Примеры тембра. Тембр в музыке – это что за категория? Для чего она существует? Что такое тембр голоса и от чего он зависит
Обратимся ещё раз к опыту, изображённому на рисунке 74. Как уже говорилось, свободная часть линейки создаёт звук только в том случае, если она колеблется с частотой, не меньшей чем 16 Гц. Переместим линейку в тисках вниз (укоротив тем самым верхнюю часть) и приведём её в колебательное движение. Заметим, что частота колебаний линейки увеличилась, а издаваемый ею звук стал выше. Продолжая периодически укорачивать колеблющуюся часть линейки, убедимся в том, что с увеличением частоты колебаний звук повышается.
Проверим этот вывод на другом опыте. Возьмём зубчатый диск (рис. 79, а), с помощью специального устройства приведём его во вращение и прикоснёмся к зубчатому краю тонкой картонной пластинкой (рис. 79, б). Под воздействием зубьев вращающегося диска пластинка начнёт совершать вынужденные колебания, в результате чего мы услышим звук. Увеличим скорость вращения диска, и пластинка станет колебаться чаще, а издаваемый ею звук будет выше.
Рис. 79. Исследование зависимости высоты звука от частоты колебаний источника
На основании описанного опыта можно заключить, что высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.
Напомним, что ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания, которые являются самым простым видом колебаний. Таким колебаниям присуща только одна строго определённая частота. Звук камертона является чистым тоном.
- Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты
Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.
Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой, а соответствующий ей звук определённой высоты - основным тоном (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.
Все остальные тоны сложного звука называются обертонами. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).
Обертоны определяют тембр звука, т. е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т. е. одну и ту же частоту основного тона. Отличие же этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).
Таким образом, высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Чтобы выяснить, от чего зависит громкость звука, вернёмся к опыту, изображённому на рисунке 76. К одной ветви камертона подводят вплотную маленький висящий на нити шарик, а по другой слегка ударяют молоточком. Обе ветви камертона приходят в колебательное движение. Слышен негромкий звук. Шарик отскакивает от колеблющейся ветви на небольшое расстояние. Затем камертон глушат и снова ударяют по нему, но гораздо сильнее, чем в первый раз. Теперь камертон звучит громче, а шарик отскакивает на большее расстояние, что свидетельствует о большей амплитуде колебаний ветвей.
Этот и многие другие опыты позволяют сделать вывод о том, что громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
В рассмотренном опыте частоты колебаний обоих звуков - тихого и громкого - одинаковы, так как их источником является один и тот же камертон. Но если сравнить звуки разных частот, то кроме амплитуды колебаний пришлось бы учитывать ещё один фактор, влияющий на громкость. Дело в том, что чувствительность человеческого уха к звукам разной частоты различна. При одинаковых амплитудах как более громкие воспринимаются звуки, частоты, которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц. Поэтому, например, высокий женский голос с частотой 1000 Гц будет для нашего уха громче низкого мужского с частотой 200 Гц, даже если амплитуды колебаний голосовых связок в обоих случаях одинаковы. Громкость звука зависит также от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя.
- При равных амплитудах женский голос, имеющий большую частоту, чем мужской, воспринимается как более громкий
Громкость звука - это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких.
Единица громкости звука называется сон. В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем звукового давления, измеряемым в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.
Например, звуку, возникающему при листании газеты, соответствует уровень звукового давления порядка 20 дБ, звуку звонка будильника - примерно 80 дБ, двигателя самолёта - порядка 130 дБ (такой громкий звук вызывает у человека болевое ощущение).
Систематическое воздействие на человека громких звуков, особенно шумов (совокупности звуков разной громкости, высоты тона, тембра), неблагоприятно отражается на его здоровье.
В шумных районах у многих людей появляются симптомы шумовой болезни: повышенная нервная возбудимость, быстрая утомляемость, повышенное артериальное давление. Поэтому в больших городах приходится принимать специальные меры для уменьшения шумов, например запрещать звуковые сигналы автомобилей.
Вопросы
- С какой целью проводились опыты, изображённые на рисунках 74 и 79? Какой был сделан вывод по результатам этих опытов?
- Как на опыте удостовериться в том, что из двух камертонов более высокий звук издаёт тот, у которого больше собственная частота? (Частоты на камертонах не указаны.)
- От чего зависит высота звука?
- Как изменится громкость звука, если уменьшить амплитуду колебаний его источника?
- Звук какой частоты - 500 Гц или 3000 Гц - человеческое ухо воспримет как более громкий при одинаковых амплитудах колебаний источников этих звуков?
- От чего зависит громкость звука?
- Как отражается на здоровье человека систематическое действие громких звуков?
Упражнение 29
- Какое насекомое чаще машет крыльями в полёте - шмель, комар или муха? Почему вы так думаете?
- Зубья вращающейся циркулярной пилы создают в воздухе звуковую волну. Как изменится высота звука, издаваемого пилой при её холостом ходе, если на ней начать распиливать толстую доску из плотной древесины? Почему?
- Известно, что чем туже натянута струна на гитаре, тем более высокий звук она издаёт. Как изменится высота звучания гитарных струн при значительном повышении температуры окружающего воздуха? Ответ поясните.
Тембр как личность
Нет двух абсолютно одинаковых по тембру голосов. Специалист по певческим технологиям Иван Левидов, говорит, что «основные характерные элементы тембра каждого голоса есть величина постоянная, не изменяющаяся с момента мутации голоса».
Порой, долго не видя человека, мы можем не узнать его, но стоит ему заговорить, мы тут же его вспомним. Один только тембр голоса во многом определяет человека. Французский фониатр Жан Абитболь однажды даже отказался делать операцию пациентке – считал, что изменение голоса изменит ее личность.
Что такое тембр
Термин произошел от французского timbre (колокольчик). Это психоакустическая характеристика голоса. Его эксклюзивная окрашенность. Поэтому, когда анализируют мастерство владения вокалом, часто используют определения из словаря живописи - «колорит», «палитра», «краски». И вот эти «цветовые» нюансы и позволяют различать голоса людей. Даже если высота, громкость и длительность их звучания одинакова.
От плотности смычки голосовых связок, от их длины, ширины, упругости и натяжения. Последнее создается пластичностью перстнещитовидной мышцы, которую профессор и императорский лейб-отиатр Н. П. Симановский называл «музыкальной», так как она действует, как колок у скрипки.
Еще тембр зависит от объема трахеи и формы внутреннего резонатора. Так у Шаляпина было куполообразное нёбо, от которого, как от соборного свода отталкивался звук. И это нёбо стало предметом изучения не только фониатров, но и отоларингологов, антропологов и анатомов.
За «окраску» же тембра отвечают обертоны. Чем больше обертонов – тем «вкуснее» голос.
Обертоны
Это звуки над звуками. Тренированным горлом производятся одновременно как бы два звука – тон и обертон. Обертоны – высокочастотны и ранжированы по законам «золотого сечения». Что это такое? Когда мы смотрим на лицо человека и находим его привлекательным, это означает, что оно «скроено» природой по соотношению частей соразмерно. Вот так же и обертоны гармонизируют тембр голоса при помощи интервалов.
Голос словно поднимается по обертонной лестнице - с одной ступени на другую. Между ними паузы. «Первый обертон отстоит от тона на октаву. Второй – уже меньше. Это – квинта.» И так же - по «шажкам» обертонов - постепенно подстраивается и обычное человеческое ухо, которое первоначально может обертонов и не различать.
Как рождается отклик на звуковую волну.
Человек в среднем состоит на 60% из жидкой субстанции, которая и откликается на звук вибрацией. Немецкий исследователь звука и фотограф (киматик – от «kyma» – волна) Александр Лаутервассер провел ряд опытов – проигрывал у водоема звуки разной частоты - лязг подвижного состава поезда, крики чаек, фразы из токкат Баха. И фиксировал на фотокамеру волновой «отклик» воды. Каждый звук рождал свой узор. Так и человек вибрирует вслед за тембром голоса.
Чем мы говорим
«Ртом», «горлом», «грудью» и даже «животом». Последний в ответе за повышенную корпулентность подавляющего большинства оперных певцов – они «кладут голос на чрево». И вовлекают в процесс звучания все тело. Как младенец. Когда он плачет, то резонирует от макушки до пяток. С возрастом человек «зажимается». Голос теряет способность включать весь организм. И его вибрации «застревают» на уровне горла. Но мы созданы природой как единый резонатор.
Как тембр выдает говорящего
Уже по тембру каждый из нас в состоянии оценить психофизические параметры человека. Венские лингвофизиологи опытным путем подтвердили, что люди только по голосу могут судить – высокий человек или низкий, полный или худой. Правда, с возрастом может выйти осечка, потому что тембр счастливого человека делает голос моложе лет на 10. Гнев и страх – «старят».
Проявит тембр и уровень интеллекта собеседника, род его занятий, темперамент. Как и его состояние - счастлив или нет, болен или здоров, утомлен или бодр. В тембре голоса отразится, и кто говорит – лидер или ведомый, лжец или поборник правды, завистник или щедрая душа, способен ли он на предательство или будет верен до гробовой доски.
Как раз связь тембра с доверием партнеру заинтересовала специалистов канадского научно-исследовательского Университета МакМастера. Участникам эксперимента дали прослушать голоса 20 мужчин и женщин. Один мужской – низкий вкрадчивый – все отметили, как «опасный». «С точки зрения сексуальной стратегии, - констатировала автор проекта Джиллиан О’Коннор, - оба пола расценивают такой тембр, как предупреждение о будущих изменах». Доверие вызвали - более высокий мужской и более низкий женский. Их сочли «надежными».
Британские исследователи из университетов Ливерпуля и Стирлинга, работая в племени хадза в Танзании, сделали открытие, что обладатели тембра в нижнем голосовом регистре имеют больше детей. Так танзанские «баритоны» опередили «теноров» в среднем на два ребенка. Ученые же Государственного университета штата Нью-Йорк нашли зависимость сексуальной привлекательности тембра женщин от фертильности.
Психологи Университета южной Каролины, проанализировав телефонные разговоры, выявили разницу тембров в процессе общения с безразличными и любимыми людьми. Последние даже копировали интонации друг друга, как бы ставя голоса на одну тоновую волну.
Антропологи Пенсильванского университета - Сара Вольф и Дэвид Путс - впервые попытались разобраться, «как признаки маскулинности влияют на мнение человека о его способности доминировать». Опыты показали, что мужчины с голосами глубокой тембральной окраски воспринимаются другими особями того же пола как «вожаки прайда».
Тембр на службе политики
В 2012 году корреспонденты журнала Proceedings of the Royal Society в содружестве с PR-технологами и нейропсихологами провели опросов американцев, которые отвечали на вопрос: «Какой тембр голоса вызывает у них наибольшее доверие к политику?».
Тембр – одна из объективных колляций, которую учитывают спецслужбы при составлении психопортретов преступников. Профайлеры ФБР и ЦРУ обращают внимание на то, как дребезжит и как бы «спотыкается» голос. Когда юлит и недоговаривает, тембр становится скачкообразным, невнятным. Тревожность заставит его «задраться», повысив тон. Когнитивный диссонанс выразится в резких голосовых колебаниях и продемонстрирует шаткость позиции, неуверенность. Напряженный тембр – контроль за каждым шагом. Нотки металла - убежденность. Повышенная громкость – стремление подавить. Но основной тембральный рисунок навсегда остается неизменным.
Неповторимость
Раньше в паспорта итальянцев вносили - наряду с датой рождения, ростом, цветом волос и глаз - тембр голоса. Ныне суды США и Великобритании принимают - в качестве доказательств вины/невиновности – голосовые записи. Почему? Потому что тембр так же уникален, как генетический код в молекуле ДНК, папиллярный узор на подушечках пальцев или строение ушной раковины.
Уникален тембр настолько, что крупнейшие банки мира не боятся кодировать сейфы голосами их владельцев.
Тона, обертоны, резонатор
Дополнительные тона возникают вследствие того, что колеблется не только все упругое тело, которое творит основной тон, но и его части. Части меньше, чем все тело, поэтому они выдают тона, выше основного, - обертоны (нем. Ober "выше, верхний"), но слабее. Например, если основной тон имеет высоту 100 Гц, то обертоны будут высоту 200,400, 800,1600 Гц и т. Д. Высота некоторых обертонов достигает 10000 Гц.
Основной тон и обертоны образуются в гортани с помощью голосовых связок. Ротовая полость играет роль переменного резонатора (его форма меняется с помощью языка, губ; нижней челюсти и т.д.). Резонаторами могут быть и носовая и глоточная полости, с изменением величины которых изменяется тембр голоса и звуков речи. Резонатор - это пустое тело с твердыми стенками и отверстием определенного размера. Резонатор одни обертоны усиливает, другие - гасит. Так возникают громкие. Нечто подобное, только гораздо сложнее, происходит и во время создания согласных.
Согласные звуки состоят из основного тона и обертонов, которые изменяются в резонаторах, один из которых может усилить основной тон, а другой - один из обертонов. Так возникают сонорные и шумные согласные.
По своему тембру основной тон € индивидуальным для каждого человека (по Н. Потоцкий).
Форманты звуков
Звуки речи отличаются друг от друга прежде всего набором обертонов. Обертоны, составляющие определенный звук речи, называются формантами. Определяющими в распознавании гласных звуков есть первые две форманты. Например, по некоторым данным, для а - это примерно 700 и 1200 Гц, для в - 400 и 800 Гц, для в - 300 и 700 Гц, для и - 200 и 2200 Гц, для и - 300 и 1900 Гц, для е - это 400 и 1600 Гц (в произношении разных людей высота формант неодинакова).
Те звуки, в которых первая и вторая форманты достаточно близки друг к другу, называются компактными (например, [о] и [у]). Если обе форманты далеки друг от друга, то имеем дело с диффузным звуком (например, [о] - [и]). Высоту звука определяет вторая форманта: с этой точки зрения к низким звуков принадлежит в, к высоким - и.
Безударные гласные, которые возникают рядом, то есть компактные звуки, могут спутываться.
Спутывания возможно в следующих четырех парах гласных:
Безударные гласные [и], [у], [а] произносятся достаточно определенно, мало чем отличаясь качественно от ударных.
По согласных, то их акустическую природу еще как следует не изучено.
В разных языках одни и те же на первый взгляд звуки различаются некоторыми своими формант (например, звук [а] в украинском, русском, английском, немецком, французском языках звучит несколько иначе, потому что не все его форманты в этих языках одинаковы).
Для отражения и усиления форманты, то есть любого звука, струнные и музыкальные инструменты имеют деку (часть корпуса, (коробки)). Когда прижимается струна к различным точкам грифа музыкальных инструментов, она оттягивается больше или меньше, соответственно меняется амплитуда колебаний. Чем большее количество колебаний за единицу времени, тем выше звук, усиливается декой, которая служит резонатором.
Примечание. Форманта - призвук, что придает звучанию музыкального инструмента или голоса характерную окраску - тембра. Формант- часть слова, меняет лексическое и грамматическое значение корня или основы; служит для словообразования и словоизменения; аффикс. Например, в словах побелить и побеленный лексическое и грамматическое значение меняют форманты: глагольные суффиксы -м-; ти; причастный суффикс -ен- и окончания ми.
Спектр и тембр звука
Тембром обычно называют индивидуальную особенность звука (качество), которая определяется характером обертонов, наслаиваются на основной тон. Представьте струну, которая колеблется. С одной стороны, она колеблется вся, что дает основной тон ее звучания, с другой - колеблются Ее части, в результате чего возникают дополнительные тона, или обертоны. В совокупности обертоны воспринимаются как то или иное окраски звука, или тембр.
Итак, струна или любое другое тело совершают сложные колебания, образуя различные звуки со своим особым набором обертонов. Частота обертонов, или гармоник, всегда выше частоты основного тона, а сила (интенсивность) слабее частоты.
Человеческие голосовые связки - это своеобразные струны, осуществляющих сложные колебания. По тембру мы определяем голоса друзей и близких, детей и взрослых, мужчин и женщин, носителей языка и иностранцев, а также представителей тех или иных говоров определенных регионов.
Соотношение основного тона может изменяться в резонаторе. Резонатором может быть пустая комната, корпус гитары, труба органа и др., Является телом, которое наделено определенной форме, объему и характеризуется имеющейся частотой.
При взаимодействии источника звука с резонатором возникает новый звук с другой структурой. Резонатор усиливает одни гармоники, которые близки к его частоты, и приглушает другие. В результате усиления одной из гармоник спектр приобретает формантного структуры и нового качества. Спектр звука - это совокупность однородных, но отличающихся его акустических признаков. Одна из гармоник по сравнению с основным тоном выявляет наиболее интенсивно форманта звука. С характеристикой форманты и связана новое качество звука, его тембр.
Если в музыке или стихах неблагозвучно сочетаются звуки, тогда такое сочетание болезненно поражает слух. В лингвистике неблагозвучное сочетание звуков называется какофонией.
Понятие тембр трактуется в языкознании по-разному.
1. Тембр - это индивидуальное окраску звука, возникающее вследствие наложения на основной тон дополнительных тонов, создаваемых в надгортанных полостях
(Н. Тоцька).
2. Тембр является основной акустической признаком каждого отдельного звука речи, который несет информацию о том, как создается определенный звук, который слышит слушатель (И . Ющук).
3. Особенно важным для звуков человеческой речи является тембр (от фр. Timbre - "колокольчик") - звуковую окраску. Тембр возникает в результате наложения на основной тон дополнительных тонов, которые выше основного. Такие тока, что является выше основной, называются обертонами (от нем. Ober - "верхний", "выше"). Если основной тон равна 100 герц, то возникают обертоны в 200,300,400 герц (по М. Кочерган).
«Самым сложным субъективно ощущаемым параметром является тембр. С определением этого термина возникают сложности, сопоставимые с определением понятия «жизнь»: все понимают, что это такое, однако над научным определением наука бьется уже несколько столетий».
(И. Алдошина)
В природе мы почти не сталкиваемся с чистыми тонами. Звучание любого музыкального инструмента является сложным и состоит из множества частотных составляющих - обертонов.
Даже при очень сложных звуковых колебаниях слух человека способен распознать высоту звучания. Однако, при одинаковой высоте звучание, например, скрипки отличается на слух от звучания рояля. Это связано с тем, что, помимо высоты звучания, слух способен оценивать также “окраску” звучания, т.е. его тембр.
Тембром звука называется такое качество звука, которое, вне зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого. Тембр звука зависит от общего спектрального состава звука (т.е. от того, какие обертоны в нем присутствуют) и соотношения амплитуд спектральных составляющих (т.е. обертонов):
Обертоны
Понятие тембра тесно связано с понятием высоты звука. Дело в том, что звуковые колебания, как правило, бывают сложными.
Например, если мы взяли на скрипке ноту «ля» первой октавы (частота 440 Гц), то в колебаниях этой струны будут присутствовать также кратные частоты 880, 1320, 1760, 2200 Гц и т.д.
При этом амплитуды этих частот (обертонов) могут быть различными, т.е. обертоны будут иметь различную громкость.
Немецкий физик Георг Ом впервые высказал мысль, что простое слуховое ощущение вызывается простым синусоидальным колебанием (такое колебание также называется гармоническим, важно не путать гармонические колебания, т.е. те, которые описываются функциями y=sin x и т.п., и гармонические обертоны, которые также являются гармоническими колебаниями, но их частоты еще и кратны частоте основного тона ). Как только форма колебания усложняется, появляются обертоны - возникает впечатление окраски звука или его тембра.
Пример возникновения сложного колебания путем сложения двух простых (гармонических) колебаний.
Синим цветом обозначено основное гармоническое колебание, розовым - колебание в два раза большей частоты (обертон или первая гармоника), а зеленым - результирующее сложное (негармоническое) колебание.
Ому удалось установить, что ухо воспринимает отдельные гармонические составляющие звука, и эти составляющие вызывают раздельные ощущения. При определенной тренировке можно даже мысленно разделить сложное периодическое колебание и определить, какие гармоники присутствуют в звуке.
Таким образом, человеческий слух способен воспринимать сложную форму звуковых колебаний как окраску или тембр.
Гармонические обертоны или гармоники
Обертоны бывают гармоническими и негармоническими.
Частоты гармонических обертонов кратны частоте основного тона (гармонические обертоны вместе с основным тоном также называются гармониками):
В реальных физических ситуациях (например, при колебаниях массивной и жесткой струны) частоты обертонов могут заметно отклоняться от величин, кратных частоте основного тона - такие обертоны называются негармоническими.
Спектральный состав и тембр
Амплитудно-частотное соотношение всех составных частей сложного колебания называют спектром звука, а звуки, соответствующие каждой частоте, присутствующей в сложном колебании, спектральными составляющими или компонентами.
Набор спектральных составляющих определяет тембр звучания. А поскольку каждая спектральная составляющая - это звук определенной высоты, говорить о тембре как об отдельном свойстве звука не совсем корректно. Однако именно тембр звука (а точнее - спектр) обычно находится в центре внимания, когда речь идет о технологиях обработки звука.
Примеры спектрального состава музыкальных звуков:
Тембр звука, т.е. отношения амплитуд его гармоник, влияет и на воспринимаемую высоту сложного тона.
Фантомные частоты
Иногда человек может слышать звуки в низкочастотной области, хотя в реальности звуков такой частоты не было. Мозг воспринимает высоту тона не только по его основной частоте, но и по периодичности, задаваемой отношением между гармониками. Мы можем воспринять ту же высоту (возможно, с другим тембром) даже если основная частота не слышна (или потеряна) при воспроизведении. (Частотные сигналы сложного спектра без основной частоты (первой гармоники в спектре) называются резидуальными .)
Например, если нота (то есть не чистый тон) имеет высоту 100 Гц, она будет состоять из частотных компонентов, которые являются целыми кратными этому значению (например, 100, 200, 300, 400, 500 .... Гц). Однако, маленькие динамики могут не воспроизводить низкие частоты, поэтому при воспроизведении может отсутствовать компонент 100 Гц. Тем не менее, может быть слышна частота, соответствующая основному тону.
Этот эффект получил название «Феномен пропущенной фундаментальной» - эксперимент 1940 г. продемонстрировал, что ощущение высоты тона спектрально сложного звука не изменится, если удалить его основную частоту, она будет достроена мозгом на основе имеющихся гармоник. Он используется в звуковоспроизводящей аппаратуре, чтобы расширить область воспроизводимых низких частот, если невозможно адекватно воспроизвести такие частоты напрямую, например, в наушниках, мобильных телефонах, малобюджетных динамиках (акустических системах) и т.п.