Дополнительный тон определяющий тембр звука. Теория звука и акустики понятным языком. Общая теория звука и музыкальная терминология

И производством индивидуальных детских тяговых протезов «КИБИ», заменяющих кисть руки. Речь может идти о детях с ампутированными по какой-то причине кистями, врождёнными аномалиями развития или дегенеративными заболеваниями конечностей. Компания занимается разработкой и других протезов, в том числе для взрослых людей. У компании существуют разработки и бионических протезов, работающих за счёт считывания электрических импульсов с мышц.

При этом благодаря социальным гарантиям Российской Федерации получить протез на травмированную конечность пациент может бесплатно. В каждом случае необходим индивидуальный подход, учитывающий особенности физиологии и возраста конкретного пациента. В настоящее время компания испытывает уже готовый миопротез, стоимость которого будут примерно в 5 раз ниже аналогов.

Благодаря промышленному 3D-принтеру можно создавать не только индивидуальные протезы, но также выполнять их в различных цветах и наносить любые рисунки и надписи. Протез не только компенсирует утраченные возможности, но и даёт новые. С помощью особого держателя на протезе можно закреплять различные аксессуары вроде пульта управления мини-дроном. Не говоря уже о том, что протез даёт такие бонусы, как, например, возможность без ущерба достать из кипящей воды яйцо.

В октябре разработчики собираются продемонстрировать работу своего миопротеза в Цюрихе на соревнованиях киборгов Cybathlon. 13 августа в Москве прошло первое такое соревнование киборгов в России в рамках подготовки к швейцарскому этапу. Кстати, выглядят существующие протезы «КИБИ» весьма интересно, напоминая футуристические игры вроде Deus Ex:

Компания постепенно расширяет свою деятельность. Например, на днях в Нижнем Новгороде, где больные уже могут установить бесплатно тяговые протезы кисти «КИБИ», вместе с Приволжским федеральным медицинским исследовательским центром была начата новая реабилитационная программа . Теперь пользователи будут проходить международные системы тестов для оценки функциональной состоятельности протезов рук, чтобы определить степень самообслуживания.

Многим певцам в начале вокального пути бывает интересно разобраться в ключевых теоретических терминах этой профессии (среди таких понятий есть и тембр). Тембр голоса определяет, какой по тональности и окраске звук слышится при звуковоспроизведении.

Очень сложно учиться вокалу, не имея специальных теоретических знаний, без них может быть сложно оценить собственные вокальные или просто речевые данные и умело корректировать их.

Чтобы определить эту характеристику голоса у себя, нужно для начала понять в целом, что такое тембр. Под этим термином понимают то, как и насколько окрашен голос в процессе речи или пения, его индивидуальные характеристики, а также теплоту произносимого звука.

Ведущий тон и обертон (конкретный оттенок ведущего тона) определяет звучание голоса в целом. Если обертоны насыщенные (яркие), произносимый звук будет обладать такими же качествами. Взаимодействие тона и соответствующего обертона – исключительно индивидуальная голосовая характеристика, поэтому встретить двух людей с одинаковыми тональностями очень сложно.

• анатомической формой трахеи;
• размером трахеи;
• объемом резонатора (резонатор – полости в организме человека, отвечающие за усиление звука – ротовая и носовая полости, а также горло);
• плотностью смыкания голосовых связок.

Психологическое состояние, как и все эти анатомические характеристики, определяет то, какой голос звучит в данный момент времени. Именно поэтому по тембру можно судить о состоянии человека, а также его самочувствии. Эта характеристика непостоянная – человек может менять свой тон произвольно.

• осанка человека;
• скорость произношения слов;
• усталость.

Тональность становится менее четкой, если говорящий устал или проговаривает все слова очень быстро. При искривленной осанке человек также неправильно дышит. От дыхания зависит то, как будет звучать речь, поэтому на тембр голоса осанка не может не повлиять.

Виды тембров

Когда у человека спокойный, размеренный тембр голоса, его речь для окружающих становится благозвучной, «правильной». Не у всех это качество развито с детства. Чистым может стать любой изначальный тембр голоса, если его грамотно натренировать.

На профессиональном уровне певцов для этого учат управлять эмоциональной составляющей речи и частотностью звуков. Чтобы овладеть такими навыками, достаточно обратиться к человеку, разбирающемуся в вокале или постановке классической тональности голоса.

Существуют разные виды тембров. Самая простая классификация учитывает половые и возрастные признаки – то есть тон бывает мужским, женским, детским.

• меццо-сопрано;
• сопрано (высокий певческий тон – сопрано подразделяется на колоратурное, лирическое, драматическое);
• контральто (певческий низкий женский голос).

• баритон;
• бас (мужской низкий голос, подразделяется на центральный, певучий);
• тенор (высокий певческий тон у мужчин, подразделяется на драматический, лирический).

Детские тональности:

• альт (по высоте находится выше тенора);
• дискант (по звучанию похож на сопрано, но характерен для мальчиков).

• мягкий;
• мелодический;
• приятный;
• металлический;
• глухой.

Сценические тональности (важно, что это характерно только для певцов):

• бархатные;
• золотые;
• медные;
• серебряные.

• холодный;
• мягкий;
• тяжелый;
• слабый;
• твердый;
• жесткий.

Все эти характеристики не окончательны – один и тот же певец может менять их произвольно при тренировках.

Что может повлиять на тембр

Существует несколько факторов, которые могут поменять тембр голоса у человека самопроизвольно. К ним относят:

• пубертатный период (у человека вследствие взросления меняется тон, становясь более сильным, грубым; остановить этот процесс невозможно, звук больше не будет такой, какой бывает он в раннем возрасте);
• простуда, переохлаждение (так при простуде может заболеть горло и появиться кашель, тон в этот период меняется, становится более хриплым, глухим, преобладают при простуде низкие голоса);
• хронический недосып, эмоциональное перенапряжение;
• курение (при длительном курении тембр голоса постепенно становится ниже, грубее);
• хроническое употребление алкоголя (алкоголь раздражает голосовые связки и трансформирует голос в низкий и осипший).

Почти все факторы можно устранить. Именно поэтому лучше отказаться от вредных привычек, стараться избегать стресса и не курить, чтобы сохранить тон речи таким чистым, каким бывает он изначально.

Можно ли изменить тембр

Голосовой тембр не закладывается генетически, а потому поддается коррекции во время занятий со специалистом по вокалу. Анатомические же качества связок (это складки в области звукообразующего центра) консервативно поменять человек не может, так как они закладываются анатомически с момента формирования генетических качеств. Для этого существуют особые хирургические операции, в ходе которых исправляют возникшие дефекты.

Зарождение звука начинается в гортани, но окончательное формирование и придание ему тембра происходит в резонаторных полостях (ротовая, носовая, горло). Поэтому различная корректировка постановки и напряжения тех или иных мышц может влиять и на тембр.

Как определить и изменить тембр

Ввиду отсутствия специальных знаний определить тембр голоса в домашних условиях может быть сложно, можно только его предположить. Для точного определения следует обратиться к специалисту по вокалу или использовать специальный спектрометр.

Спектрометр определяет тембр голоса наиболее достоверно. Прибор анализирует произносимый человеком звук, одновременно его классифицируя. В аппарате присутствует усилитель звучания и микрофон – спектрометр с помощью фильтров делит звук на элементарные составляющие и определяет высоту их звучания. Чаще прибор реагирует на согласные буквы (достаточно для анализа тех трех согласных букв, какие прозвучали первыми в речи).

Самопроизвольно тон меняется только в подростковый период – при этом человек перестает использовать свой речевой потенциал, так как большая его часть уходит на контроль произносимого звука – интонации или громкости. Иногда тон и тембр меняется и при стрессах, но такое случается реже.

Как услышать свой настоящий голос

Человек не может объективно определить тембр звука у себя ввиду того, что слышит он самого себя не так, как слышат другие. Звуковые волны проходят внутри, а потому искажаются во внутреннем и среднем ухе. Техника фиксирует реальный звук, который слышат окружающие – именно поэтому его иногда бывает сложно узнать на записи.

Можно также взять 2 листа картона (иногда берут стопку листов или папку), а затем приложить к обоим ушам. Бумага экранирует звуковые волны, поэтому при произнесении слов в таком положении человек услышит реальный звук, так как на слышимый тон голоса это экранирование влияет.

Тембр женских и мужских голосов – для певцов важная характеристика голоса и речи. Имеет значение она и для обычных людей. Тембр можно скорректировать специально подобранными упражнениями или гимнастиками, так как зачастую у обычного человека он бывает не совсем правильным.

Тона, обертоны, резонатор

Дополнительные тона возникают вследствие того, что колеблется не только все упругое тело, которое творит основной тон, но и его части. Части меньше, чем все тело, поэтому они выдают тона, выше основного, - обертоны (нем. Ober "выше, верхний"), но слабее. Например, если основной тон имеет высоту 100 Гц, то обертоны будут высоту 200,400, 800,1600 Гц и т. Д. Высота некоторых обертонов достигает 10000 Гц.

Основной тон и обертоны образуются в гортани с помощью голосовых связок. Ротовая полость играет роль переменного резонатора (его форма меняется с помощью языка, губ; нижней челюсти и т.д.). Резонаторами могут быть и носовая и глоточная полости, с изменением величины которых изменяется тембр голоса и звуков речи. Резонатор - это пустое тело с твердыми стенками и отверстием определенного размера. Резонатор одни обертоны усиливает, другие - гасит. Так возникают громкие. Нечто подобное, только гораздо сложнее, происходит и во время создания согласных.

Согласные звуки состоят из основного тона и обертонов, которые изменяются в резонаторах, один из которых может усилить основной тон, а другой - один из обертонов. Так возникают сонорные и шумные согласные.

По своему тембру основной тон € индивидуальным для каждого человека (по Н. Потоцкий).

Форманты звуков

Звуки речи отличаются друг от друга прежде всего набором обертонов. Обертоны, составляющие определенный звук речи, называются формантами. Определяющими в распознавании гласных звуков есть первые две форманты. Например, по некоторым данным, для а - это примерно 700 и 1200 Гц, для в - 400 и 800 Гц, для в - 300 и 700 Гц, для и - 200 и 2200 Гц, для и - 300 и 1900 Гц, для е - это 400 и 1600 Гц (в произношении разных людей высота формант неодинакова).

Те звуки, в которых первая и вторая форманты достаточно близки друг к другу, называются компактными (например, [о] и [у]). Если обе форманты далеки друг от друга, то имеем дело с диффузным звуком (например, [о] - [и]). Высоту звука определяет вторая форманта: с этой точки зрения к низким звуков принадлежит в, к высоким - и.

Безударные гласные, которые возникают рядом, то есть компактные звуки, могут спутываться.

Спутывания возможно в следующих четырех парах гласных:

Безударные гласные [и], [у], [а] произносятся достаточно определенно, мало чем отличаясь качественно от ударных.

По согласных, то их акустическую природу еще как следует не изучено.

В разных языках одни и те же на первый взгляд звуки различаются некоторыми своими формант (например, звук [а] в украинском, русском, английском, немецком, французском языках звучит несколько иначе, потому что не все его форманты в этих языках одинаковы).

Для отражения и усиления форманты, то есть любого звука, струнные и музыкальные инструменты имеют деку (часть корпуса, (коробки)). Когда прижимается струна к различным точкам грифа музыкальных инструментов, она оттягивается больше или меньше, соответственно меняется амплитуда колебаний. Чем большее количество колебаний за единицу времени, тем выше звук, усиливается декой, которая служит резонатором.

Примечание. Форманта - призвук, что придает звучанию музыкального инструмента или голоса характерную окраску - тембра. Формант- часть слова, меняет лексическое и грамматическое значение корня или основы; служит для словообразования и словоизменения; аффикс. Например, в словах побелить и побеленный лексическое и грамматическое значение меняют форманты: глагольные суффиксы -м-; ти; причастный суффикс -ен- и окончания ми.

Спектр и тембр звука

Тембром обычно называют индивидуальную особенность звука (качество), которая определяется характером обертонов, наслаиваются на основной тон. Представьте струну, которая колеблется. С одной стороны, она колеблется вся, что дает основной тон ее звучания, с другой - колеблются Ее части, в результате чего возникают дополнительные тона, или обертоны. В совокупности обертоны воспринимаются как то или иное окраски звука, или тембр.

Итак, струна или любое другое тело совершают сложные колебания, образуя различные звуки со своим особым набором обертонов. Частота обертонов, или гармоник, всегда выше частоты основного тона, а сила (интенсивность) слабее частоты.

Человеческие голосовые связки - это своеобразные струны, осуществляющих сложные колебания. По тембру мы определяем голоса друзей и близких, детей и взрослых, мужчин и женщин, носителей языка и иностранцев, а также представителей тех или иных говоров определенных регионов.

Соотношение основного тона может изменяться в резонаторе. Резонатором может быть пустая комната, корпус гитары, труба органа и др., Является телом, которое наделено определенной форме, объему и характеризуется имеющейся частотой.

При взаимодействии источника звука с резонатором возникает новый звук с другой структурой. Резонатор усиливает одни гармоники, которые близки к его частоты, и приглушает другие. В результате усиления одной из гармоник спектр приобретает формантного структуры и нового качества. Спектр звука - это совокупность однородных, но отличающихся его акустических признаков. Одна из гармоник по сравнению с основным тоном выявляет наиболее интенсивно форманта звука. С характеристикой форманты и связана новое качество звука, его тембр.

Если в музыке или стихах неблагозвучно сочетаются звуки, тогда такое сочетание болезненно поражает слух. В лингвистике неблагозвучное сочетание звуков называется какофонией.

Понятие тембр трактуется в языкознании по-разному.

1. Тембр - это индивидуальное окраску звука, возникающее вследствие наложения на основной тон дополнительных тонов, создаваемых в надгортанных полостях

(Н. Тоцька).

2. Тембр является основной акустической признаком каждого отдельного звука речи, который несет информацию о том, как создается определенный звук, который слышит слушатель (И . Ющук).

3. Особенно важным для звуков человеческой речи является тембр (от фр. Timbre - "колокольчик") - звуковую окраску. Тембр возникает в результате наложения на основной тон дополнительных тонов, которые выше основного. Такие тока, что является выше основной, называются обертонами (от нем. Ober - "верхний", "выше"). Если основной тон равна 100 герц, то возникают обертоны в 200,300,400 герц (по М. Кочерган).

«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.

Ому удалось установить, что ухо воспринимает отдельные гармонические составляющие звука, и эти составляющие вызывают раздельные ощущения. При определенной тренировке можно даже мысленно разделить сложное периодическое колебание и определить, какие гармоники присутствуют в звуке.

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 .)

Например, если нота (то есть не чистый тон) имеет высоту 100 Гц, она будет состоять из частотных компонентов, которые являются целыми кратными этому значению (например, 100, 200, 300, 400, 500 .... Гц). Однако, маленькие динамики могут не воспроизводить низкие частоты, поэтому при воспроизведении может отсутствовать компонент 100 Гц. Тем не менее, может быть слышна частота, соответствующая основному тону.

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.

Характер музыкального звука определяется несколькими свойствами; в их число входят: высота, громкость и тембр.

Тембром звука называется качественная сторона звука, его окраска.

Для определения особенностей тембра в музыкальной среде применяются слова из области ощущений, термины-метафоры, например, говорят: звук мягкий, резкий, густой, звенящий, певучий и т. п. Каждый инструмент или человеческий голос обладает характерным для него тембром, и даже один инструмент способен издавать звук различной окраски.

Тембр позволяет на слух отличать звуки, взятые на разных инструментах (например, звук гитары от звука рояля).

Различие тембров зависит от состава частичных тонов (натуральных призвуков или обертонов), которые присущи каждому источнику звука.

Каждый звук окрашивается в зависимости от ряда условий, от собственно звучащего тела, от резонатора, деталей инструмента и т.д.

Звучание источника весьма не однозначно, дело в том, что внутри самого источника возникают призвуки, обертона, характерные именно для этого источника. Другими словами именно от «состава» обертонов того или иного звука мы можем дать определение его тембру, и отличить один звук от другого.

Частичные тоны или обертоны (от нем. Oberton - верхний тон) - это неизбежные примеси, присутствующие в звуке любой природы. Их частоты всегда кратны частоте основного звука, а их количество и громкость может сильно варьироваться, благодаря чему и образуется различная тембровая окраска звука.

Если бы струна воспроизводила только основной тон, то форма ее волны соответствовала бы следующему графическому изображению.

Но звуковая волна на практике всегда имеет довольно сложную форму. Происходит это вследствие того, что колеблющееся тело, вибрируя, преломляется в равных частях. Эти части производят самостоятельные колебания в общем процессе вибрации тела и образуют дополнительные волны, соответствующие их длине. Дополнительные (простые) колебания и вызывают образование частичных тонов - обертонов.

Высота частичных тонов различна, так как скорость колебания волн, от которых они образуются, не одинакова. Например, длина волны второго частичного тона, образующейся от половины струны, в два раза короче волны основного тона, а частота колебаний ее в два раза скорее и т. д.

В идеальном случае обертоны кратны основному тону и вычисляются по формуле

Где а – любое натуральное число (2,3,4,5,6...)

Но в реальности источники звуков бывают не идеальны, струны имеют утолщения, налёт, окиси на своей поверхности, поэтому тембр окрашивается призвуками близкими к натуральному звукоряду обертонов.

В музыкальных звуках, в собственно-акустических инструментах, в их резонаторах и конструктивных особенностях формируется уникальный звуковой тембр, способный отличить не только один инструмент от другого, но и одинаковые инструменты друг от друга (скрипка Страдивари, инструменты штампованные и инструменты ручной сборки с секретами).