Музыкальные источники звука

Большое влияние на качество звучания электроакустических систем оказывает ряд факторов, характеризующих первичные источники звуков.

Акустические параметры музыкальных источников зависят от состава исполнителей (оркестр, ансамбль, группа, солист) и типа музыки (симфоническая, народная, эстрадная и пр.).

Зарождение и формирование звука на каждом музыкальном инструменте имеет свою специфику, связанную с акустическими особенностями звукообразования в том или ином музыкальном инструменте.

Важным элементом музыкального звука является атака. Это — специфический переходный процесс, в течение которого устанавливаются стабильные характеристики звука: громкость, тембр, высота. Любой музыкальный звук проходит три стадии — начало, середину и конец, причем и начальная, и конечная стадии имеют некоторую продолжительность. Начальная стадия называется атакой. Длится она по-разному: у щипковых, ударных и некоторых духовых инструментов 0…20 мс, у фагота 20…60 мс. Атака — это не просто нарастание громкости звука от нуля до некоторого установившегося значения, она может сопровождаться таким же изменением высоты звука и его тембра. Причем характеристики атаки инструмента неодинаковы в разных участках его диапазона при разной манере игры: скрипка по богатству возможных выразительных способов атаки — наиболее совершенный инструмент. Неискаженная передача атаки музыкальных инструментов при воспроизведении — одна из проблем для конструкторов высококачественных громкоговорителей.

Одна из характеристик любого музыкального инструмента частотный диапазон звучания. Диапазоны звучания основных музыкальных инструментов приведены на рис. 6. Сверху под частотной шкалой (в логарифмическом масштабе) показана клавиатура фортепиано, а ниже представлены диапазоны основных частот различных музыкальных инструментов. Клавиатура фортепиано начинается со звука «ля» субконтроктавы (27,5 Гц), а кончается звуком «до» пятой октавы (4186 Гц). Клавиши, помеченные буквой «С», соответствуют звуку «до» (с него начинается каждая октава). Кроме основных частот каждый инструмент характеризуется дополнительными высококачественными составляющими — обертонами (или, как принято в электроакустике, — высшими гармониками), определяющими его специфический тембр. Частотные диапазоны обертонов на рисунке заштрихованы.

Известно, что звуковая энергия неравномерно распределяется по всему спектру звуковых частот, излучаемых источником.

Большинство инструментов характеризуется усилением основных частот, а также отдельных обертонов в определенных (одной или нескольких) относительно узких полосах частот (формантах), различных для каждого инструмента. Резонансные частоты (в герцах) формантной области составляют: для трубы 100…200, валторны 200…400, тромбона 300…900, трубы 800…1750, саксофона 350…900, гобоя 800…1500, фагота 300…900, кларнета 250…600.

Другое характерное свойство музыкальных инструментов — сила их звука — обусловливается большей или меньшей амплитудой (размахом) их звучащего тела или воздушного столба (большей амплитуде соответствует более сильное звучание и наоборот). Значение пиковых акустических мощностей (в ваттах) составляет: для большого оркестра 70, большого барабана 25, литавр 20, малого барабана 12, тромбона 6, фортепиано 0,4, трубы и саксофона 0,3, трубы 0,2, контрабаса 0,16, малой флейты 0,08, кларнета, валторны и треугольника 0,05.

Отношение мощности звука, извлекаемого из инструмента при исполнении «фортиссимо», к мощности звука при исполнении «пианиссимо» принято называть динамическим диапазоном звучания музыкальных инструментов.

Динамический диапазон музыкального источника звука зависит от вида исполнительского коллектива и характера исполнения.

Рассмотрим динамический диапазон отдельных источников звука. Под динамическим диапазоном отдельных музыкальных инструментов и ансамблей (различные по составу оркестры и хоры), а также голосов понимают отношение максимальных звуковых давлений Рмакс, создаваемых данным источником, к минимальным РМин, выраженное в децибелах:

На практике при определении динамического диапазона источника звука обычно оперируют только уровнями звукового давления, вычисляя или измеряя соответствующую их разность. Например, если максимальный уровень звучания оркестра составляет 90, а минимальный 50 дБ, то говорят, что динамический диапазон равен 90 — 50= = 40 дБ. При этом 90 и 50 дБ — это уровни звукового давления относительно нулевого акустического уровня (2 * 10~5 Па).

Динамический диапазон для данного источника звука — величина непостоянная. Она зависит от характера исполняемого произведения и от акустических условий помещения, в котором происходит исполнение. Реверберация расширяет динамический диапазон, который обычно достигает максимального значения в помещениях, имеющих большой объем и минимальное звукопоглощение. Почти у всех инструментов и человеческих голосов динамический диапазон неравномерен по регистрам звучания. Например, уровень громкости самого низкого звука на «форте» у вокалиста равен уровню самого высокого звука на «пиано» .

В табл. 3 приведены усредненные динамические диапазоны звучания отдельных музыкальных инструментов, музыкальных ансамблей, а также речевых программ и пения.

Таблица 3.

Динамический диапазон той или иной музыкальной программы выражается таким же образом, как и для отдельных источников звука, но максимальное звуковое давление отмечается при динамическом (фортиссимо) оттенке, а минимальное при рр (пианиссимо):

Наибольшей громкости, обозначаемой в нотах НҐ (форте-, фортиссимо), соответствует акустический уровень звукового давления примерно 110 дБ, а наименьшей громкости, обозначаемой в нотах ррр (пиано-пианиссимо), примерно 40 дБ. Связь между музыкальными обозначениями громкости, звуковым давлением и акустическими уровнями динамического диапазона.

Следует отметить, что динамические оттенки исполнения в музыке относительны и их связь с соответствующими уровнями звукового давления до некоторой степени условна.

Динамический диапазон той или иной музыкальной программы зависит от характера сочинения. Так, динамический диапазон классических произведений Гайдна, Моцарта, Вивальди редко превышает 30…35 дБ. Динамический диапазон эстрадной музыки обычно не превышает 40 дБ, а танцевальной и джазовой — всего около 20 дБ. Большинство произведений для оркестра русских народных инструментов также имеют небольшой динамический диапазон (25…30 дБ). Это справедливо и для духового оркестра.

Однако максимальный уровень звучания духового оркестра в помещении может достигать достаточно большого уровня (до 110 дБ).