corpuscul.net

Экспериментальные исследования позволяют точнее оценить возможности ударных инструментов, определить их место в со¬ставе ансамблей и оркестров, уточнить расчетные данные и раз¬работать более совершенные конструкции новых моделей ин¬струментов.

Спектр звуков. Ударные инструменты обычно характери¬зуются широким спектром звуков, в котором присутствует шум. Спектр в значительной мере зависит от характера, места и энер¬гии возбуждения звучащего тела. Негармоничность звуков удар¬ных инструментов намного больше, чем негармоничность ин¬струментов других групп. Звук ударных инструментов затухаю¬щий (рис. 9.11).

Спектр звука литавры (рис. 9.11,а) зависит от каче¬ства головок колотушек При ударе жесткой колотушкой с ма¬лой площадью соприкосновения спектр звука более протяжен¬ный, тембр более резкий При ударе колотушкой с мягкой головкой мембрана меньше деформируется, длительность и по¬верхность касания становится больше, что приводит к частич¬ному глушению мембраны особенно на повышенных частотах. В результате звук более мягкий и глухой.

Спектр звука барабанов имеет значительную протяженность и содержит негармоничные обертоны (рис. 9.11,6). В нем при¬сутствует шумовой компонент.

У барабанов с мембранами, равными по размеру мембранам литавр, звук более глухой. У барабанов с неглубоким кадлом звук более яркий, звонкий, чем с глубоким. Качество колотушек сказывается на спектре звука барабанов так же, как и литавр.

Обычно на нижней мембране малых барабанов натягивают 2...4 струны, плотно прижимая их к ней. Колебания струн, вы¬званные колебаниями нижней мембраны, ударяясь о нее, де¬лают звук сухим, трескучим.

Оркестровые тарелки дают протяженный спектр негармо¬ничных частичных тонов со значительным шумовым компонентом (рис. 9.11,б). Характер колебаний тарелок исследовали, на¬нося на них легкие опилки или другой порошкообразный мате¬риал (рис. 9.12).

Экспериментально установлено, что узловые линии при звучании тарелок медленно вращаются, создавая эффект пространственного перемещения и вибрации звука. Для тарелок различного качества получены по 1/3-октавным поло¬сам спектры звуков  (рис. 9.13).

Замеры произведены на расстоянии 1 м от тарелки сразу после удара по ней деревян¬ной палочкой на расстоянии, равном половине радиуса, от края (рис. 9.13, светлые полосы) и через 3 с после удара (рис. 9.13, заштрихованные полосы). Правый от осциллограмм столбик указывает на общую интенсивность звука тарелок. Верхняя спектрограмма соответствует тарелке, получившей высшую субъективную оценку качества звучания у музыкантов-профес¬сионалов. Остальные принадлежат тарелкам, уступающим по качеству верхней, причем нижняя спектрограмма принадле¬жит наименее качественной тарелке. Скорость затухания звука тарелки практически не оказывает влияния на его ка¬чество.

Спектр звука оркестровых тарелок можно изменять путем изменения ее толщины в узлах и пучностях. Так можно воздей¬ствовать и на отношения частот обертонов.

У инструментов со звучащими телами в виде прямоугольных пластин (ксилофоны, маримбы, металлофоны, колокольчики) спектры звуков менее протяженные по сравнению с другими ударными инструментами и наличие шумов также минимально.

У инструментов вполне определенная и точная высота звуча¬ния, соответствующая заданному тону той или иной пластины.

Количество обертонов в спектре звука ксилофона невелико (обычно 2...3), и они негармоничны (рис. 9.14, а).

Интенсивность обертонов может достигать и даже превышать интенсивность основного тона. Характер спектра звука ксилофона в некоторой мере зависит от минимальной толщины пластины h0 в месте ее настройки (рис. 9 15).

Величина ho/h определяет степень негармоничности обертонов звуков ксилофона. Подбором ho можно изменить как негармоничность обертонов, так и тембр звука (рис. 9.16).

При ho/h ≈ 0,75 первый обертон по частоте будет примерно равен третьей гармонике, при ho/h ≈ 0,42 — чет¬вертой. Выемка в пластине, обеспечивающая ее настройку, мо¬жет быть аппроксимирована дугой окружности радиусом 80 ..160 мм. Величина радиуса на собственную частоту пла¬стины влияет несущественно. Чтобы изменить частоты и негар¬моничность обертонов, делают пропилы с нижней стороны пла¬стины, выбирая подходящие места и подбирая количество про¬пилов.

Относительное понижение частоты основного тона пластины от отношения наименьшей ее толщины в месте подстройки ho к номинальной толщине h показано на рис. 9.17.

Разброс этих двух зависимостей незначителен и лежит в пределах погреш¬ности измерений.

Пользуясь рис. 9.16, 9.17 и соотношением (9.17), можно рас¬считать ориентировочную длину пластины с учетом величины настроечной выемки.

Предложена эмпирическая формула для при¬ближенного расчета длины пластины

где А — 502,46, В = 105,26, С= 103,42 — постоянные коэффициенты, полу¬ченные при исследовании деревянных (ель, бук, береза, ясень) пластин тол¬щиной 18 ... 20 мм; f — задаваемая частота пластины; fо— частота тона до субконтроктавы (f0 = 16,352 Гц).

При расчетах бывает удобно пользоваться высотой тона в полутонах. В этом случае формула (9.18) принимает вид

где D — 8,772; N —количество полутонов от до субконтроктавы.

Спектр звука треугольника (рис. 9.14,6) более богат обер¬тонами, чем спектр звука ксилофона. Он почти не содержит шумов. Треугольник, представляющий собой стальной круглый стержень, изогнутый в виде незамкнутого равностороннего тре¬угольника, по высоте обычно не настраивают.

Кастаньеты имеют почти сплошной шумовой спектр звука с не резко выраженными формантными областями (рис. 9.14,в).

Динамические характеристики. Изменение интенсивности звука от силы удара, время атаки и затухания — важные дина¬мические характеристики ударных инструментов. Однако они недостаточно исследованы. Некоторые работы в этой области позволяют составить о них определенное представление [54; 55]. Интенсивность звука ударных инструментов при ударе меццо форте на расстоянии 1 мм составляет, по данным исследований, 80...95 дБ. Так, средняя интенсивность звука оркестровых таре¬лок при ударе меццо форте жестким предметом на расстоянии, равном половине радиуса, от края составляет 90...95 дБ. Интен¬сивность звука ксилофонов — 75...85 дБ, металлофонов — 80...90 дБ. Время атаки и затухания звука приведено в табл. 9.7.