Файл: Микрофонный прием.docx

С точки зрения спектрального состава электроакустического сигнала к атаке звука следует относиться как к импульсной составляющей с той или иной длительностью переднего фронта. Из радиоэлектроники известно: чем быстрее нарастает импульс, тем дальше его спектр простирается в высокочастотную область. Аналогичные закономерности наблюдаются и в психоакустике: яркие атаки звуков всегда ассоциируются у слушателей с высокочастотными спектральными компонентами. Следовательно, в фонографической практике полноценная передача атаки звукоизвлечения, особенно у ударных инструментов (в том числе и фортепиано) возможна только в случае отсутствия потерь на высоких частотах. Соответственно, любые, в том числе и искусственные колористические подчёркивания в этой спектральной зоне приведут к усиленному слуховому ощущению звуковых атак. Так может быть создано впечатление исполнительской активности, хотя далеко не все музыкальные и фонографические жанры располагают к такой искусственной подмене; естественные проявления всегда лучше.

Несколько меньшего внимания к высокочастотной области спектра требуют атаки духовых и смычковых струнных инструментов, разве что если речь не идёт о sforzando или акцентах иного рода. Однако, это вовсе не означает, что у данных источников можно вообще игнорировать высокочастотные спектральные компоненты. Они несут другую важную колористическую нагрузку, о чём будет сказано ниже.

Большое влияние на априорный тембр музыкальных инструментов, особенно щипковых и ударных струнных, а также настраиваемых или неинтонирующих ударных оказывает ещё и затухание звука. Его процесс обладает такой яркой характерной зависимостью от акустического механизма, что по этой стадии даже ухо нетренированного слушателя легко отличит инструменты одного семейства от другого.

Но если попытаться взглянуть на процесс затухания с точки зрения практического спектрального анализа, то одна только картина фазовой динамики частотных компонент при затухании, к примеру, аккорда рояля или гитары даст понять, насколько неадекватными могут быть слуховые ощущения тембра и, казалось бы, объективные, индикации.

Заметим, что все естественные акустические явления характеризуются незначительными флуктуациями, то есть отклонениями от закономерного течения того или иного процесса (см. рис.). Сказанное в полной мере относится, в частности, к затуханию звука. Разумеется, редкий прибор покажет наличие этих флуктуации, хотя, в огромном ряду других причин, именно они, едва обнаруживаемые человеческим слухом, создают тонкое ощущение тембрального отличия натуральных звучаний от синтезированных.

Кроме атаки и затухания, огромную роль в темброобразовании играют так называемые форманты. Это - спектральные компоненты или спектральные области, обязанные своей природой наличию в конструкции инструментов тех или иных акустических резонаторов.

Различают одноформантные и многоформантные музыкальные инструменты и человеческие голоса.

У неинтонирующих источников, например, барабанов, в качестве форманты иногда рассматривается нижний тон, хотя такой подход к вопросу с формальной точки зрения не вполне правомочен, поскольку считается, что эффект форманты - это всего-навсего окраска звука, несмотря на её скрытую интонационную выраженность. Действительно, резонаторы музыкальных инструментов, в зависимости от их акустической добротности могут генерировать очень узкую спектральную полосу, близкую к тону, который по своим амплитудным свойствам тесно коррелирован с основным сигналом (в акустическом обиходе, применительно к певческим формантам существует даже такое понятие, как «артикулирующий синус»).

Многие эксперты - акустики считают, что форманты сообщают звучанию так называемую полётность. Такая оценка в особенности справедлива по отношению к высокочастотным или, как их называют, верхним формантам, расположенным, в основном, в той части спектра, где чувствительность слуха повышена, следовательно, усиливается восприятие источника, будь он даже значительно удалён. Отсюда, наверное, и произошел этот ассоциативный термин: звук «летит» на большое расстояние.

Впрочем, будем осторожны с терминологическим разбором. Слово «полётность» можно встретить и применительно к певческому или инструментальному vibrato, и применительно к реверберационной картине. В данном же контексте оно также уместно, но не более.

Если лежащие за спектральными пределами основных звуков высокочастотные форманты, промодулированные главными тонами, создают колористическую энергичность, то низкочастотные, аналогичные по своей природе, но расположенные в той же части спектра, где ещё существуют колебания основных тонов, соединяются с последними сложным образом, уплотняя спектр в среднечастотной зоне, и частично «перенося» его, за счёт биений, как в спектральную зону, лежащую приблизительно вдвое выше частоты нижней форманты, так и чуть ли не в инфразвуковую область. Этот перенос происходит при любых нелинейностях: тракта ли звукопередачи, свойств реверберирующего помещения или субъективной нелинейности человеческого слуха.

Когда говорят о низкочастотных формантах, то имеются в виду не только они сами, как спектральные компоненты, а результат указанной интермодуляции, сообщающий звучанию мягкость, теплоту, тембральную объёмность.

Множественными формантными зонами обладают струнные инструменты со сложной геометрией дек и корпусов. Кроме формант, частоты которых совершенно не зависят от высоты извлекаемого звука (они называются негармоническими), у них существуют ещё так называемые гармонические форманты, физика которых в простейшем рассмотрении объясняется наличием широких квазирезонансных областей, возбуждающихся от тех или иных гармоник колеблющихся струн. Гармонические форманты обусловливают постоянство относительного обертонового состава акустического спектра при извлечении звуков разной высоты.

С точки зрения тембральных впечатлений негармонические форманты, например, у струнных смычковых инструментов или вокалистов, обеспечивают константное окрашивание звука в одних и тех же спектральных зонах, сообщают звуку колористическую индивидуальность, хотя внимательное прослушивание позволяет заметить некоторую тембровую динамику самих формант в зависимости от высотного регистра.

Напротив, гармонические форманты, например, у роялей или хороших концертных гитар, поддерживают неизменным общий тембральный характер звучания, колористическую однородность музыкального инструмента, дополняя действие негармонических формант.

Тембр большинства духовых инструментов напрямую связан с анатомическими особенностями исполнителей. Звучание приобретает дополнительную окраску формантного свойства из-за акустического подключения резонансных полостей играющего, как это происходило бы, если бы он пел.

Резюмируя, отметим, что наличие в сигнальном спектре, наблюдаемом в течение большого промежутка времени, частотных зон, «поднятых» хоть немного в сравнении с соседними, иными словами, нарушающих монотонность огибающей спектральной плотности, соответствует наличию звуковой окраски. И наоборот, устранение этих экстремумов приводит к обесцвечиванию звука, нивелированию тембра (см. рис.) При этом, занимаясь практическим спектроанализом, высокочастотные формантные области следует искать, как правило, за верхними пределами инструментальных или вокальных диапазонов, а низкочастотные - в тех участках спектра, где, как было сказано выше, проявляется их действие.

Данные о формантах музыкальных инструментов и певческих голосов можно без труда отыскать в литературе по музыкальной акустике. Приведём некоторые из них. Согласно исследованиям Германна-Гольдапа и Э. Мейера:

Форманты: Скрипок - 2800-4200 Hz, + 800-1000 Hz,

Струнных альтов - 1800-2800 Hz, + 500-600 Hz,

Виолончелей - 1400 Hz, + 400-500 Hz.

Поперечных флейт - 1400 Hz - 1760 Hz, (что особенно выявляется при извлечении звуков d второй октавы - cis третьей октавы).

Кларнетов -1400-2000 Hz.

Гобоев - 1600-2000 Hz.

английских рожков-1000-1300 Hz.

фаготов - 450-500 Hz.

Контрафаготов - 200-250 Hz.

Валторн - 465-1000 Hz.

Тубы - 100-250 Hz.

У труб - широкая формантная область,

соответствующая всему регистровому (нотируемому) диапазону, независимо от извлекаемых звуков (b - с4).

Тромбонов - 465-590 Hz.

Кастаньет - 2000 Hz и 6000Hz.

Большого оркестрового барабана - 50 Hz.

Большого барабана ударной установки  80 -100 Hz.

Малого барабана -  700 - 1300 Hz.

Если возникает практическая задача выявить формантный состав в индивидуальном звучании музыкального инструмента, то это удаётся сделать путём мягкого простукивания корпуса в средней его части, лёгкого плоского удара ладонью по мундштуку, вдувания ртом направленной струи воздуха в отверстие эфы, и т. п. Акустической реакцией на подобные действия будут резонансные звуки, особенно очевидные в области низкочастотных формант.

При рабочих диапазонах певческих голосов:

баса..................…...Е - f 1

баритона................А - gisl

тенора................….с - с2

контральто.............f - g2

меццо-сопрано.......as - b2

сопрано..............….cl - сЗ

колоратурного сопрано. ... cl - еЗ

нижняя певческая форманта (образуется за счёт резонанса глотки в сочетании с грудной полостью) лежит в диапазоне 400 - 500 Hz., a высокая певческая форманта (за счёт гайморовой пазухи, лобных пазух) - 2500-2800 Hz для мужских голосов и 3000-3200 Hz - для женских.

Полость носоглотки является своего рода акустическим фильтром, поглощающим звуки, соответствующие её резонансной настройке (отсюда - гнусавость при закрытом носе, насморке).

Существуют, однако, акустические источники, вовсе не обладающие формантами. К ним можно отнести, например, музыкальные инструменты со слабой функцией деки или вовсе бездековые, а также инструменты с отсутствующими дополнительными резонаторами, некоторые духовые, в частности, малые представители семейства лабиальных - сопрановая продольная флейта, флейта-пикколо, т. п. Их звуки кажутся бесцветными, хотя вовсе не «пустыми», ибо специфические краски, связанные с природой звукообразования сами собою компенсируют этот колористический пробел. Кроме того, как будет показано ниже, огромную роль в окраске звука, играют исполнительские приёмы (штрихи), чья актуальность применительно к бесформатным музыкальным инструментам просто неоценима, поскольку «неживые ноты» приводят к вырождению натурального акустического источника в бездушный звуковой генератор.

Возвращаясь к объективным спектральным составам электроакустических сигналов, примем условно, что всё, не входящее в область основных тонов, определяет, в совокупности, тембральную сторону звучания. Высшие гармоники и унтертоны, форманты и формантные образования, импульсные компоненты атак, пр. отражаются на экране анализатора спектра, показывая полный частотный диапазон, занимаемый звуковым источником. И лишь внутренняя часть этого диапазона, ограниченная предельными частотами музыкальных регистров источника, характеризует, по преимуществу, звуковысотную область. Соотношение интенсивностей указанных спектральных зон и определяет либо колористическую насыщенность, либо обесцвечивание. Но, регулируя это соотношение, нельзя забывать, что обертоновые регистры спектров естественных акустических источников почти всегда значительно богаче унтертоновых, они легче воспринимаются слухом по причине неравномерности его частотной характеристики, и быстрее обнажаются, как только уменьшается маскирующее действие звуковысотной области в случае намеренной электронной фильтрации, конкретнее, её относительной небольшой режекции (употребляемые для этой цели устройства носят название «фильтров отсутствия»).

Впрочем, в этом варианте несколько ослабляются тембральные образования, связанные с действием нижних формант, коль скоро они попадают в корректируемую часть спектра. Поэтому манипуляции подобного рода могут дать двоякий эффект: с одной стороны, действительно открывается расцветка, а с другой, - возникает впечатление опустошённости, разжиженности, худосочности.