvykli sme si povedať, že niektoré tóny znejú vyššie, iné nižšie. Výška zvuku zodpovedá frekvencii vibrácií struny. Meria sa v hertzoch (Hz): jeden hertz je raz za sekundu. Ak je teda napríklad frekvencia zvuku 100 Hz, znamená to, že struna vydáva 100 vibrácií za sekundu.

Ak otvoríme akýkoľvek popis hudobného systému, ľahko zistíme, že frekvencia až po malú oktávu je 130,81 Hz, takže za sekundu struna vyžaruje na, vykoná 130,81 kmitov.

Ale to nie je pravda.

Perfektná struna

Ukážme si teda to, čo sme práve opísali na obrázku (obr. 1). Dĺžku zvuku zatiaľ zavrhujeme a označujeme len výšku a hlasitosť.

Tu červený pruh graficky znázorňuje náš zvuk. Čím je tento stĺpec vyšší, tým je zvuk hlasnejší. Čím viac je tento stĺpec vpravo, tým je zvuk vyšší. Napríklad dva zvuky na obr. 2 budú mať rovnakú hlasitosť, ale druhý (modrý) bude znieť vyššie ako prvý (červený).

Takýto graf sa vo vede nazýva amplitúdovo-frekvenčná odozva (AFC). Je zvykom študovať všetky vlastnosti zvukov.

Teraz späť k reťazcu.

Ak by struna vibrovala ako celok (obr. 3), potom by skutočne vydala jeden zvuk, ako je znázornené na obr. 1. Tento zvuk by mal určitú hlasitosť v závislosti od sily úderu a presne definovanú frekvenciu kmitanie, v dôsledku napätia a dĺžky struny.

Môžeme sa započúvať do zvuku, ktorý takéto kmitanie struny vytvára.

* * *

Znie to biedne, však?

Je to preto, že podľa fyzikálnych zákonov struna nevibruje celkom takto.

Všetci hráči na strunové nástroje vedia, že ak sa dotknete struny presne v strede, bez toho, aby ste ju čo i len pritlačili na hmatník, a udreli, môžete získať zvuk tzv. flagolet. V tomto prípade bude podoba vibrácií struny vyzerať asi takto (obr. 4).

Tu sa struna zdá byť rozdelená na dve časti a každá z polovíc znie samostatne.

Z fyziky je známe: čím je struna kratšia, tým rýchlejšie vibruje. Na obr. 4 je každá z polovíc dvakrát kratšia ako celý reťazec. V súlade s tým bude frekvencia zvuku, ktorý prijímame týmto spôsobom, dvakrát vyššia.

Trik je v tom, že takéto chvenie struny sa neobjavilo v momente, keď sme začali hrať na harmonickú, bolo to prítomné aj v „otvorenej“ strune. Len keď je šnúrka otvorená, takéto chvenie je ťažšie badateľné a priložením prsta do stredu sme to odhalili.

Obrázok 5 pomôže zodpovedať otázku, ako môže struna súčasne vibrovať ako celok, tak aj ako dve polovice.

Struna sa ohýba ako celok a dve polvlny na nej kmitajú ako akási osmička. Osmička hojdajúca sa na hojdačke je to, čo je pridanie dvoch takýchto druhov vibrácií.

Čo sa stane so zvukom, keď struna takto vibruje?

Je to veľmi jednoduché: keď struna vibruje ako celok, vydáva zvuk určitej výšky, zvyčajne sa to nazýva základný tón. A keď dve polovice (osem) vibrujú, dostaneme zvuk dvakrát vyšší. Tieto zvuky sa prehrávajú súčasne. Na frekvenčnej odozve to bude vyzerať takto (obr. 6).

Tmavší stĺpec je hlavným tónom vznikajúcim z vibrácie „celej“ struny, svetlejší je dvakrát vyšší ako tmavý, získava sa z vibrácie „osmičky“. Každý stĺpec na takomto grafe sa nazýva harmonický. Vyššie harmonické spravidla znejú tichšie, takže druhý stĺpec je o niečo nižší ako prvý.

Ale harmonické nie sú obmedzené na prvé dve. V skutočnosti, okrem už aj tak zložitého pridania osmičky s hojdačkou, sa struna zároveň ohýba ako tri polvlny, ako štyri, ako päť atď. (obr. 7).

Podľa toho sa k prvým dvom harmonickým pridávajú zvuky, ktoré sú trojnásobne, štvornásobne, päťkrát atď. vyššie ako hlavný tón. Na frekvenčnej odozve to dá takýto obraz (obr. 8).

Takýto komplexný konglomerát sa získa, keď znie iba jedna struna. Pozostáva zo všetkých harmonických od prvej (ktorá sa nazýva základná) po najvyššiu. Všetky harmonické okrem prvej sa tiež nazývajú podtóny, tj preložené do ruštiny – „horné tóny“.

Ešte raz zdôrazňujeme, že toto je najzákladnejšia myšlienka zvuku, takto znejú všetky struny na svete. Navyše s malými zmenami dávajú všetky dychové nástroje rovnakú zvukovú štruktúru.

Keď hovoríme o zvuku, máme na mysli presne túto konštrukciu:

ZVUK = UZEMNÝ TÓN + VŠETKY VIACNÁSOBNÉ PREHLÁSENIA

Práve na základe tejto štruktúry sú v hudbe postavené všetky jej harmonické črty. Vlastnosti intervalov, akordov, ladení a oveľa viac sa dajú ľahko vysvetliť, ak poznáte štruktúru zvuku.

Ale ak takto znejú všetky struny a všetky trúbky, prečo môžeme rozoznať klavír od huslí a gitaru od flauty?

Zafarbenie

Vyššie formulovaná otázka môže byť ešte tvrdšia, pretože profesionáli dokonca dokážu rozlíšiť jednu gitaru od druhej. Dva nástroje rovnakého tvaru, s rovnakými strunami, zvukom a človek cíti rozdiel. Súhlasíte, zvláštne?

Než vyriešime túto zvláštnosť, vypočujme si, ako by znela ideálna struna opísaná v predchádzajúcom odseku. Poďme si ozvučiť graf na obr.8.

* * *

Zdá sa, že je podobný zvuku skutočných hudobných nástrojov, ale niečo tomu chýba.

Nie je dosť „neideálne“.

Faktom je, že na svete neexistujú dve absolútne rovnaké struny. Každá struna má svoje vlastné charakteristiky, aj keď mikroskopické, ale ovplyvňujú to, ako znie. Nedokonalosti môžu byť veľmi rôznorodé: zmeny hrúbky po dĺžke struny, rôzna hustota materiálu, drobné defekty vrkoča, zmeny napätia pri vibráciách a pod.. Okrem toho sa zvuk mení v závislosti od toho, kde na strunu udrieme, materiálové vlastnosti nástroja (ako je náchylnosť na vlhkosť), ako je nástroj umiestnený vo vzťahu k poslucháčovi a oveľa viac, až po geometriu miestnosti.

Čo robia tieto funkcie? Mierne upravujú graf na obrázku 8. Harmonické na ňom sa môžu ukázať ako nie celkom viacnásobné, mierne posunuté doprava alebo doľava, hlasitosť rôznych harmonických sa môže veľmi meniť, môžu sa objaviť podtóny umiestnené medzi harmonickými (obr. 9 .).

Zvyčajne sa všetky nuansy zvuku pripisujú nejasnému konceptu zafarbenia.

Timbre sa zdá byť veľmi vhodným termínom pre zvláštnosti zvuku nástroja. Tento pojem má však dva problémy, na ktoré by som rád upozornil.

Prvým problémom je, že ak zadefinujeme zafarbenie, ako sme to urobili vyššie, potom nástroje rozlišujeme podľa ucha, nie podľa neho. Spravidla zachytíme rozdiely v prvom zlomku sekundy zvuku. Toto obdobie sa zvyčajne nazýva útok, v ktorom sa zvuk len objaví. Po zvyšok času znejú všetky sruny veľmi podobne. Aby sme si to overili, vypočujme si tón na klavíri, ale s „odrezanou“ dobou útoku.

* * *

Súhlasíte, v tomto zvuku je dosť ťažké rozpoznať známy klavír.

Druhým problémom je, že zvyčajne sa pri zvuku vyčleňuje hlavný tón a všetko ostatné sa pripisuje timbru, ako keby bol bezvýznamný a v hudobných konštrukciách nehral žiadnu rolu. Vôbec to tak však nie je. Od základnej štruktúry zvuku je potrebné odlíšiť jednotlivé znaky, ako sú podtóny a odchýlky harmonických. Jednotlivé vlastnosti majú naozaj malý vplyv na hudobné konštrukcie. Ale základná štruktúra – viac harmonických, znázornená na obr. 8 – je to, čo určuje harmóniu v hudbe bez výnimky, bez ohľadu na epochy, trendy a štýly.

O tom, ako táto štruktúra vysvetľuje hudobné konštrukcie, si povieme nabudúce.

Autor – Roman Oleinikov Zvukové nahrávky - Ivan Sošinskij