Негармоничность - Inharmonicity

Не путать с Энгармоничность или же Ангармонизм.
Гармонический спектр.
Негармонический спектр колокол (серые пунктирные линии обозначают гармоники).
Прутки для перкуссии, такие как ксилофон, подвешиваются на длине ≈2 / 9 и ≈7 / 9 и ударяются на 1/2 длины, чтобы уменьшить негармоничность.

В музыке негармоничность степень, в которой частоты из обертоны (также известен как частичные или частичные тона ) уехать из весь кратные основной частоте (гармонический ряд ).

С точки зрения акустики, нота, воспринимаемая как одна отличная высота тона, на самом деле содержит множество дополнительных обертонов. Много перкуссия инструменты, такие как тарелки, там-тамсы, и куранты, создавать сложные и негармоничные звуки.

Однако в струнных инструментах, таких как пианино, скрипка, и гитара, или в некоторых индийских барабанах, таких как табла,[1] обертоны близки к целому числу, кратному основной частоте, или, в некоторых случаях, довольно точно. Любое отклонение от этого идеального гармонического ряда известно как негармоничность. Чем менее эластичны струны (т. Е. Чем они короче, толще, меньше натяжение или жестче), тем большую негармоничность они проявляют.

Гармония и интонация музыки сильно зависит от гармоничности тонов. Идеальная, однородная, бесконечно тонкая или бесконечно гибкая струна или столб воздуха имеет точно гармонические режимы колебаний.[2] В любом реальном музыкальном инструменте резонирующее тело, издающее музыкальный тон, обычно струна, проволока или столб воздуха, отклоняется от этого идеала и имеет небольшую или большую негармоничность. Например, очень толстая струна ведет себя не столько как идеальная струна, сколько как цилиндр (трубка массы), имеющая собственные резонансы, не кратные целому числу основной частоты.

Когда струна натянута или тон в духовой инструмент инициируется вибрацией тростник или губы, явление, называемое синхронизация мод противодействует естественной негармоничности струны или воздушного столба и заставляет обертоны точно фиксироваться на целых кратных основной высоте звука, даже если они немного отличаются от точек естественного резонанса инструмента. По этой причине одиночный тон, сыгранный на струнном смычковом инструменте, медном или язычковом инструменте, не обязательно показывает негармоничность.[2]

Однако, когда по струне ударяют или щипают, как, например, по струне фортепьяно, по которой ударяют молотком, струна скрипки играет пиццикато, или гитарную струну, которую перебирают пальцем или плектр, струна будет демонстрировать негармоничность. Негармоничность струны зависит от ее физических характеристик, таких как напряжение, жесткость, и длина. Например, жесткая струна при низком натяжении (например, в басовых нотах небольших пианино) демонстрирует высокую степень негармоничности, в то время как более тонкая струна при более высоком натяжении (например, скрипичная струна в фортепиано) или более гибкая струна (например, струна из живота или нейлона, используемая на гитаре или арфе) будет демонстрировать меньшую негармоничность. Намотанная струна обычно демонстрирует меньшую негармоничность, чем эквивалентная сплошная струна, и по этой причине часто предпочтительны намотанные струны.

Пианино

Основная статья: Акустика фортепиано - негармоничность и размер фортепиано

Качество звука негармоничности

В 1943 году Шак и Янг были первыми учеными, измерившими спектральную негармоничность тембров фортепиано. Они обнаружили, что спектральные составляющие в фортепианных тонах постепенно растягиваются - то есть самые низкие партиалы растягиваются меньше всего, а более высокие партиалы постепенно растягиваются дальше.

Несоответствие не обязательно неприятно. В 1962 году исследование Харви Флетчера и его сотрудников показало, что спектральная негармоничность важна для того, чтобы звуки звучали как фортепьяно. Они предположили, что негармоничность отвечает за свойство «теплоты», присущее тембрам настоящего фортепиано.[3] Согласно их исследованиям синтезированные звуки фортепиано звучало более естественно, когда была введена некоторая негармоничность.[4] В общем, электронные инструменты, которые дублируют акустические инструменты, должны дублировать как негармоничность, так и возникающую в результате растянутый тюнинг оригинальных инструментов.

Несогласованность приводит к растянутой настройке

Когда пианино настраиваются настройщики пианино, техник иногда слышит звук "избиение "когда две ноты играются вместе, и настраивается так, чтобы минимизировать грубость между тонами. Настройщики фортепиано должны иметь дело с негармоничностью струн фортепиано, которая присутствует в разном количестве во всех диапазонах инструмента, но особенно в регистрах низких и высоких частот. В результате октавы настраиваются немного шире, чем соотношение гармоник 2: 1. Точная сумма октавы растянуты в фортепьяно настройка варьируется от фортепиано к фортепиано и даже от регистра к регистру в пределах одного фортепиано - в зависимости от точной негармоничности задействованных струн.

Из-за проблемы негармоничности устройства настройки электронного пианино, используемые техниками по фортепиано, не предназначены для настройки в соответствии с простым гармоническим рядом. Скорее, устройства используют различные средства для дублирования растянутых октав и других настроек, которые техник выполняет на слух. Самые сложные устройства позволяют техническому специалисту выполнять индивидуальные измерения негармоничности, одновременно учитывая все частичные значения высоты звука и громкости, чтобы определить наиболее подходящую растяжку для данного инструмента. Некоторые включают возможность просто записать настройку, выполненную техником на слух; Затем техник может легче и быстрее воспроизвести эту настройку на том же пианино (или на других аналогичных марках и моделях).

Проблемы, связанные с настройкой растяжки на слух по сравнению с машиной, не решены; машины лучше определяют абсолютное расположение полутонов в пределах заданной хроматической шкалы, тогда как тюнеры, не занимающиеся машинным управлением, предпочитают настраивать эти положения из-за своего соблазна сделать интервалы более звучными. В результате пианино, настроенное на слух и сразу же проверяемое на машине, имеет тенденцию изменяться от одного градуса к другому от чисто теоретического полутона (математически корень 12-й степени из двух) из-за человеческой ошибки и восприятия. (Если целью слуховой настройки является удовлетворение слуха, то удовлетворение математики - цель настройки машины.) Считается, что это связано с тем, что струны могут несколько отличаться от ноты к ноте и даже от соседей в пределах унисона. Эта нелинейность отличается от истинной ложности, когда струна создает ложные гармоники, и больше похожа на незначительные изменения в толщине струны, длине звучания струны или незначительных несоответствиях моста.

Настройка фортепиано - это компромисс - как с точки зрения выбора темперамент чтобы свести к минимуму расстроенность интервалов и аккордов, которые будут играть, а также с точки зрения работы с негармоничностью. Для дополнительной информации, видеть Акустика фортепиано и Настройка фортепиано.

Еще одним фактором, который может вызвать проблемы, является наличие ржавчины на струнах или грязи в обмотках.[5] Эти факторы могут немного поднять частоту более высоких мод, что приведет к большей негармоничности.

Гитара

В то время как настройку фортепиано обычно выполняют обученные техники, гитары, такие как акустические гитары, электрогитары и бас-гитары, обычно настраиваются самим гитаристом. Когда гитарист настраивает гитару на слух, он должен учитывать как темперамент, так и негармоничность струн. Дегармоничность гитарных струн может «привести к резкой остановке остановленных нот, что означает, что они будут звучать резче как по высоте, так и по биению, чем они« должны ». Это отличается от любой проблемы с темпераментом». Даже если гитара сконструирована так, чтобы не было "ошибок угла лада или грифа", негармоничность может сделать простой подход настройки открытых струн на ноты, остановленные на пятом или четвертом ладах "ненадежным. Кроме того, негармоничность требует, чтобы некоторые из «октав, возможно, нужно было мгновенно скомпрометировать». [6]

Когда в 1970-х годах стали доступны строб-тюнеры, а затем и недорогие электронные тюнеры в 80-е годы он вышел на массовый рынок и не стал концом проблем с настройкой гитаристов. Даже если электронный тюнер показывает, что гитара «идеально» настроена, некоторые аккорды могут не звучать гармонично при игре на них из-за негармоничности струн из-за изношенных или грязных струн, неправильного расположения ладов, неправильно настроенного моста или другие проблемы. Из-за множества факторов в игре заставить гитару звучать гармонично - это компромиссное упражнение. «Изношенные или грязные струны также негармоничны, и их сложнее настроить» - проблему, которую можно частично решить, очистив струны.[2]

Некоторые исполнители предпочитают сосредотачивать настройку на тональности пьесы, чтобы тонические и доминантные аккорды имели чистый, резонансный звук. Однако, поскольку этот компромисс может привести к нечетко звучащим аккордам в частях пьесы, которые отклоняются от основной тональности (например, часть бриджа, которая модулирует полутон вниз), некоторые исполнители предпочитают пойти на более широкий компромисс и «разделить разницу» "так, чтобы все аккорды звучали приемлемо.

Режим синхронизации

Другие струнные инструменты, такие как скрипка, альт, виолончель и контрабас, также демонстрируют негармоничность, когда ноты извлекаются с помощью пиццикато техника. Однако эта негармоничность исчезает, когда струны натянуты, потому что действие прерывистого скольжения смычка является периодическим,[7] управление всеми резонансами струны с точным гармоническим соотношением, даже если это должно немного сбить их с их собственной частоты. В результате рабочий режим смычковой струны, играющей устойчивую ноту, представляет собой компромисс между настройками всех (слегка негармоничных) струнные резонансы, что связано с сильной нелинейностью действия прерывистого скольжения.[2] Блокировка режима также происходит в человеческий голос И в язычковые инструменты такой как кларнет.[7]

Список инструментов

Совершенно гармонично
Почти гармоничный
Примерно гармоничный
Не гармонический

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Индийские музыкальные барабаны сэра К. В. Рамана 1930
  2. ^ а б c d Насколько гармоничны гармоники? Джо Вулф, по состоянию на 29 июня 2008 г.
  3. ^ Акустическое общество Америки - большие рояли и маленькие пианино В архиве 2012-02-09 в Wayback Machine Александра Галембо и Лола Л. Кадди]
  4. ^ Матти А. Карьялайнен (1999). "Слышимость негармоничности звуков струнных инструментов и ее влияние на цифровые звуковые системы"
  5. ^ Роуленд, Дэвид (1998). Кембриджский компаньон для фортепиано, п. 106. ISBN  0-521-47986-X.
  6. ^ Как грамотно настроить гитару на слух. Брайан Кэплтон http://www.amarilli.co.uk/guitar/howto.asp
  7. ^ а б Невилл Х. Флетчер (1994). «Нелинейная динамика и хаос в музыкальных инструментах» В архиве 2009-10-17 на Wayback Machine. Complexity International.
  8. ^ а б c d http://www.phys.unsw.edu.au/jw/sound.spectrum.html

дальнейшее чтение

  • Б. К. Дж. Мур, Р. В. Петерс и Б. К. Гласберг, «Пороги для обнаружения негармоничности сложных тонов». Журнал Акуст. Soc. Являюсь., т. 77, нет. 5. С. 1861–1867, 1985.
  • Ф. Скалкон, Д. Роккессо и Г. Борин, «Субъективная оценка негармоничности синтетических фортепианных тонов», в сб. Proc. Int. Комп. Музыкальная конф. ICMC’98, стр. 53–56, 1998.
  • А. Галембо и Л. Кадди, «Струнная негармоничность и тембральное качество фортепианных басовых тонов: пересмотр Флетчера, Блэкхема и Страттона (1962)». Труды Общества музыкального восприятия и познания, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс, июль - август 1997 г.

внешняя ссылка