Muzikaal geluid en zijn eigenschappen

Het stuk “4'33”” van John Cage is 4 minuten en 33 seconden stilte. Met uitzondering van dit werk gebruiken alle anderen geluid.

Geluid is voor muziek wat verf is voor schilderen, het woord is voor de schrijver en de baksteen is voor de bouwer. Geluid is het materiaal van muziek. Moet een muzikant weten hoe geluid werkt? Strikt genomen, nee. De bouwer kent immers misschien niet de eigenschappen van het materiaal waaruit hij bouwt. Dat het gebouw zal instorten is niet zijn probleem, het is het probleem van degenen die in dit gebouw zullen wonen.

Op welke frequentie klinkt de noot C?

Welke eigenschappen van muzikaal geluid kennen we?

Laten we een string als voorbeeld nemen.

Volume. Het komt overeen met de amplitude. Hoe harder we op de snaar slaan, hoe groter de amplitude van de trillingen, hoe luider het geluid zal zijn.

looptijd. Er zijn kunstmatige computertonen die willekeurig lang kunnen klinken, maar meestal gaat het geluid op een gegeven moment aan en stopt het op een gegeven moment. Met behulp van de klankduur worden alle ritmische figuren in de muziek op een rij gezet.

Hoogte. We zijn gewend te zeggen dat sommige noten hoger klinken, andere lager. De toonhoogte van het geluid komt overeen met de frequentie van de trilling van de snaar. Het wordt gemeten in hertz (Hz): één hertz is één keer per seconde. Als de frequentie van geluid bijvoorbeeld 100 Hz is, betekent dit dat de snaar 100 trillingen per seconde maakt.

Als we een beschrijving van het muzieksysteem openen, zullen we gemakkelijk de frequentie vinden tot een klein octaaf is 130,81 Hz, dus in een seconde wordt de snaar uitgezonden naar, maakt 130,81 trillingen.

Maar dit is niet waar.

Perfecte snaar

Laten we dus weergeven wat we zojuist in de afbeelding hebben beschreven (Fig. 1). Voorlopig laten we de duur van het geluid buiten beschouwing en geven we alleen de toonhoogte en luidheid aan.

Hier geeft de rode balk grafisch ons geluid weer. Hoe hoger deze balk, hoe luider het geluid. Hoe verder naar rechts deze kolom, hoe hoger het geluid. Twee geluiden in Fig. 2 zullen bijvoorbeeld hetzelfde volume hebben, maar de tweede (blauw) zal hoger klinken dan de eerste (rood).

Zo'n grafiek wordt in de wetenschap de amplitude-frequentierespons (AFC) genoemd. Het is gebruikelijk om alle kenmerken van geluiden te bestuderen.

Nu terug naar de string.

Als de snaar als geheel zou trillen (fig. 3), dan zou hij in werkelijkheid één geluid maken, zoals getoond in fig. 1. Dit geluid zou een bepaald volume hebben, afhankelijk van de kracht van de slag, en een goed gedefinieerde frequentie van oscillatie als gevolg van de spanning en lengte van de snaar.

We kunnen luisteren naar het geluid dat wordt geproduceerd door zo'n trilling van de snaar.

* * *

Klinkt arm, nietwaar?

Dit komt omdat, volgens de wetten van de natuurkunde, de snaar niet helemaal zo trilt.

Alle snarenspelers weten dat als je een snaar precies in het midden aanraakt, zonder hem zelfs maar tegen de toets te drukken, en erop slaat, je een geluid kunt krijgen genaamd flagolet. In dit geval ziet de vorm van trillingen van de snaar er ongeveer zo uit (fig. 4).

Hier lijkt de snaar in tweeën te zijn gedeeld, en elk van de helften klinkt afzonderlijk.

Uit de natuurkunde is het bekend: hoe korter de snaar, hoe sneller hij trilt. In Fig. 4 is elk van de helften twee keer korter dan de hele snaar. Dienovereenkomstig zal de frequentie van het geluid dat we op deze manier ontvangen twee keer zo hoog zijn.

De truc is dat zo'n trilling van de snaar niet optrad op het moment dat we de boventoon begonnen te spelen, maar ook in de 'open' snaar. Het is alleen dat wanneer de snaar open is, zo'n trilling moeilijker op te merken is, en door een vinger in het midden te plaatsen, hebben we het onthuld.

Figuur 5 zal helpen bij het beantwoorden van de vraag hoe een snaar zowel in zijn geheel als in twee helften tegelijk kan trillen.

De snaar buigt als geheel, en twee halve golven oscilleren erop als een soort acht. Het cijfer acht dat op een schommel slingert, is wat de toevoeging van twee van dergelijke soorten trillingen is.

Wat gebeurt er met het geluid als de snaar op deze manier trilt?

Het is heel eenvoudig: wanneer een snaar als geheel trilt, geeft hij een geluid af met een bepaalde toonhoogte, dit wordt meestal de grondtoon genoemd. En als twee helften (acht) trillen, krijgen we een geluid dat twee keer zo hoog is. Deze geluiden spelen tegelijkertijd. Op de frequentierespons ziet het er zo uit (Fig. 6).

De donkere kolom is de hoofdtoon die voortkomt uit de trilling van de "hele" snaar, de lichtere is twee keer zo hoog als de donkere, hij wordt verkregen uit de trilling van de "acht". Elke balk in zo'n grafiek wordt een harmonische genoemd. In de regel klinken hogere harmonischen zachter, dus de tweede kolom is iets lager dan de eerste.

Maar de harmonischen zijn niet beperkt tot de eerste twee. In feite buigt de snaar, naast de toch al ingewikkelde toevoeging van een acht met een zwaai, tegelijkertijd als drie halve golven, als vier, als vijf, enzovoort. (Afb. 7).

Dienovereenkomstig worden geluiden toegevoegd aan de eerste twee harmonischen, die drie, vier, vijf, etc. keer hoger zijn dan de hoofdtoon. Op de frequentierespons zal dit zo'n beeld geven (Fig. 8).

Zo'n complex conglomeraat wordt verkregen wanneer slechts één snaar klinkt. Het bestaat uit alle harmonischen van de eerste (die de grondtoon wordt genoemd) tot de hoogste. Alle harmonischen behalve de eerste worden ook wel boventonen genoemd, dwz in het Russisch vertaald – “boventonen”.

We benadrukken nogmaals dat dit het meest basale idee van geluid is, zo klinken alle snaren ter wereld. Bovendien geven alle blaasinstrumenten met kleine aanpassingen dezelfde klankstructuur.

Als we het over geluid hebben, bedoelen we precies deze constructie:

GELUID = AARDE TOON + ALLE MEERDERE OVERTONEN

Het is op basis van deze structuur dat al zijn harmonische kenmerken in muziek zijn ingebouwd. De eigenschappen van intervallen, akkoorden, stemmingen en nog veel meer kunnen eenvoudig worden verklaard als u de structuur van geluid kent.

Maar als alle strijkers en alle trompetten zo klinken, waarom kunnen we dan de piano van de viool onderscheiden en de gitaar van de fluit?

Timbre

De hierboven geformuleerde vraag kan nog moeilijker worden gesteld, omdat professionals zelfs de ene gitaar van de andere kunnen onderscheiden. Twee instrumenten van dezelfde vorm, met dezelfde snaren, klinken en de persoon voelt het verschil. Mee eens, vreemd?

Voordat we deze eigenaardigheid oplossen, laten we horen hoe de ideale snaar die in de vorige paragraaf is beschreven, zou klinken. Laten we de grafiek in figuur 8 laten klinken.

* * *

Het lijkt op het geluid van echte muziekinstrumenten, maar er ontbreekt iets.

Niet genoeg "niet-ideaal".

Het feit is dat er in de wereld geen twee absoluut identieke snaren zijn. Elke snaar heeft zijn eigen kenmerken, hoewel microscopisch klein, maar heeft invloed op hoe hij klinkt. Imperfecties kunnen heel divers zijn: dikteveranderingen over de lengte van de snaar, verschillende materiaaldichtheden, kleine vlechtdefecten, spanningsveranderingen tijdens trillingen, enz. Bovendien verandert het geluid afhankelijk van waar we de snaar aanslaan, de materiaaleigenschappen van het instrument (zoals gevoeligheid voor vocht), hoe het instrument is gepositioneerd ten opzichte van de luisteraar, en nog veel meer, tot aan de geometrie van de kamer.

Wat doen deze functies? Ze wijzigen de grafiek in figuur 8 enigszins. De harmonischen erop kunnen niet helemaal veelvoudig blijken te zijn, enigszins naar rechts of links verschoven, het volume van verschillende harmonischen kan sterk veranderen, er kunnen boventonen tussen de harmonischen verschijnen (figuur 9). .).

Gewoonlijk worden alle nuances van geluid toegeschreven aan het vage concept van timbre.

Timbre lijkt een erg handige term voor de eigenaardigheden van het geluid van een instrument. Er zijn echter twee problemen met deze term waarop ik wil wijzen.

Het eerste probleem is dat als we het timbre definiëren zoals we hierboven deden, we de instrumenten voornamelijk op het gehoor onderscheiden en niet op basis daarvan. In de regel vangen we de verschillen op in de eerste fractie van een seconde van het geluid. Deze periode wordt meestal de attack genoemd, waarin het geluid net verschijnt. De rest van de tijd klinken alle sruns erg op elkaar. Laten we, om dit te verifiëren, naar een noot op de piano luisteren, maar met een "afgesneden" aanvalsperiode.

* * *

Mee eens, het is best lastig om de bekende piano in dit geluid te herkennen.

Het tweede probleem is dat meestal, als we het over geluid hebben, de hoofdtoon wordt uitgekozen en al het andere wordt toegeschreven aan timbre, alsof het onbeduidend is en geen enkele rol speelt in muzikale constructies. Dit is echter helemaal niet het geval. Het is noodzakelijk om individuele kenmerken, zoals boventonen en afwijkingen van harmonischen, te onderscheiden van de fundamentele structuur van geluid. Individuele kenmerken hebben eigenlijk weinig invloed op muzikale constructies. Maar de fundamentele structuur – meerdere harmonischen, getoond in figuur 8. – is wat zonder uitzondering alle harmonie in muziek bepaalt, ongeacht tijdperken, trends en stijlen.

We zullen het de volgende keer hebben over hoe deze structuur muzikale constructies verklaart.

Auteur – Roman Oleinikov Audio-opnames – Ivan Sosjinski