Файл: artikulyats_metod.pdf

Особенности конструкции и тембр медных духовых инструментов

Звук как физическое явление

Музыкальные звуки — это волны, распространяющиеся в какойлибо среде (мы рассматриваем воздушную), и имеющие определенную частоту колебаний.

Основные параметры звука:

1)высота, которая определяется частотой колебаний;

2)громкость звука — амплитудой колебаний;

3)тембр — набором обертонов;

4)длительность — протяженностью по времени.

Источником звука на медных духовых инструментах является столб воздуха (газообразное тело), колеблющийся под воздействием вдуваемой из легких через эпиталии губ воздушной струи (возбудитель звуковых колебаний), которые создают нужную нам высоту.

Более подробно остановимся на понятии тембра. Когда мы извлекаем звук на духовых инструментах, то кроме его основного тона (основной частоты) звучат и его призвуки (обертоны), образующие обертоновый ряд. Сочетания и преобладание тех или иных обертонов и называется тембром.

Здесь мне хотелось бы изложить некоторые определения, которые помогут нам разобраться в основах звукоизвлечения и обучения игре на медных духовых инструментах. Прежде всего обозначим, что представляют собой мензура и натуральный звукоряд.

Натуральный звукоряд и конструктивные особенности медных духовых инструментов

Мензурой на духовом инструменте называется соотношение длины основной трубки к ее сечению.

На медных духовых инструментах звукоряд извлекался изначально путем передувания. т.е. звуки как бы выхватывались из обертонового ряда. Натуральный звукоряд медных духовых инструментов полностью повторяет обертоновый. После изобретения вентильного и помпового механизмов стало возможно извлекать хроматический звукоряд.

Теперь попробуем изложить ход развития современных конструкций духовых инструментов.

Древний человек взял часть полого внутри растения (похожего на обычную водопроводную трубу) и попробовал губами извлечь звук. У него получился только один (по высоте) звук. Так появилась цилиндрическая конструкция.

Такие же попытки были проделаны с рогами животных, раковинами. Это уже другая форма — коническая.

С развитием ремесел и музыкального искусства начинаются активные поиски оптимальных конструкций. Накапливается опыт использования различных материалов, что, в конце концов, приводит к изготовлению инструментов из наиболее «дышащих», медьсодержащих сплавов. Начинают применять мундштук, что позволяет извлекать звуки натурального звукоряда, влияет на интонацию и качество звукоизвлечения. Предпринимаются попытки соединить в форме инструмента цилиндр и конус. Изобретаются различные механизмы для извлечения звуков хроматического звукоряда; предпочтение в конце концов отдается вентильному и помповым механизмам, при использовании которых удлиняется основная трубка и понижаются натуральные звуки.

В истории медных духовых инструментов и их конструкции ХIХ век был отмечен деятельностью выдающегося бельгийского изобретателя Адольфа Сакса. Им было изобретено и доведено до совершенства целое семейство медных широкомензурных духовых, так называемых саксгорнов (в некоторых источниках — флюгельгорнов), составивших основную группу духовых оркестров. Это семейство имеет диапазон от нижних басов до высоких сопрано. Особенностью этих инструментов является преобладание конуса над цилиндром, что позволяет извлекать тембровообогащенный звук, максимально приближенный к человеческому голосу (самому совершенному музыкальному инструменту). В узкомензурных инструментах, составляющих характерную группу духового оркестра, преобладает цилиндр, что дает им очень яркое и иногда даже пронзительное звучание.

Фото 1. Коллекция духовых инструментов А.Г. Слинько (г. Ростов-на-Дону).

Фото 2. Группа основных инструментов (флюгельгорны: корнет; тенор; баритон; туба).

Фото 3. Группа характерных инструментов (узкомензурные: труба; валторна; тромбон).

Качество игры во многом зависит от инструмента и мундштука. На современном этапе развития индустрия музыкальных инструментов производит довольно качественные духовые инструменты и мундштуки различных конструкций и классов. Здесь главное — подобрать их грамотно, с учетом индивидуальных особенностей конкретного учащегося.

Некоторые данные экспериментальных исследований звукообразования на медных духовых инструментах

Более столетия как у нас в стране, так и за рубежом проводятся исследования звукообразования на медных инструментах. В этой области достаточно много белых пятен. Из-за несовершенства аппаратуры и сложности экспериментов результаты часто бывают противоречивыми. Внимательно просмотрев данные некоторых исследований и их хронологию, я обратил внимание не столько на противоречия, сколько на дополнение их друг другом. В разделе данной работы, посвященном сравнению работы речевого и исполнительского аппарата, я постараюсь обосновать этот тезис и приведу ссылки на упомянутые исследования.

Американский ученый Д. Смит экспериментально установил, что от угла наклона мундштука по вертикали во время игры зависит интонация звукоизвлечения на трубе (медных духовых инструментах). В методики

обучения игре на медных духовых инструментах им было введено понятие «пивот» — роль степени наклона инструмента.

В 60-х годах профессор Г. Орвид, исследуя работу губного аппарата трубача, выявил зависимость высоты извлекаемых звуков от скорости и направления движения воздушного потока. Приблизительно через двадцать лет профессор Ю.И. Гриценко, продолжая исследования в том же направлении, выявил зависимость акустических характеристик звука (тембр, высота и динамика) от угла подачи воздушной струи относительно чашки мундштука. Будучи курсантом Военно-дирижерского факультета при Московской консерватории, я слушал курс лекций по методике обучения игре на духовых инструментах, которые нам давал Юрий Иосифович Гриценко (впоследствии профессор). В то время он проводил акустические исследования звукообразования на медных духовых инструментах и доказал, что при игре на валторне с повышением интонации направление воздушной струи смещается вниз.

И. Якустиди, исследуя работу амбушюра, установил, что при собранных к центру губах напряжение угловых мышц выше и стабильнее. Т.е. губной аппарат должен быть сфокусирован, что способствует его регулированию исполнителем и в конечном итоге влияет на качество тембра.

В.В. Сумеркин в своей работе «Методика обучения игре на тромбоне» указывает на значительное увеличение давления и скорости подачи выдыхаемой струи воздуха при работе в высоком регистре. Кроме того, он уделяет внимание использованию фонем речи при игре на тромбоне.

Современные методики всѐ больше и больше склоняются к значению речевой артикуляции при игре на медных духовых инструментах.

Звукообразование на духовых инструментах (основы аэрогидродинамики и акустики)

Всем нам известны примеры из учебника физики (раздел механики):

1.Увеличение скорости движения воды по руслу зависит от увеличения наклона или от уменьшения ширины русла.

2.При увеличении скорости ветра колыхание флагов становится интенсивнее.

3.Мы дуем на бумажную ленту. При увеличении скорости движения воздушной струи, увеличивается интенсивность колыхания ленты.

4.Если дуть по верху бумажной ленты, то она будет подниматься вверх. Здесь давление поверх ленты ниже, чем под лентой.

Объяснение этим примерам мы находим в законе (принципе), открытом в 1738 году петербургским академиком Даниилом Бернулли:

Давление в жидкости, текущей в трубе, больше в тех частях, где скорость ее движения меньше, и наоборот: в тех частях, где скорость больше, давление меньше.

Значит, когда жидкость течет (без трения) по трубе переменного сечения, то давление в разных местах трубы неодинаково. В узких местах трубы давление жидкости меньше, чем в широких, и наоборот, в узких местах — скорость течения жидкости больше, чем в широких.

Закон Бернулли применим как для жидкостей, так и для газов. Выводы:

1.При одинаковом давлении воздушной струи, уменьшая сечение канала ее движения, увеличивается скорость

2.При рассмотрении давления в канале цилиндрического сечения мы имеем следующее: увеличении давления приводит к увеличению скорости движения струи.

3.Для сохранения скорости движения воздушной струи, при увеличении давления, необходимо увеличить сечения канала.

Исходя из приведенного выше основного закона аэро-(гидро-) динамики, мы видим, что при артикуляционном сужении канала подачи воздушной струи увеличивается скорость ее движения и в результате повышается звук (увеличивается частота звуковых волн). От повышения давления зависит громкость звука (амплитуда колебаний звуковых волн). Кроме того, при повышении напряжения амбушюра также происходит повышение звука. Т.е. от увеличения плотности колеблющихся эпиталий губ, повышается частота их колебаний. Повышения частоты можно добиться и уменьшением губной щели. Однако это в некоторой степени будет отражаться на наполняемости звука, т.е. на качестве тембра. При определенных навыках совмещение артикуляционного сужения, увеличения губного напряжения и давления создаваемого дыхательной системой даст отличные результаты — без тембровых потерь.

Итак, попробуем разобраться, что же происходит в духовом инструменте в момент создания определенного звукового импульса посредством трения воздушной струи о эпиталии губ? Как влияет конструкция инструмента на процесс звукообразования? Здесь мы переходим к вопросам акустики при игре на медных инструментах.

Акустика медных духовых инструментов

Итак, мы имеем дело с музыкальными звуками, которые имеют определенную временную протяженность, высоту, громкость и тембр.

Звуковые волны при игре на медных инструментах протекают не в стоящем столбе воздуха, а направленно-движущемся воздушном потоке. В конструкции с расширяющимся трубками, по закону Бернулли, увеличивается мощность звука и его обертонов. Т.е. давление, создаваемое нашей дыхательной системой при игре на медных духовых инструментах, несравненно больше, чем при обычном дыхании, речи и даже при

выполнении многих трудоемких видов работы. По этой причине при неправильном исполнительском дыхании и неправильной работе исполнительского аппарата в целом возникают проблемы с качеством исполнения. Благодаря движению звуковых импульсов в движущем воздушном столбе, ограниченном цилиндрическими и коническими трубками в различных пропорциях образуется звук того или иного качества. Какие же процессы происходят при этом?

Если на пути звуковой волны встречается какой-либо дефект среды, тело или граница раздела двух сред, то это приводит к искажению нормального распространения волны. Когда гармоническая звуковая волна возбуждается в ограниченном пространстве, то в результате этого часто наблюдаются следующие явления: отражение, преломление, рассеивание и дифракция. Наложение двух или большего числа волн называется интерференцией волн. Стоячие волны — частный случай интерференции. Стоячие волны образуются в результате наложения двух волн одинаковой амплитуды, фазы и частоты, распространяющихся в противоположных направлениях. Амплитуда в пучностях стоячей волны равна удвоенной амплитуде каждой из волн. Поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, это означает, что интенсивность в пучностях в 4 раза больше интенсивности каждой из волн или же в 2 раза больше суммарной интенсивности двух волн. В узлах же интенсивность волн равна нулю.

В стоячих волнах происходит явление резонанса. Собственные частоты являются также резонансными частотами трубы. Предположим, что вблизи открытого конца трубы помещен возбудитель звуковых волн, издающий звуковые импульсы одной определенной частоты, которую можно по желанию изменять. Тогда при совпадении частоты сигнала возбудителя с основной частотой трубы или с одним из ее обертонов труба будет звучать очень громко. Это происходит потому, что громкоговоритель возбуждает колебания воздушного столба со значительной амплитудой. Говорят, что труба в этих условиях резонирует. Таким образом, амбушюр исполнителя на медных духовых инструментах должен «посылать» звуковые сигналы совпадающие (примерно совпадающие) с основной частотой инструмента или его обертонов. Труба с двумя открытыми концами имеет такую основную частоту, при которой на длине трубы укладывается половина длины волны. Таким образом, основная частота инструмента равна f = v/2L, (где L — длина трубы) Обертоны равны удвоенному, утроенному и т.д. значению основной частоты. Таким образом, построив обертоновый ряд, мы видим, что интервальное соотношение между гармониками не соответствует темперированному строю. В дальнейшем мы вернемся к этому вопросу.

Исходя из вышеизложенного, мы видим, что в духовых музыкальных инструментах (в том числе медных), ограниченных корпусом инструмента, имеющим как цилиндрические, так и конические трубки, возникают стоячие волны.