Закончим проект, рассмотрев музыкальные инструменты и процесс звукообразования в них

Вид материала

Содержание

Фаза колебания
Сложные колебания
Фазочастотной характеристикой

Подобный материал:

1 2

Амплитуда колебаний является величиной, характеризующей максимальное отклонение какого-либо параметра от состояния покоя. Этим параметром может быть перемещение (в метрах), скорость (в метрах в секунду), давление (в паскалях) и т. д.

Фаза колебания определяет положение колеблющегося тела в данный момент времени 1 и измеряется в радианах или градусах.

Частота колебаний представляет собой число колебаний, совершаемых телом за секунду, измеряется в герцах.

В акустике широко применяется другой параметр, характеризующий колебательный процесс, период колебания Т. Это отрезок времени, в течение которого происходит полный цикл движения, он измеряется в секундах. Связь между периодом и частотой колебаний выражается соотношением Т = 1/f

Сложные колебания - это колебания, в состав которых входят два или более неравных по частоте гармонических колебания. Такие колебания образуются, как правило, в музыкальных инструментах при формировании звуков. Они могут быть периодическими или непериодическими.

Периодическими называют колебания, компоненты которых находятся в кратных частотных отношениях. Периодическое сложное колебание в общем виде можно описать уравнением

Низшие по частоте компоненты сложного периодического колебания называют основным тоном или первой гармоникой, а высшие по частоте обертонами или высшими гармониками.

Сложное колебание, в состав которого входят два или более простых колебания с частотами, кратными некоторому общему числу (наибольшему общему делителю), также будет периодическим. Его иногда называют квазипериодическими.

Непериодическими называют колебания, которые не могут быть описаны период функцией. К числу непериодических относят колебания в виде одиночных импульсов или описываемые кривыми, не имеющими определенного периода. В общем виде непериодические сложные колебания могут быть описаны уравнением

Амплитуды компонентов непериодических колебаний могут измеряться во времени. Частным случаем колебаний с изменяющейся во времени амплитудой будут затухающие колебания. Затухающие колебания с не изменяющимся периодом называют условно периодическими или просто затухающими.

Непериодические колебания с отношением частот компонентов, близким к кратным, называют почти периодическими. Примером почти и периодических колебаний могут служить колебания струн фортепиано.

Коэффициент затухания колебательного процесса δ— параметр, определяющий скорость уменьшения амплитуды колебаний. Он измеряется в секундах в минус первой степени. Если δ имеет отрицательное значение, процесс будет не затухающим, а нарастающим.

Затухающие колебания, образующиеся в системе после прекращения внешнего воздействия ил сохранении этого воздействия неизменным во времени и постоянным по величине, называют свободными, или собственными, колебаниями. Продолжительность свободных колебаний тем больше, чем больше постоянная времени или чем меньше коэффициент затухания.

Амплитудно-частотная характеристика представляет собой зависимость от частоты воздействующего параметра (силы, давления, напряжения и т. д.) амплитуды или эффективного значения изменяемого (выходного) параметра (смещения, скорости, давления, силы тока, напряжения и т. д.)

Фазочастотной характеристикой называют зависимость от частоты сдвига фазы колебаний выходного параметра относительно воздействующего параметра.

Условием резонанса в колебательной системе является совпадение частоты внешнего воздействия с частотой собственных колебаний без учета потерь.

Сложения колебаний.

1. Сложение двух простых колебаний с одинаковыми частотами и различными начальными фазами и амплитудами.

2. Сложение двух простых колебаний с различными амплитудами, частотами и начальными фазами.

3. Сложение колебаний с кратными частотами.

Распространение звука – табличные значения.

Тембр звука.

Тембр – субъективная характеристика качества звука, благодаря которой звуки одной и той же высоты и интенсивности можно отличить друг от друга.

Основными объективными параметрами, определяющими оценку тембра музыкантами, являются спектр и характер переходного процесса основного тона и обертонов. Кроме основных параметров звука, характеризующих его тембр, имеется ряд дополнительных. К ним относят реверберацию, вибрато, унисон, негармоничность обертонов, биения, расстояние от источника звука, нелинейность кривых разной громкости, нелинейность амплитудной характеристики слуха. На тембровое восприятие влияют условия его воспроизведения, психологическое состояние слушателей, индивидуальные особенности слуха и музыкальный вкус слушателей.

Спектр звука определяется количеством и амплитудами входящих в него компонентов. Музыкальные звуки имеют, как правило, много компонентов. Форма звукового колебания зависит как от состава входящих в него компонентов, так и от фазовых соотношений. Различие фаз гармоник приводит к различным формам звукового сигнала, но при прочих равных условиях – к одинаковым восприятиям тембра. Звук с негармоничными обертонами при постоянном спектральном составе имеет изменяющуюся во времени форму сигнала.

В переходных процессах звуков музыкальных инструментов в общем случае (без выделения переходных процессов частичных тонов) различают три стадии: начальную (атаку), среднюю (основную) и конечную (глушение). В зависимости от вида инструмента характер и продолжительность каждой стадия могут быть различными

Переходной процесс звука можно рассматривать как частный случай амплитудной модуляции. При такой модуляции возникают дополнительные боковые составляющие спектра даже для синусоидального сигнала. Чем сложнее формы модулирующего и модулируемого колебаний, тем более сложным становится спектр всего колебательного процесса. В момент атаки в результате усложнения спектра звук приобретает характерную окраску, специфическую для данного вида инструмента.

Дополнительные параметры звука, влияющие на тембр. Расстояние до источника звука влияет на воспринимаемую громкость и спектр, поскольку поглощение воздухом высокочастотных компонентов происходит более интенсивно, чем средне- п особенно низкочастотных.

Реверберация изменяет тембр звука, так как затяг переходные процессы. При слишком малом времени реверберации тембру свойственные оттенки сухости, безжизненности. Музыка становится невыразительной, от исполнителя требуется большая громкость. Слишком большое время реверберации делает звук бубнящим, неразборчивым. Звуки наплывают друг на друга. Наилучшим тембровым условиям отвечает некоторое оптимальное время реверберации. Реверберация также влияет на тембр звука, так как отражение звука в помещении для различных частот различно. В результате спектры исходного и отраженного звуков неодинаковы, что накладывает свой отпечаток на тембр.

Вибрато оживляет звук, увеличивая его полет (способность быть услышанным на более далеком расстоянии) и различность. Наиболее приятное ощущение вызывает частотное вибрато (частотой примерно от 5 до 7 Гц). Вибрато несколько скрадывает неточность настройки, явления и комбинационные искажения. Однако слишком длительное использование вибрато делает звук назойливым, раздражающим.

Унисон физиологический придает звуку весьма приятный тембровый оттенок, который субъективно характеризуется как одухотворенность, жизненность, выразительность. Оживление звука за счет биений унисонной природы происходит при негармоничности обертонов музыкальных инструментов. Разновидностью унисона является розлив в язычковых инструментах. Унисон физиологический, как и вибрато, увеличивает полетность и различимость звука и скрадывает в некоторых пределах диссонансные явления и комбинационные искажения. Если же частота биений слишком велика (выходит за рамки физиологического унисона), тембр приобретает оттенок шероховатости и диссонантности.

Нелинейность кривых равной громкости приводит к тому, что звук с одним я тем же числом и уровнем компонентов может восприниматься как богатый обертонам в басовом регистре, обедненный — в среднем и бедный — в высоком. Положение усугубляется маскирующим действием слуха (см. п. 2.4). Неповторимость областей слышимости и кривых равной громкости у различных людей из-за индивидуальности слуха и возрастных изменений приводит к тому, что звуки с одинаковым спектром они слышат и воспринимают по-разному.

Нелинейность амплитудной характеристики слуха приводит к субъективному ощущению комбинационных тонов. Слух воспринимает тоны, не существующие в спектре исходного звука, т. е. субъективные комбинационные тоны. Восприятие этих тонов в значительной мере зависит от интенсивности звука, но слишком интенсивные звуки вызывают неприятные субъективные искажения тембра.

III часть.

В музыкальной практике используются различные виды музыкальных инструментов. Каждый вид инструмента имеет свою историю, связанную с эволюцией музыкальной культуры народов.

Совершенствование музыкальных инструментов, изобретение новых их моделей способствовало развитию музыкальной культуры. Количество конструкций музыкальных инструментов составляет несколько сотен. Конструкция инструмента придает ему индивидуальные особенности, определяющие его тембровые и игровые возможности. Исходя из тех возможностей, различные инструменты используют для получения только им присущих музыкальных звуков или музыкально-эстетических оттенков исполняемой музыки. Однако самые разнообразные конструкции инструментов объединяет обязательное наличие элементов, обеспечивающих образование и распространение музыкальных звуков в окружающей среде. Эти элементы положены в основу классификации инструментов, например по видам звучащих тел – струнные(фортепиано, арфы, гитары, скрипки), язычковые(аккордеоны, баяны, гармони), духовые (саксофоны, кларнеты, флейты, органы), перепоночные(барабан, литавры), пластиночные(ксилофоны, маримбы, металлофоны), прочие(угольники, маракасы, кастаньеты), электронные (электроорганы, ударно-ритмические).

Струнные инструменты делятся на клавишные (пианино, рояли), щипковые (гитары, мандолины, домры, балалайки, арфы), смычковые (скрипки, альты, виолончели, контрабасы). Язычковые инструменты можно поделить на инструменты с камерами переменного объема (аккордеоны, баяны, гармони), инструменты с камерами постоянного объема (фисгармонии с электроприводом), инструменты без специальных камер (губные гармони, духовые гармони)

Духовые делятся на лабиальные (флейты продольные и поперечные), амбушюрные (трубы, валторны, тубы), тростевые (саксофоны, кларнеты, фаготы).

Перепоночные и пластиночные инструменты объединяют в группу ударных.

Среди электронных инструментов можно выделить клавишные (электроорганы, электроаккордеоны), эфирные (терменвоксы), ударно-ритмические автоматы.

Самостоятельную группу представляют адаптеризированные электромузыкальные инструменты.

Среди национальных музыкальных инструментов выделяют струнные, язычковые, духовые, перепончатые и пластиночные.

Струнные. Струна – источник звуковых колебаний струнных музыкальных инструментов. Она представляет собой относительно тонкую гибкую нить с равномерно распределенной линейной плотностью, сильно натянутую между двумя опорами. При щепке или прикосновении смычка начинает колебаться, вследствие чего возникает звук.

Фортепиано – наиболее распространенные универсального назначения клавишно–струнные музыкальные инструменты. Благодаря специальному клавишному механизму в фортепиано осуществляется возбуждение струн ударом молотка, что создает большие возможности для дозирования интенсивности звука.

Духовые. Лабиальные и тростевые инструменты по способу звукоизвлечения и построению клапанной системы традиционно относят к деревянным инструментам. Возбуждение звука в таких инструментах осуществляется либо в результате дробления и завихрения подаваемой струи воздуха при столкновении с внутренними острыми кромками входного отверстия, либо в результате прерывания вдуваемой струи с помощью вибрирующей трости. Регулируют и направляют воздушную струю в деревянных духовых инструментах губы и язык музыканта.

IV часть.

Звукозапись и Оцифровка звука.

1877 год – год, когда состоялась первая звукозапись – и первым человеком, записавшим свой голос, стал Эдисон, который изобрел простое устройство, записывающее звук, назвав его фонографом. Фонограф состоял из латунного валика с винтовой канавкой на внешней поверхности, покрытого оловянной фольгой, а также тонкого диска со стальной иглой в центре. Вращаемый вручную валик перемещался по резьбовой направляющей, звук заставлял мембрану вибрировать, и игла оставляла в фольге вмятины разной глубины. В итоге канавка валика представляла собой запись звуковых колебаний. Это же устройство служило и для проигрывания записи - из-за неоднородности углублений на звуковой дорожке игла “прыгала” вверх-вниз, заставляя мембрану колебаться и воспроизводить исходное звучание. В следующих моделях использовался валик, покрытый воском, что обеспечило более высокое качество звука.

В 1877г. Эмиль Берлингер усовершенствовал это изобретение, создав плоскую грамафонную пластинку и новый способ записи звуковой дорожки. Звук заставлял иглу колебаться теперь уже из стороны в сторону и прорезать дорожку в протравленном кислотой цинковом диске. Примерно в 1890 г. Цинк заменили воском. Качество записи улучшилось, и популярность граммофонов возросла.

Электрические системы

Электрические устройства записи и воспроизведения появились в 1920-е гг. В студиях звукозаписи на смену рупорам пришли микрофоны, преобразующие звуки в электрические сигналы, записываемые на пластинке электромагнитным резцом. В электрофонах имелся электромагнитный звукосниматель, преобразующий колебания в электрические сигналы, усиливаемые и воспроизводимые громкоговорителями.

В 1946 г были выпущены первые виниловые грампластинки. Эта практически неломкая пластмасса обеспечивала гораздо более чистую запись. Долгоиграющие виниловые пластинки появились в 1948 г а первые промышленные стереофонические диски были выпущены десять лет спустя. К этому времени процесс звукозаписи изменился в корне — в связи с изобретением магнитофона.

Магнитофоны

В 1898 г. датский инженер Вальдемар Поулсен создал телеграфон — устройство для записи звуков в виде магнитных импульсов на струнной проволоке. Тогда еще не было средств усиления звука, поэтому запись приходи лось прослушивать с помощью наушников. Из-за крупных размеров этот аппарат не годился для использования в домашних условиях. С появлением усилительных ламп в начале ХХ в. началась разработка усовершенствованных проволочных, а за тем и ленточных магнитофонов.

Блаттнерфон выпуска 1929г. представлял собой массивный аппарат, чьи огромные бобины со стальной лентой вращались с опасной скоростью. В на чале 1930-х гг. Британская вещательная корпорация Би-Би-Си стала записывать программы на первом ленточном магнитофоне. В немецком Магнитофоне 1935 года впервые была применена немагнитная лента, покрытая магнитным слоем окиси железа. Первые такие ленты делали из бумаги, которую вскоре заменила пластмасса.

Запись на лепту имела много пре имуществ по сравнению с механической звукозаписью: возможность стирания магнитной записи и повторного использования ленты плюс легкость ее монтажа. Фрагменты ленты с ошибками можно было удалить и заменить переписанными вставками.

Процесс звукозаписи

С 1960-х гг. в профессиональных студиях музыку записывают па многодорожечные магнитофоны: их широкая лента рассчитана обычно на 16 или 2-1 дорожки. Каждый исполнитель или группа инструментов оркестра записывается на отдельную дорожку и если кто-то сфальшивит, остается переписать только одну дорожку. Для этого провинившийся музыкант слушает в наушниках проигрываемые для него другие дорожки и пишет заново свою партию. При стереофонической записи каждого исполнителя используют два микрофона и две дорожки. Когда такую запись воспроизводят через динамики или наушники, звук поступает с разных сторон. Рок - группы часто прибегают к многодорожечной записи, добиваясь звучания большого ансамбля.

Как правило, сеанс звукозаписи проходит в звукоизолированной студии. К ней примыкает микшерная, где звукооператор регулирует уровень звука, поступающего на многодорожечный магнитофон. Современная цифровая звукозапись обеспечивает частоту квантования звуковых сигналов порядка 40 000 раз в секунду на каждой дорожке, а полученная информация хранится в закодированном виде на ленте. Затем запись микшируется, или монтируется. В новейшей технологии регулирования уровня и баланса звука используется полностью автоматизированное цифровое оборудование с управлением от ЭВМ.

Дискретизация (преобразование в цифровую форму) звукозаписи вызвала революцию в разработке бытовой музыкальной аппаратуры. Сегодня виниловые пластинки практически вытеснены компакт-дисками, появившимися в 1982г. Звук на поверхности таких дисков записывается в виде питов (микроуглублений) и выступов. Цифровую запись музыки можно хранить в персональном компьютере и пересылать её по Интернету..

Эти файлы можно сжать с помощью МРЗ — высокоэффективного стандарта сжатия движущегося изображения и звука. Он использует способы кодирования, позволяющие добиться коэффициента сжатия 12:1 по сравнению со стандартными звуковыми файлами. Относительно малый размер файлов МР3 обеспечивает их эффективное хранение на жестком диске компьютера, благодаря чему они стали стандартом передачи музыки через Интернет.

Использованная литература.

В. Порвенков. Акустика и настройка музыкальных инструментов.
Л.А. Кузнецов. Акустика музыкальных инструментов.
А.П.Ефимов, А.В. Никонов. Справочник. Акустика.
Журнал “Древо познания.”
Р. Петелин, Ю.Петелин. Fruity Loops Studio. Музыкальная фабрика на PC.
Х. Кухлинг. Справочник по физике.

Blog

Закончим проект, рассмотрев музыкальные инструменты и процесс звукообразования в них

Содержание