Глава 4. Психоакустическая оценка тембра и высоты звука

Интересная ситуация возникает в связи с тем, что большинство основных тонов музыкальных инструментов попадают в линейную область, а некото­рые из их гармоник оказываются в логарифмической зоне. Именно в этом па­радоксе заключается ответ на вопрос: «Почему слишком высокие обертоны отказываются "гармонировать" с основным тоном несмотря на то, что межлу ними укладывается целое число чистейших октав, гармоничная природа ко­торых неоспорима и заложена в европейский музыкальный ряд?»,

А каков механизм оценки высоты многотоновых сигналов? Ответ на по­ставленный вопрос достаточно сложен Давайте разбираться по порядку Вна­чале попытаемся охарактеризовать одиночный звук какого-либо инструмен­та, для чего введем понятия тембра.

Понятие тембра

Музыканты обладают очень развитым чувством высоты звука, но оно не все­гда помогает при определении высоты чистого тона, создаваемого камерто­ном или эталонным генератором. Этот пример говорит о том, что при опреде­лении на слух высоты звука важную роль играет его тембр.

Энциклопедия дает следующую расшифровку одноименной статьи « Тембр (франц. timbre), качество звука (его "окраска ", "характер "), которое по­зволяет различать звуки одной и той же высоты, исполняемые на различных ин­струментах или различными голосами. Тембр связан со сложным характером звуковых колебаний и зависит от того, какие обертоны (частичные тоны) со­путствуют основному тону и в каких областях звукового спектра они особенно сильны (см. Форманта) Все это определяется материалом и формой звучащего тела, участвующими в образовании звука резонаторами, способом извлечения звука. Большое влияние на тембровую окраску звука оказывает также момент его возбуждения и угасания

В речи, благодаря тембру, различаются гласные и другие сонорные звуки; ос­новную роль при этом играют первая и вторая форманты. Характеризуясь имен­но тембром, каждый звук речи может быть любой высоты и интенсивности. В то же время соотношение частоты основного тона с формантами и гармони­ческими обертонами определяет индивидуальные особенности речи говорящего; ведущая роль принадлежит здесь третьей и более высоким формантам. В рече­вой интонации благодаря тембрам различают всевозможные оттенки эмоций, радость, неудовольствие, угрозу и т. п.».

В связи с развитием цифровых технологий и необходимостью уменьшения скорости информационных потоков, тема изучение тембра стала как никогда актуальной. Проводятся исследования влияния на тембр всевозможных пара­метров звуковой картины Много внимания уделяется фазовым соотношени­ям различных частотных составляющих звукового сигнала, влиянию громкости на окраску звучания, распределению мощности между обертонами

43

Глава 4. Психоакустическая оценка тембра и высоты звука

и другим вопросам. Однако, как известно из общих законов психологии, кратковременная память человека может одновременно оперировать не более чем семью-восемью символами. Очевидно, что и при распознавании и оцен­ке тембра используется не более семи-восьми существенных признаков. Та­ковая система пока не создана, поэтому рассмотрим взаимосвязанные темы тембра и высоты звука как упорядоченный набор интересных явлений.

Понятие основного тона

Представим себе звучание фортепиано после нажатия на одну из его клавиш. «Услышанный» нами звук состоит из основного тона и обертонов (гармоник). Основной тон (в данном случае с низшей частотой) определяет высоту ноты По обертонам же мы различаем музыкальные инструменты, даже когда на них берется одна и та же нота Обертоны важны тем, что они во многом опре­деляют тембр инструмента и задают характер его звучания.

В подавляющем большинстве случаев основные тона музыкальных инст­рументов и, особенно, человеческого голоса не остаются стабильными в про­цессе звукоизвлечения — колеблется как их амплитуда, так и частота. Любо­пытно, что более приятное впечатление при пении создаст голос с основны­ми тонами, колеблющимися с частотой от 5 до 8 Гц.

Понятие обертонов

Обертон (от немецкого oberton, ober — верхний и ton — тон) — составляющая сложного колебания с частотой более высокой, чем основной тон. Обертоны, частоты которых относятся к частоте низшего (основного) тона как целые числа 1:2:3 и так далее, называются гармоническими, или гармониками; если же зависимость оказывается более сложной — негармоническими.

Понятие форманты

Среди негармонических обертонов самыми интересными являются частоты, объединенные в узкие и относительно громкие зоны — форманты Таким об­разом, формантой называют заметно усиленную область частотного спектра звукового колебания.

В музыкальных инструментах форманты возникают не столько за счет ко­леблющегося тела, сколько независимо от него — из-за колебаний резонатора

Частота форманты всегда выше основного тона. Если же частота основно­го тона меняется и при этом превышает частоту колебания форманты, то по­следняя по завершению резонансного процесса выпадает.

44