что такое тембр звука и чем он определяется
Высота звука, его тембр и громкость
Высота звука — это его свойство, которое определяется частотой волны. Громкость напрямую связана с амплитудой и интенсивностью акустической волны. Тембр зависит от частоты и от интенсивности. В статье мы подробно рассмотрим все свойства звука: высоту, громкость, тембр. Узнаем, звуки каких частот воспринимает наше ухо, и что такое порог слышимости. Разберемся, почему при одной и той же высоте они имеют разную тембровую окраску.
Высота звука
Низкие звуки генерируют тела, которые колеблются с низкой частотой. Высокие получаются от высокочастотной вибрации. Примером, демонстрирующим зависимость высоты звука от частоты, является флексатон. Это музыкальный инструмент, который состоит из металлической рамки и прикрепленной к ее основанию гибкой пластинки. Пластинку отгибают пальцем, и получается звук. Чем быстрее она дрожит, тем выше тон.
Способность человека воспринимать определенные частоты ограничена диапазоном слышимости. Вот его границы: от 20 герц (Гц) до 20 000 Гц. Все, что выше, называется ультразвуком, ниже — инфразвуком. Диапазон зависит от возраста и индивидуальных особенностей восприятия, поэтому его границы могут незначительно сужаться и расширяться.
Громкость
Еще одно свойство звука — это громкость. Если мы ударим молоточком по камертону, то мелодия со временем, конечно, будет затихать. Как при этом ведут себя ножки камертона? Амплитуда их уменьшается, такие колебания называются затухающими. Значит, громкость как-то связана с амплитудой. Будет точнее, если сказать, что громкость зависит от энергии, которую переносит акустическая волна. Физика звука такова, что упругая волна благодаря обладанию энергией заставляет нашу барабанную перепонку колебаться и воспринимать шум. Энергию акустической волны можно охарактеризовать с помощью физической величины — интенсивности.
Интенсивность
Звук — это ощущение, которое обладает такой закономерностью. Увеличим на генераторе частот интенсивность в 10 раз, а потом еще в 10 раз. При каждом изменении будет ощущение, что громкость возросла на одно и то же число.
Чтобы охарактеризовать громкость звука, физики ввели величину уровня громкости (β, дБ). Порогу слышимости I0 соответствует уровень громкости в 0 децибел. 10 I0 — соответствует 10 дБ. Интенсивности в 100 порогов слышимости 100 I0 соответствует 20 дБ, в 1000 — 30 дБ. Если уровень громкости повысился на 10 децибел, это значит, что интенсивность звуковой волны возросла в 10 раз.
Тембр
Воспроизведем несколько звуков, высота которых одинакова, но сами они имеют разный тембр. Ударим молоточком по камертону частотой 440 Гц и возьмем на гитаре ноту «ля». Оба инструмента звучат примерно на одинаковой частоте, но их сложно перепутать. Почему так?
Чтобы исследовать эти звуки, воспользуемся микрофоном и компьютером. На компьютере установлена программа, которая передает сигнал от микрофона и рисует траекторию движения волны.
На графике видно гармонические колебания, которые создает камертон. Осциллограмма показывает, как со снижением громкости уменьшается амплитуда колебаний. Программа позволяет увидеть, какие частоты присутствуют в этом звуке.
Извлечем с помощью гитарной струны ноту «ля». График демонстрирует, что частота звуковой волны (высота звука) та же самая, но форма колебаний отличается. Видны искажения гармонической формы, особенно, когда звук громкий.
По мере того, как он становится тише, колебания приближаются к гармоническим. Пока струна еще звучит звонко, получаются периодические колебания, но они отнюдь не гармонические. В звуке гитары, в отличие от камертона, содержится целый набор частот. Более высокие призвуки называются обертонами. Тембр определяется их количеством и интенсивностью. Если воспроизвести перед микрофоном звук «ш-ш-ш», получатся не гармонические, а хаотические колебания.
Тембр — все что нужно знать
Тембр – это окраска звука, его индивидуальность, специфическая особенность. Тембр является средством музыкальной выразительности. Он придаёт музыке настроение, передает характер. Именно благодаря неповторимой окраске, вы можете отличить голос Муслима Магомаева от голоса Баскова. Различать тембры умеет даже ребенок, но от чего зависит окраска звука? Давайте разбираться.
Тембр
У каждого звука, в музыке особенно, есть точные характеристики:
Представьте себе, что вам предложили определить на слух разные звуки. Эти звуки будут одинаковыми по высоте и громкости. Сможете ли вы отличить:
Думаю, вы справитесь без труда. Но по какому признаку? Ведь высота звука одинаковая, длительность и громкость тоже. При этом все голоса звучат по-разному. Почему? Потому что имеют разный тембр.
Как я уже сказал, тембр – это окраска звука и его индивидуальность. В переводе с французского языка timbre означает «колокольчик», «отличительный знак», «метка». Часто, характеризуя звук голоса или инструмента, мы говорим: бархатный, визгливый, глубокий, журчащий, мягкий. Мы как бы окрашиваем подходящими словами то, что слышит наше ухо.
Семь основных цветов радуги имеют тысячи оттенков. Тембры музыкальных звуков так же разнообразны. Наш слух, как и зрение, может улавливать разные мелочи. Порой для цвета и звука мы используем одни и те же эпитеты. Тёплый и холодный, яркий и приглушённый, бледный и насыщенный. Так отчего зависит музыкальная палитра? Попробуем рассмотреть ответ с разных точек зрения.
Тембр с точки зрения физики
Тембр с точки зрения теории музыки
Единого определения тембра с точки зрения музыкальной теории пока не выработано. По терминологии, принятой музыковедами, тембр делится на четыре основных вида:
Тембральная окраска звучания разных инструментов
Итак, мы выяснили, что инструментальный тембр зависит от особенностей того или иного инструмента. И у каждого инструмента – свой голос. От чего он зависит?
В группе струнных инструментов источником звука являются струны. По способу игры на них различают два вида.
Какие слова чаще всего используют, чтобы описать тембр этих инструментов? Певучие, журчащие, струящиеся, нежные, мягкие. Тембр виолончели сравнивают с человеческим голосом.
Музыканты знают, что два одинаковых с виду инструмента могут звучать по-разному. Например, гитара с металлическими струнами звучит громче и звонче. А с нейлоновыми – мягче и тише. На звук влияет порода дерева, из которой сделан корпус инструмента. Верхнюю деку скрипки, гитары, балалайки чаще всего делают из ели или кедра. Нижнюю деку и обечайку – из клёна, красного дерева или палисандра. Каждая порода придаёт тембру специфическое звучание. И профессиональные музыканты это ценят.
Клавишные инструменты отличает от всех других наличие клавиатуры. Она может быть разного вида. Фортепиано, орган, аккордеон – клавиши. Баян и гармонь – кнопки. Клавишные тоже делятся на две группы.
Тембры этих инструментов очень разные. За счёт большого количества октав звучание бывает звонким, бархатистым, серебристым, прозрачным. Орган, конечно, стоит особняком. Его звук – мощный, трубный – не перепутать ни с чем. Фортепиано тоже, порой оно может заменить целый оркестр. Баян и аккордеон часто снабжены дополнительными переключателями регистров. Они делают их тембр похожим на другие инструменты: кларнет, гобой, орган, челесту и т.д.
Духовые – те, в которые музыканты вдувают воздух с помощью своих лёгких. Всевозможные трубы, рожки и гуделки. По материалу изготовления также делятся на две группы.
Кстати, всеми любимый саксофон можно отнести к обеим группам. Корпус у него металлический, а язычок – деревянный.
Тембральная окраска духовых тоже яркая и легко узнаваемая. Металлические, звонкие, гудящие у медных. Более мягкие, переливчатые, струящиеся у деревянных. Могут напоминать пение птиц и бурчание недовольного человека, журчание ручья и поступь бегемота.
Сергей Прокофьев очень умело использует тембры инструментов в симфонической сказке «Петя и волк». Послушайте самое начало:
Если вас заинтересовала эта сказка, предлагаю вашему вниманию замечательный мультфильм, в основе которого лежит музыка Прокофьева:
Тембр человеческого голоса
Итак, с музыкальными инструментами разобрались. А что с голосом человека, спросите вы? Вроде бы «материал» у всех людей один и тот же, и конструкция – тоже: головной аппарат у всех устроен одинаково. Воздух проходит через связки, они колеблются, и получается звук. А звучат все голоса по-разному… И без труда можно угадать, кто говорит или поёт, даже с закрытыми глазами.
Прежде всего, все голоса можно разделить на мужские, женские и детские. Заметили, что детские не делятся на девочек и мальчиков? Потому что на слух их отличить невозможно. Все одинаково звонкие и мимимишные. Хотя каждый отличается, то есть уже имеет свой тембр.
Что влияет на окраску голоса человека? Конечно, строение его голосового аппарата. Ширина и толщина голосовых связок, размеры гортани и основных резонаторов. Да, у голоса человека тоже есть «корпус инструмента». Это полости, которые усиливают проходящий через них звук:
Понятно, что двух одинаковых людей не бывает. Все мы – уникальны, каждый – единственный в своём роде экземпляр. И уникальный голос нам даётся от природы, как цвет глаз или отпечатки пальцев. Но, в отличие от них, один раз в жизни наш голос (или его тембр) меняется кардинально. Когда это происходит?
Вернёмся к девочкам и мальчикам. Вступая в подростковый возраст, дети постепенно становятся взрослыми. Под действием гормонов мальчики превращаются в юношей, затем в мужчин. А девочки – в девушек и женщин. Именно в этот период происходит мутация голоса. У девочек эта перемена происходит плавно и незаметно. А у мальчиков – более резко и отчётливо. Вам знакомы ситуации, когда вчерашний юнец вдруг заговорил басом? Это как раз наглядное проявление внутренних изменений. Гортань «выросла», приняла взрослые очертания. И теперь она останется такой на всю жизнь. А вместе с ней и тембр голоса.
На то, как звучит наш голос, могут влиять многие факторы. Простуда, усталость, стресс. Но эти изменения временны и обратимы. Вылечились, отдохнули – и вернули себе прежнее звучание. Можно изменить голос, если начать ему вредить целенаправленно. Курение, хронические простуды, недосып и постоянное напряжение голосовых связок – не лучшие спутники нашего голоса.
Можно ли существенно изменить тембр голоса? Тут однозначного мнения нет. Как нет пока и однозначного определения – что же такое тембр. Одни считают, что тембр можно изменять, если овладеть вокальной техникой. Но это не значит, что можно радикально «исправить» тип голоса. Например, был тенор, стал бас. Скорее речь идёт именно об окраске звука, умении сделать его более насыщенным и красивым. То есть вокальная техника не изменяет тембр голоса, а обогащает его новыми красками.
Другие приводят в пример пародистов. Ведь иногда их пародии так похожи на оригинал, что отличить практически невозможно! Но это скорее – технические приёмы, рассчитанные на короткий срок действия. Они слышны, пока вокалист поёт или выступает артист разговорного жанра. Возвращается он к обычной повседневной речи – и тембр его голоса становится таким, каким мы его привыкли слышать.
Самым талантливым пародистом всех времен я считаю Виктора Чистякова. И вы можете насладиться его талантом:
А теперь, позвольте познакомить вас с Имой Сумак — певицей, которая по материнской линии является прямым потомком Атауальпы — последнего императора инков. Диапазон ее голоса составляет 5 октав, а тембр невозможно перепутать с чьим-либо еще:
Исследованиями тембра голоса занимаются многие службы, весьма далёкие от пения и музыки. Политики изучают, какой тембр вызывает наибольшее доверие у избирателей, и призывает их голосовать «правильно». Социологи и психологи убеждены, что голоса лидеров и успешных людей отличаются от голосов обычных людей. Криминалисты делают спектральный анализ голосовых аудиозаписей. Ведь тембр каждого человека уникален как молекула ДНК или отпечатки пальцев. И порой запись телефонного разговора помогает выявить преступника. С помощью голоса можно закодировать сейф в банке или доступ к своему телефону.
Но как говорится лучше 1 раз увидеть:
Мне понравилось 12
Заключение
Над научным определением термина «тембр» наука бьётся уже несколько столетий. «Физики» и «лирики» объясняют его по-разному. Физики рисуют графики и сложные математические формулы. Лирики (они же музыканты) больше доверяют чувствам, эмоциям и настроению.
Любой из нас безошибочно узнает на слух голос мамы. Или любого другого человека. По нескольким музыкальным фразам мы легко отгадаем фамилию эстрадного или оперного певца. На слух отличим звучание одного музыкального инструмента от другого. Нам не нужны для этого сложные приборы и измерения. Всё это мы просто слышим.
Надеюсь, теперь вам понятно что такое тембр, от чего он зависит и на что влияет. Если остались вопросы – пишите в комментариях.
Что такое тембр звука и чем он определяется
1. Как исследовалась зависимость высоты звука от частоты колебаний его источника? Какой вывод был сделан?
Свободная часть линейки создает звук только в том случае, если она колеблется с частотой, не меньшей чем 20 Гц.
Если укоротить верхнюю часть линейки и привести ее в колебательное движение, то частота колебаний линейки увеличится, а издаваемый ею звук станет выше.
Вывод:
С увеличением частоты колебаний звук повышается.
Возьмем зубчатый диск, с помощью специального устройства приведем его во вращение и прикоснемся к зубчатому краю тонкой картонной пластинкой.
Под воздействием зубьев вращающегося диска пластинка начнет совершать вынужденные колебания, в результате чего мы услышим звук.
Увеличим скорость вращения диска, и пластинка станет колебаться чаще, а издаваемый ею звук будет выше.
2. С какой целью ставился опыт, изображенный на рисунке?
Цель опыта показать, что с увеличением частоты колебаний звук повышается.
3. Какой из двух камертонов издает более высокий звук?
Сравним звучание двух камертонов с разной собственной частотой.
Частоты на камертонах не указаны.
Тогда частоты можно сравнить, получив следы колебаний на закопченных пластинках.
Вывод:
Камертон, колеблющийся с большей частотой (а), издает более высокий звук, а с меньшей ( б) — более низкий.
4. От чего зависит высота звука?
Высота звука зависит от частоты колебаний:
чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.
5. Что называется чистым тоном?
Ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания.
Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота.
Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний.
Звук камертона является чистым тоном.
Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.
6. Что такое основной тон?
6. Что такое обертоны звука?
Высота сложного звука определяется 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).
7. Чем определяется высота звука?
Высота звука определяется частотой его основного тона.
Чем больше частота основного тона, тем выше звук.
8. Что такое тембр звука и чем он определяется?
Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот.
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 этих звуков обусловлено разным набором обертонов.
Тембр звука
«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.
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. )
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.
Тембр
Те́мбр (фр. timbre — «колокольчик», «метка», «отличительный знак») — колористическая (обертоновая) окраска звука; одна из специфических характеристик музыкального звука (наряду с его высотой, громкостью и длительностью).
По тембрам дифференцируют (отличают друг от друга) 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).
Научно-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.