Глава 4

вызвать смещение достаточно большого количества частиц возду-

ха и, следовательно, обеспечить необходимый уровень звукового

давления в среде. В таких случаях колебания звучащего тела долж-

ны быть переданы другому телу, имеющему большую поверхность

или объем и способному обеспечить излучение достаточно большо-

го уровня акустической энергии в окружающее пространство (напри-

мер, резонансные деки рояля, гитары, скрипки и др.).

В музыкальных инструментах применяются три основные ка-

тегории вибраторов:

— тела, упругие в силу своих природных свойств (твердости

и формы). Они не требуют предварительного натяжения, чтобы

совершать колебания и излучать звук (бруски, стержни, трубки,

пластины, оболочки и др.). Их используют в свободно подвешен-

ном состоянии (гонг, трубчатые колокольчики и др.), с опорой

на отдельные точки (ксилофон, маримба и др.) или закрепленны-

ми на одном конце (например, колокол);

— тела, становящиеся упругими вследствие натяжения. Натя-

жение может быть приложено в одном направлении, например для

струн, а может быть приложено по периметру, например для круг-

лых мембран барабанов. От степени натяжения зависит упругость

этих тел, а следовательно, и собственные частоты их колебаний,

т. е. состав спектра;

— тела, становящиеся упругими вследствие процесса сжатия

(например, столбы воздуха, заключенные в трубы различного се-

чения).

Основные способы возбуждения колебаний вибраторов, т. е.

генерации энергии, можно свести к следующим:

— удар (толчок) — мгновенное приложение силы и передача

энергии звучащему телу с последующим предоставлением ему

свободы колебаний. При таком режиме возбуждения вибратор со-

вершает свободные затухающие колебания, т. к. происходит потеря

энергии за счет излучения и внутреннего трения (например, в стру-

нах рояля, колоколах и др.);

Особый вид возбуждения происходит с помощью передачи

энергии последовательными толчками, например для столбов воз-

духа в трубах, что создает автоколебательный процесс, который

обеспечивает звучание духовых инструментов;

— щипок, или зацепление — это способ, при котором звуча-

щее тело зацепляется каким-либо предметом (или пальцем),

выводится из положения равновесия и освобождается (напри-

мер, струна гитары, арфы, лютни, клавесина и др.), после чего

оно переходит в режим свободных затухающих колебаний;

— трение — при этом способе возбуждающее тело (например,

смычок) остается в тесном соприкосновении с вибратором (струной)

за счет трения в течение определенного периода времени, после

Акустика музыкальных инструментов. Акустика речи и пения

203

чего происходит отрыв вибратора, далее этот процесс периодиче-

ски повторяется (например, при возбуждении струн скрипки).

В качестве усилителей-резонаторов могут использоваться

тела, обеспечивающие эффективное излучение звука в окружаю-

щее пространство, например за счет большой площади (деки ро-

яля), или специальных корпусов с заключенным в них воздушным

объемом (у скрипки, гитары и др.), или системы резонансных труб

(например, в маримбе) и др.

Нужно отметить, что в настраиваемых музыкальных инструмен-

тах в качестве вибраторов и резонаторов могут использоваться

только те тела, которые способны совершать периодические коле-

бания, т. е. тела, собственные частоты которых составляют диск-

ретный гармонический спектр (см. гл. 2), поскольку, как показано

в главе 3, слуховой аппарат способен определить высоту тона

только для звуков с периодической структурой. Это накладывает

строгие ограничения на выбор формы вибраторов и резонаторов

(струны, бруски сложной формы, трубы и т. д.) и их физико-меха-

нические параметры (жесткость, коэффициент внутреннего трения,

плотность и др.), что и создает основные проблемы при изготов-

лении инструментов, поскольку именно этот выбор определяет их

точность настройки и тембр. Широкое распространение имели и

имеют в настоящее время и ненастраиваемые музыкальные инст-

рументы (барабаны, тарелки и др.), однако выбор форм и матери-

алов их вибраторов также ограничен определенными требования-

ми, поскольку от этого зависит их тембр звучания.

Классификация музыкальных инструментов может быть

выполнена по различным критериям (хотя далеко не все инстру-

менты могут быть четко классифицированы). Наиболее распрост-

раненной является классификация, предложенная В. Майоном

в 1888 г. и подробно разработанная австрийским музыковедом

Э. Хорнбостелем (1877-1935) и его немецким коллегой К. Заксом

(1881-1959) в 1914 году [5].

Согласно этой классификации инструменты объединяются в клас-

сы по типам вибраторов:

— хордофоны (струнные), в которых в качестве вибраторов

используются струны различных размеров, диаметров, плотности

и степени натяжения (рояли, арфы, гитары, скрипки и т. д.);

— мембранофоны, в которых звук извлекается при возбужде-

нии натянутой мембраны (барабаны, литавры и др.);

— идиофоны, где звук создается за счет возбуждения колеба-

ний в телах, обладающих собственной упругостью: брусках (ксило-

фон, маримба и др.), трубках (оркестровые колокольчики), пластин-

ках (тарелки), оболочках (колокола) и т. д.;

— аэрофоны — духовые инструменты, которые используют для

возбуждения и поддержания звука колебания воздушных столбов

204