Обертоны и гармоники

Объемный резонатор

Как работает источник звука

Для того чтобы энергия механических колебаний источника звука преобразовалась в энергию акустических колебаний, требуется обеспечить оптимальное сопряжение сред. Предметы небольших размеров или же тонкие, узкие предметы (все это — по сравнению с длиной волны, соответствующей частоте их колебаний) почти не возбуждают слышимых акустических колебаний. Например, вилка камертона или струна скрипки, колеблясь, «разрезают» воздух и не отдают ему в достаточной степени энергии своих ко­лебаний: воздух просто обтекает струну или камертон с обеих сторон и остается на своем месте. Поэтому в подобных случаях источник колебаний присоединяют к деревянной поверхности или ящику.

Свободно подвешенная мембрана (поверхность) будет колебать­ся на собственных частотах, если, например, постучать по ней. Когда одна из собственных частот совпадает с частотой колебаний камертона или струны, мембрана будет быстро поглощать энер­гию источника колебаний и таким образом передаст ее воздушным частицам. Говорят, что мембрана резонирует.

У скрипки несколько поверхностей-мембран, которые должны отзываться на колебания струн (или резонировать) на многих час­тотах. Чтобы добиться этого, скрипку делают очень сложной фор­мы. Токая мембрана не будет резонировать всего на нескольких частотах: если стукнуть по ней, звук будет глухой, немузыкальный. Однако если через подставку, или кобылку, с ней связаны струны, мембрана-резонатор начнет совершать вынужденные колебания. Энергия при этом передается от струны к мембране, а уже от нее — к частицам воздуха.

Резонанс другого типа мы будет наблюдать в случае резонансной полости, или резонатора Гельмгольца. Если мембрана — часть ящика со сравнительно небольшим отверстием, воздух внутри него резо­нирует на одной, определенной частоте (совсем так, как возникает звук, если подуть поперек отверстия горлышка бутылки). Это явление полезно для резонаторского ящика камертона, однако в скрипке оно вызывает так называемый «визг», которого скрипач любой меной стремится избежать.

Основной тон музыкальной ноты — почти всегда самый низкий тон из составляющих ноту колебаний; все остальные тона называют обертонами. Частоты обертонов / многих музыкальных инструмен­тов кратны частоте основного тона. В таком случае основной тон и обертоны называют гармониками. Струнные инструменты, деревянные духовые, голос человека издают звуки, состоящие из гармонических последовательностей связанных между собой тонов.

Высота тона — субъективно оцениваемое качество частоты или комбинации частот, которое определяет положение соответствующей ноты в музыкальном звукоряде. В гармонической после­довательности высота тона определяется самым низким тоном, т. е. основной гармоникой. Это справедливо, даже если основная гармоника мала по амплитуде или ее вовсе нет: изменится лишь тембр, но никак не высота тона.

Высота тона и ударные инструменты

Многие ударные инструменты дают звук, высота тона которого неопределенна: здесь дело в том, что большинство обертонов не кратны основному тону. Вместе с тем у некоторых ударных — таких, как литавры, — основной тон столь велик по амплитуде, что можно говорить об определенной высоте тона, хоти обертоны здесь и не являются гармоническими составляющими. Многие ударные инструменты представляют собой несколько одинаковых по форме, но уменьшающихся по размеру предметов, причем таких, что при ударе они издают звуки, образующие музыкальную про­грессию. Однако у таких ударных, как, например, тарелки или треугольник, спектр излучаемых при ударе частот столь велик, что звучание этих инструментов воспринимается как гармоничное практически при любом музыкальном фоне.

Дата добавления: 2015-06-25