Чем определяется тембр звука

Чем определяется тембр звука

1. Как исследовалась зависимость высоты звука от частоты колебаний его источника? Какой вывод был сделан?

Свободная часть линейки создает звук только в том случае, если она колеблется с частотой, не меньшей чем 20 Гц.
Если укоротить верхнюю часть линейки и привести ее в колебательное движение, то частота колебаний линейки увеличится, а издаваемый ею звук станет выше.

Вывод:
С увеличением частоты колебаний звук повышается.

Возьмем зубчатый диск, с помощью специального устройства приведем его во вращение и прикоснемся к зубчатому краю тонкой картонной пластинкой.
Под воздействием зубьев вращающегося диска пластинка начнет совершать вынужденные колебания, в результате чего мы услышим звук.
Увеличим скорость вращения диска, и пластинка станет колебаться чаще, а издаваемый ею звук будет выше.

2. С какой целью ставился опыт, изображенный на рисунке?

Цель опыта показать, что с увеличением частоты колебаний звук повышается.

3. Какой из двух камертонов издает более высокий звук?

Сравним звучание двух камертонов с разной собственной частотой.
Частоты на камертонах не указаны.
Тогда частоты можно сравнить, получив следы колебаний на закопченных пластинках.

Вывод:
Камертон, колеблющийся с большей частотой (а), издает более высокий звук, а с меньшей ( б) — более низкий.

4. От чего зависит высота звука?

Высота звука зависит от частоты колебаний:
чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

5. Что называется чистым тоном?

Ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания.
Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота.
Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний.
Звук камертона является чистым тоном.

Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.

6. Что такое основной тон?

6. Что такое обертоны звука?

Высота сложного звука определяется высотой его основного тона.
Все остальные тоны сложного звука называются обертонами.
Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).

7. Чем определяется высота звука?

Высота звука определяется частотой его основного тона.
Чем больше частота основного тона, тем выше звук.

8. Что такое тембр звука и чем он определяется?

Тембр звука определяется совокупностью его обертонов.
Совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот.

Легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т. е. одну и ту же частоту основного тона.
Отличие этих звуков обусловлено разным набором обертонов.

Источник

Тембр звука

«Самым сложным субъективно ощущаемым параметром является тембр. С определением этого термина возникают сложности, сопоставимые с определением понятия «жизнь»: все понимают, что это такое, однако над научным определением наука бьется уже несколько столетий».
(И. Алдошина)

В природе мы почти не сталкиваемся с чистыми тонами. Звучание любого музыкального инструмента является сложным и состоит из множества частотных составляющих — обертонов.

Даже при очень сложных звуковых колебаниях слух человека способен распознать высоту звучания. Однако, при одинаковой высоте звучание, например, скрипки отличается на слух от звучания рояля. Это связано с тем, что, помимо высоты звучания, слух способен оценивать также “окраску” звучания, т.е. его тембр.

Тембром звука называется такое качество звука, которое, вне зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого. Тембр звука зависит от общего спектрального состава звука (т.е. от того, какие обертоны в нем присутствуют) и соотношения амплитуд спектральных составляющих (т.е. обертонов):

Обертоны

Понятие тембра тесно связано с понятием высоты звука. Дело в том, что звуковые колебания, как правило, бывают сложными.

Например, если мы взяли на скрипке ноту «ля» первой октавы (частота 440 Гц), то в колебаниях этой струны будут присутствовать также кратные частоты 880, 1320, 1760, 2200 Гц и т.д.

При этом амплитуды этих частот (обертонов) могут быть различными, т.е. обертоны будут иметь различную громкость.

Немецкий физик Георг Ом впервые высказал мысль, что простое слуховое ощущение вызывается простым синусоидальным колебанием (такое колебание также называется гармоническим, важно не путать гармонические колебания, т.е. те, которые описываются функциями y=sin x и т.п., и гармонические обертоны, которые также являются гармоническими колебаниями, но их частоты еще и кратны частоте основного тона). Как только форма колебания усложняется, появляются обертоны — возникает впечатление окраски звука или его тембра.

Пример возникновения сложного колебания путем сложения двух простых (гармонических) колебаний.
Синим цветом обозначено основное гармоническое колебание, розовым — колебание в два раза большей частоты (обертон или первая гармоника), а зеленым — результирующее сложное (негармоническое) колебание.

Таким образом, человеческий слух способен воспринимать сложную форму звуковых колебаний как окраску или тембр.

Гармонические обертоны или гармоники

Обертоны бывают гармоническими и негармоническими.

Частоты гармонических обертонов кратны частоте основного тона (гармонические обертоны вместе с основным тоном также называются гармониками):

В реальных физических ситуациях (например, при колебаниях массивной и жесткой струны) частоты обертонов могут заметно отклоняться от величин, кратных частоте основного тона — такие обертоны называются негармоническими.

Спектральный состав и тембр

Амплитудно-частотное соотношение всех составных частей сложного колебания называют спектром звука, а звуки, соответствующие каждой частоте, присутствующей в сложном колебании, спектральными составляющими или компонентами.

Набор спектральных составляющих определяет тембр звучания. А поскольку каждая спектральная составляющая — это звук определенной высоты, говорить о тембре как об отдельном свойстве звука не совсем корректно. Однако именно тембр звука (а точнее — спектр) обычно находится в центре внимания, когда речь идет о технологиях обработки звука.

Примеры спектрального состава музыкальных звуков:

Тембр звука, т.е. отношения амплитуд его гармоник, влияет и на воспринимаемую высоту сложного тона.

Фантомные частоты

Иногда человек может слышать звуки в низкочастотной области, хотя в реальности звуков такой частоты не было. Мозг воспринимает высоту тона не только по его основной частоте, но и по периодичности, задаваемой отношением между гармониками. Мы можем воспринять ту же высоту (возможно, с другим тембром) даже если основная частота не слышна (или потеряна) при воспроизведении. ( Частотные сигналы сложного спектра без основной частоты (первой гармоники в спектре) называются резидуальными. )

Этот эффект получил название «Феномен пропущенной фундаментальной» — эксперимент 1940 г. продемонстрировал, что ощущение высоты тона спектрально сложного звука не изменится, если удалить его основную частоту, она будет достроена мозгом на основе имеющихся гармоник. Он используется в звуковоспроизводящей аппаратуре, чтобы расширить область воспроизводимых низких частот, если невозможно адекватно воспроизвести такие частоты напрямую, например, в наушниках, мобильных телефонах, малобюджетных динамиках (акустических системах) и т.п.

Источник

Тембр — все что нужно знать

Тембр – это окраска звука, его индивидуальность, специфическая особенность. Тембр является средством музыкальной выразительности. Он придаёт музыке настроение, передает характер. Именно благодаря неповторимой окраске, вы можете отличить голос Муслима Магомаева от голоса Баскова. Различать тембры умеет даже ребенок, но от чего зависит окраска звука? Давайте разбираться.

Тембр

У каждого звука, в музыке особенно, есть точные характеристики:

Представьте себе, что вам предложили определить на слух разные звуки. Эти звуки будут одинаковыми по высоте и громкости. Сможете ли вы отличить:

Думаю, вы справитесь без труда. Но по какому признаку? Ведь высота звука одинаковая, длительность и громкость тоже. При этом все голоса звучат по-разному. Почему? Потому что имеют разный тембр.

Как я уже сказал, тембр – это окраска звука и его индивидуальность. В переводе с французского языка timbre означает «колокольчик», «отличительный знак», «метка». Часто, характеризуя звук голоса или инструмента, мы говорим: бархатный, визгливый, глубокий, журчащий, мягкий. Мы как бы окрашиваем подходящими словами то, что слышит наше ухо.

Семь основных цветов радуги имеют тысячи оттенков. Тембры музыкальных звуков так же разнообразны. Наш слух, как и зрение, может улавливать разные мелочи. Порой для цвета и звука мы используем одни и те же эпитеты. Тёплый и холодный, яркий и приглушённый, бледный и насыщенный. Так отчего зависит музыкальная палитра? Попробуем рассмотреть ответ с разных точек зрения.

Тембр с точки зрения физики

Тембр с точки зрения теории музыки

Единого определения тембра с точки зрения музыкальной теории пока не выработано. По терминологии, принятой музыковедами, тембр делится на четыре основных вида:

Тембральная окраска звучания разных инструментов

Итак, мы выяснили, что инструментальный тембр зависит от особенностей того или иного инструмента. И у каждого инструмента – свой голос. От чего он зависит?

В группе струнных инструментов источником звука являются струны. По способу игры на них различают два вида.

Какие слова чаще всего используют, чтобы описать тембр этих инструментов? Певучие, журчащие, струящиеся, нежные, мягкие. Тембр виолончели сравнивают с человеческим голосом.

Музыканты знают, что два одинаковых с виду инструмента могут звучать по-разному. Например, гитара с металлическими струнами звучит громче и звонче. А с нейлоновыми – мягче и тише. На звук влияет порода дерева, из которой сделан корпус инструмента. Верхнюю деку скрипки, гитары, балалайки чаще всего делают из ели или кедра. Нижнюю деку и обечайку – из клёна, красного дерева или палисандра. Каждая порода придаёт тембру специфическое звучание. И профессиональные музыканты это ценят.

Клавишные инструменты отличает от всех других наличие клавиатуры. Она может быть разного вида. Фортепиано, орган, аккордеон – клавиши. Баян и гармонь – кнопки. Клавишные тоже делятся на две группы.

Тембры этих инструментов очень разные. За счёт большого количества октав звучание бывает звонким, бархатистым, серебристым, прозрачным. Орган, конечно, стоит особняком. Его звук – мощный, трубный – не перепутать ни с чем. Фортепиано тоже, порой оно может заменить целый оркестр. Баян и аккордеон часто снабжены дополнительными переключателями регистров. Они делают их тембр похожим на другие инструменты: кларнет, гобой, орган, челесту и т.д.

Духовые – те, в которые музыканты вдувают воздух с помощью своих лёгких. Всевозможные трубы, рожки и гуделки. По материалу изготовления также делятся на две группы.

Кстати, всеми любимый саксофон можно отнести к обеим группам. Корпус у него металлический, а язычок – деревянный.

Тембральная окраска духовых тоже яркая и легко узнаваемая. Металлические, звонкие, гудящие у медных. Более мягкие, переливчатые, струящиеся у деревянных. Могут напоминать пение птиц и бурчание недовольного человека, журчание ручья и поступь бегемота.

Сергей Прокофьев очень умело использует тембры инструментов в симфонической сказке «Петя и волк». Послушайте самое начало:

Если вас заинтересовала эта сказка, предлагаю вашему вниманию замечательный мультфильм, в основе которого лежит музыка Прокофьева:

Тембр человеческого голоса

Итак, с музыкальными инструментами разобрались. А что с голосом человека, спросите вы? Вроде бы «материал» у всех людей один и тот же, и конструкция – тоже: головной аппарат у всех устроен одинаково. Воздух проходит через связки, они колеблются, и получается звук. А звучат все голоса по-разному… И без труда можно угадать, кто говорит или поёт, даже с закрытыми глазами.

Прежде всего, все голоса можно разделить на мужские, женские и детские. Заметили, что детские не делятся на девочек и мальчиков? Потому что на слух их отличить невозможно. Все одинаково звонкие и мимимишные. Хотя каждый отличается, то есть уже имеет свой тембр.

Что влияет на окраску голоса человека? Конечно, строение его голосового аппарата. Ширина и толщина голосовых связок, размеры гортани и основных резонаторов. Да, у голоса человека тоже есть «корпус инструмента». Это полости, которые усиливают проходящий через них звук:

Понятно, что двух одинаковых людей не бывает. Все мы – уникальны, каждый – единственный в своём роде экземпляр. И уникальный голос нам даётся от природы, как цвет глаз или отпечатки пальцев. Но, в отличие от них, один раз в жизни наш голос (или его тембр) меняется кардинально. Когда это происходит?

Вернёмся к девочкам и мальчикам. Вступая в подростковый возраст, дети постепенно становятся взрослыми. Под действием гормонов мальчики превращаются в юношей, затем в мужчин. А девочки – в девушек и женщин. Именно в этот период происходит мутация голоса. У девочек эта перемена происходит плавно и незаметно. А у мальчиков – более резко и отчётливо. Вам знакомы ситуации, когда вчерашний юнец вдруг заговорил басом? Это как раз наглядное проявление внутренних изменений. Гортань «выросла», приняла взрослые очертания. И теперь она останется такой на всю жизнь. А вместе с ней и тембр голоса.

На то, как звучит наш голос, могут влиять многие факторы. Простуда, усталость, стресс. Но эти изменения временны и обратимы. Вылечились, отдохнули – и вернули себе прежнее звучание. Можно изменить голос, если начать ему вредить целенаправленно. Курение, хронические простуды, недосып и постоянное напряжение голосовых связок – не лучшие спутники нашего голоса.

Можно ли существенно изменить тембр голоса? Тут однозначного мнения нет. Как нет пока и однозначного определения – что же такое тембр. Одни считают, что тембр можно изменять, если овладеть вокальной техникой. Но это не значит, что можно радикально «исправить» тип голоса. Например, был тенор, стал бас. Скорее речь идёт именно об окраске звука, умении сделать его более насыщенным и красивым. То есть вокальная техника не изменяет тембр голоса, а обогащает его новыми красками.

Другие приводят в пример пародистов. Ведь иногда их пародии так похожи на оригинал, что отличить практически невозможно! Но это скорее – технические приёмы, рассчитанные на короткий срок действия. Они слышны, пока вокалист поёт или выступает артист разговорного жанра. Возвращается он к обычной повседневной речи – и тембр его голоса становится таким, каким мы его привыкли слышать.

Самым талантливым пародистом всех времен я считаю Виктора Чистякова. И вы можете насладиться его талантом:

А теперь, позвольте познакомить вас с Имой Сумак — певицей, которая по материнской линии является прямым потомком Атауальпы — последнего императора инков. Диапазон ее голоса составляет 5 октав, а тембр невозможно перепутать с чьим-либо еще:

Исследованиями тембра голоса занимаются многие службы, весьма далёкие от пения и музыки. Политики изучают, какой тембр вызывает наибольшее доверие у избирателей, и призывает их голосовать «правильно». Социологи и психологи убеждены, что голоса лидеров и успешных людей отличаются от голосов обычных людей. Криминалисты делают спектральный анализ голосовых аудиозаписей. Ведь тембр каждого человека уникален как молекула ДНК или отпечатки пальцев. И порой запись телефонного разговора помогает выявить преступника. С помощью голоса можно закодировать сейф в банке или доступ к своему телефону.

Но как говорится лучше 1 раз увидеть:

Мне понравилось 12

Заключение

Над научным определением термина «тембр» наука бьётся уже несколько столетий. «Физики» и «лирики» объясняют его по-разному. Физики рисуют графики и сложные математические формулы. Лирики (они же музыканты) больше доверяют чувствам, эмоциям и настроению.

Любой из нас безошибочно узнает на слух голос мамы. Или любого другого человека. По нескольким музыкальным фразам мы легко отгадаем фамилию эстрадного или оперного певца. На слух отличим звучание одного музыкального инструмента от другого. Нам не нужны для этого сложные приборы и измерения. Всё это мы просто слышим.

Надеюсь, теперь вам понятно что такое тембр, от чего он зависит и на что влияет. Если остались вопросы – пишите в комментариях.

Источник

Высота звука, его громкость и тембр

Наше восприятие высоты звука и других его свойств определяется характеристиками акустической волны. Это те же характеристики, что присущи любой механической волне, а именно период, частота, амплитуда колебаний. От длины и скорости волны субъективные ощущения от звука не зависят. В статье мы разберем физику звука. Высота и тембр — чем они определяются? Почему одни звуки мы воспринимаем громкими, а другие — тихими? Ответы на эти и другие вопросы будут даны в статье.

Высота звука

От чего зависит высота? Чтобы разобраться с этим, проведем простой опыт. Возьмем гибкую длинную линейку, лучше алюминиевую.

Вам будет интересно: Очереди в СССР: быт и культура, интересные факты, фото

Прижмем ее к столу, сильно выдвинув край. Ударим пальцем по свободному краю линейки — она задрожит, но ее движение будет беззвучным. Теперь придвинем линейку к себе поближе, так, чтобы за край столешницы выступала меньшая ее часть. Снова ударим по линейке. Ее край завибрирует намного быстрее и с меньшей амплитудой, а мы услышим характерный звук. Делаем вывод: для того, чтобы возник звук, частота колебаний должна быть не меньше определенной величины. Нижняя граница диапазона звуковых частот — 20 Гц, а верхняя — 20 000 Гц.

Продолжим опыт. Укоротим свободный край линейки еще больше, снова приведем ее в движение. Заметно, что звук изменился, стал выше. О чем свидетельствует эксперимент? Он доказывает зависимость высоты звука от частоты и амплитуды колебаний его источника.

Громкость звука

Для изучения громкости воспользуемся камертоном — специальным инструментом для изучения свойств звука. Существуют камертоны с разной длиной ножек. Они вибрируют, если ударить по прибору молоточком. Большие камертоны колеблются медленнее и издают низкий звук. Маленькие вибрируют часто и отличаются высотой звука.

Ударим по камертону и прислушаемся. Звук со временем слабеет. Почему так происходит? Громкость звука затухает из-за уменьшения амплитуды колебания ножек прибора. Они вибрируют не так сильно, а это значит, что уменьшается и амплитуда колебаний молекул воздуха. Чем она ниже, тем более тихим выходит звук. Это утверждение верно для звуков одинаковой частоты. Получается, что и высота, и громкость звука зависят от амплитуды волны.

Восприятие звуков разной громкости

Из вышесказанного складывается впечатление, что чем громче звук, тем четче мы его слышим, тем более тонкие изменения мы можем уловить. Это не так. Если заставить тело колебаться с очень большой амплитудой, но малой частотой, то такой звук будет плохо различим. Дело в том, что во всем диапазоне слышимости (20-20 тыс. Гц) наше ухо лучше всего различает звуки около 1 КГц. Слух человека наиболее чувствителен к этим частотам. Такие звуки кажутся нам самыми громкими. Сигналы оповещения, сирены настроены именно на 1 КГц.

Уровень громкости разных звуков

В таблице представлены распространенные звуки и их громкость в децибелах.

Тембр

Высота и громкость звука определяются, как мы выяснили, частотой и амплитудой волны. Тембр не зависит от этих характеристик. Возьмем два источника звука одинаковой высоты, чтобы понять, почему они имеют разный тембр.

Первым инструментом будет камертон, звучащий на частоте 440 Гц (это нота ля первой октавы), вторым — флейта, третьим — гитара. Музыкальными инструментами воспроизведем ту же ноту, на которой звучит камертон. Все три имеют одну высоту, но все таки звучат по-разному, отличаются тембром. В чем причина? Все дело в особенностях колебаний звуковой волны. Движение, которое совершает акустическая волна сложных звуков, называется негармоническим колебанием. Волна на разных участках колеблется с разной силой и частотой. Эти дополнительные призвуки, которые отличаются по громкости и высоте, называются обертонами.

Не стоит путать высоту и тембр. Физика звука такова, что если «подмешать» к основному звуку дополнительные, более высокие, получим то, что называется тембром. Он определяется громкостью и количеством обертонов. Частота обертонов кратна частоте самого низкого тона, т. е. она больше в целое число раз — в 2, 3, 4 и т. д. Самый низкий тон называется основным, именно он определяет высоту, а обертоны влияют на тембровую окраску.

Есть звуки, вообще не содержащие обертонов, например камертон. Если изобразить движение его звуковой волны на графике, получится синусоида. Такие колебания называют гармоническими. Камертон издает только основной тон. Подобное звучание часто называют скучным, бесцветным.

Когда в звуке много высокочастотных обертонов, он получается резким. Низкие обертоны придают звучанию мягкость, бархатистость. Каждый музыкальный инструмент, голос имеет свой набор обертонов. Именно совокупность основного тона и обертонов придает неповторимое звучание, наделяет звук определенной тембровой окраской.

Источник