«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.
Рассмотрим изменение звука колебания струн гитары (рис. (1)).
Звуки струны будут отличаться, если уменьшать длину её колеблющейся части.
Если зажать струну в точке (1), звук будет ниже, так как длина части струны больше, а частота колебаний меньше.
При зажимании в точке (2) звук будет выше, часть колеблющейся струны меньше, частота колебаний струны больше. Длина колеблющейся струны отсчитывается от нижнего порожка (со стороны отверстия резонатора).
Рис. (1)
Из опыта следует, что высота звука зависит от частоты колебаний источника звука.
Частотой колебаний называют количество колебаний в единицу времени.
Высота звука прямо пропорциональна частоте колебаний источника звука.
Рассмотрим колебания ветвей камертона (рис. (2)). Колебание происходит с неизменной частотой. Поэтому его называют чистым тоном.
Рис. (2)
Чистый тон — гармонические колебания одной и той же частоты, создаваемые источником звука.
Многообразие источников звука (люди, машины, животные, музыкальные инструменты и т.д.) порождает большое количество чистых тонов, каждый из которых отличается частотой.
Самую низкую частоту такого звука называют основной частотой, а сам звук — основным тоном.
Любая собственная частота выше первой, самой низкой (основной тон) называется обертоном.
Частичные тоны (обертоны) образуются вследствие сложной формы звуковой волны.
Следует учесть, что высота сложного звука определяется высотой основного тона. Частоты обертонов относятся к частоте основного тона как целые числа. Обертоны называются гармониками, а основной тон считается первой гармоникой.
Тембр — качественная сторона звука, его окраска. Различие тембров зависит от состава частичных тонов (натуральных призвуков).
Любой человек способен отличить мелодию, исполняемую на скрипке, от той же мелодии, исполняемой на гитаре или фортепиано. В этом случае мы говорим о разности тембров. А они, в свою очередь, обуславливаются различными обертонами.
Высота звука определяется частотой его основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук.
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
21 июля 2022
В закладки
Обсудить
Жалоба
Высота, тембр и громкость звука
Презентация на урок.
Высота звука — свойство звука, определяемое человеком на слух и зависящее в основном от частоты звука, то есть от числа колебаний среды (обычно воздуха) в секунду, которые воздействуют на барабанную перепонку человека. С увеличением частоты колебаний растёт высота звука.
Тембр – это звук, в котором присутствуют колебания разных наборов частот и амплитуд. Основной тон определяет высоту звука, обертоны, накладываясь в определенных соотношениях, придают звуку специфическую окраску – тембр. Можно сказать, что тембр определяется величиной амплитуд отдельных гармоник (т.е. зависит от числа высших гармоник и отношения их амплитуд к амплитуде основной гармоники и не зависит от фаз высших гармоник).
Громкость звука — субъективное восприятие интенсивности звука, которое зависит от звукового давления и частоты звуковых колебаний. уровень звукового давления шёпота человека, находящегося на расстоянии менее 1 метра — (25) дБ; спокойной речи — (40) дБ, вертолёта — (110) дБ, старта ракеты — (145) дБ.
zvuk.pptx
zvuk.pdf
Для школьников.
Механические колебания тела и создаваемые ими волны частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом, называются звуковыми колебаниями и волнами.
Мы с удовольствием слушаем песню, игру пианиста или скрипача, духовой оркестр. Все эти звуки мы называем музыкальными звуками или музыкой. Другие звуки в виде визга, скрежета, грохота нам неприятны.
В науке музыкальным называется тот звук, в котором изменение акустического давления, воспринимаемого ухом, упорядочено и, кроме того, повторяется регулярно, через равные промежутки времени.
Звук перестаёт быть музыкальным, и его называют шумом, если звуковое давление изменяется в нём беспорядочно.
В каждом музыкальном звуке есть тон и тембр. Понятие звуковой тон ввёл в акустику Галилео Галилей.
Тон звука определяется частотой, с которой изменяется давление в звуковой волне. Низкая частота колебаний соответствует низкому тону, высокая частота колебаний соответствует высокому тону.
Если бы вибрирующие тела в каждый момент времени создавали только один тон, то мы не смогли бы отличить голос одного человека от голоса другого человека, а все музыкальные инструменты звучали бы для нас одинаково.
Всякое вибрирующее тело создаёт одновременно звуки нескольких тонов и при этом различной силы. Самый низкий из них называют основным тоном. Более высокие тона, сопровождающими основной, называют обертонами.
В совместном звучании основной тон и обертоны создают тембр звука.
Если этот процесс изображается синусоидой (является гармоническим), то тон называется простым или чистым. Источником простого (чистого) тона является, например, камертон.
Тон звука определяется частотой, с которой изменяется давление в звуковой волне. Низкая частота колебаний соответствует низкому тону, высокая частота колебаний – высокому тону.
Каждому музыкальному инструменту, каждому человеческому голосу присущ свой тембр, своя “окраска” звука.
Один тембр отличается от другого числом и силой обертонов. Чем больше обертонов в звучании основного тона, тем приятнее тембр звука.
Ухо человека способно анализировать звук (разбираться в совокупности тонов и обертонов), что позволяет ему отличить один тембр от другого.
Если высокие обертоны преобладают в человеческом голосе над низкими, то говорят, что в голосе слышится звучание металла. Когда же преобладают низкие обертоны, то голос называют мягким, бархатистым.
В музыкальных произведениях (симфониях, концертах) одновременно звучит не один тон, а несколько, и каждый из них сопровождается своими обертонами. Такое явление называется созвучием.
Самое простое созвучие – одновременное звучание двух тонов. У каждого из них своя частота колебаний. Отношение двух таких тонов называют интервалом. Если это отношение равно 1:1, то интервал будет унисоном, если отношение 1:2, то – октавой.
Теперь посмотрим на возможные звуковые колебания с точки зрения физики.
При изучении колебаний мы говорили, что самым простым видом колебаний являются гармонические колебания, графически изображаемые синусоидой. Такие колебания характеризуются частотой.
Источником гармонических звуковых колебаний является камертон. Чем короче ножка камертона, тем более высокий звук он излучает при колебании.
Музыкальные же инструменты издают сложные (негармонические) периодические звуковые колебания, имеющие период колебаний, но не имеющие определённой частоты.
На рисунке ниже показаны такие сложные периодические звуковые колебания, излучаемые разными инструментами (кларнетом, пианино и скрипкой).
Видим, что период этих сложных колебаний одинаков, а их вид (форма) разные. Вид колебаний зависит от материала и формы звучащего тела, от резонатора, которым служит корпус инструмента и др.
Согласно теореме Фурье сложное периодическое колебание представляет собой набор гармонических колебаний, что поясняется следующим рисунком.
Здесь сложное колебание г) разложено на гармонические колебания а), б) и в), каждое из которых характеризуется своей частотой.
Частота колебания а), называемого основным тоном, равна величине, обратной периоду 1/Т сложного колебания г).
Все другие гармонические колебания, имеющие свои более высокие частоты, называются обертонами.
Из рисунка видно, что частота обертона б) в три раза выше частоты основного тона. а частота обертона в) в пять раз выше частоты основного тона.
Чем сложнее звуковое колебание, тем из большего количества обертонов оно состоит. Одновременное звучание основного тона и обертонов определяет тембр (окраску) звука.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Почему камертон излучает слабый звук и как усилить этот звук?
Следующая запись: Магнетизм вещества. Как наука объясняет это явление? Парамагнетики. Диамагнетики.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .
Те́мбр (фр. timbre — колокольчик, метка, отличительный знак) — (обертоновая) окраска звука; одна из специфических характеристик музыкального звука (наряду с его высотой, громкостью и длительностью).
По тембру отличают звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные на различных инструментах, разными голосами, или же на одном инструменте, но разными способами, штрихами и т. п.
Тембр того или иного музыкального инструмента определяется материалом, формой, конструкцией и условиями колебания его вибратора, различными свойствами его резонатора, а также акустикой того помещения, в котором данный инструмент звучит. В формировании тембра каждого конкретного звука ключевое значение имеют его обертоны и их соотношение по высоте и громкости, шумовые призвуки, параметры атаки (начального импульса звукоизвлечения), форманты, характеристики вибрато и другие факторы.
При восприятии тембров обычно возникают различные ассоциации: тембральную специфику звука сравнивают с органолептическими ощущениями от тех или иных предметов и явлений, например, звуки называют яркими, блестящими, матовыми, тёплыми, холодными, глубокими, полными, резкими, насыщенными, сочными, металлическими, стеклянными; применяются и собственно слуховые определения (например, звонкие, глухие, шумные)[1].
В строго научном отношении обоснованная типология тембра ещё не сложилась. Установлено, что тембровый слух имеет зонную природу.
Тембр используется как важное средство музыкальной выразительности: при помощи тембра можно выделить тот или иной компонент музыкального целого, усилить или ослабить контрасты; изменение тембров — один из элементов музыкальной драматургии.
В музыке XX века возникла тенденция средствами гармонии и фактуры усиливать, подчёркивать тембровую сторону звучания (параллелизмы, кластеры). Особыми областями для использования художественных свойств и выразительных возможностей тембральной палитры являются сонорика и спектральная музыка.
Весьма обширные банки новых (в основном — искусственно синтезированных) тембров созданы сегодня в области электронной музыки.
См. также[править | править код]
- Музыкальная акустика
- Музыкальная психология
- Психоакустика
- Музыкальный слух
Примечания[править | править код]
- ↑ A Brief Anatomy of Type I: Stress October 14, 2012. Дата обращения: 16 марта 2016. Архивировано из оригинала 20 марта 2016 года.
Литература[править | править код]
- Назайкинский Е., Рагс Ю. Восприятие музыкальных тембров и значение отдельных гармоник звука, в кн.: Применение акустических методов исследования в музыкознании, М., 1964.
- Гарбузов Н. Натуральные призвуки и их гармоническое значение, в кн.: Сборник работ комиссии по музыкальной акустике. Труды ГИМНа, вып. 1, М., 1925.
- Гарбузов Н. Зонная природа тембрового слуха, М., 1956.
- Володин А. Роль гармонического спектра в восприятии высоты и тембра звука, в кн.: Музыкальное искусство и наука, вып 1, M., 1970.
- Тембр // Музыкальная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — Т. 5. — С. 488—490. — 1056 с.
