Негармоничность - Inharmonicity

Не следует путать с Enharmonicity или АНГАРМОНИЗМА .
Негармонический спектр колокола (серые пунктирные линии - гармоники).
Гармонический спектр.
Перкуссионные стержни, такие как ксилофон, подвешиваются на длине ≈2 / 9 и ≈7 / 9 и ударяются на 1/2 длины, чтобы уменьшить негармоничность.

В музыке, inharmonicity это степень , в которой частоту из обертонов (также известная как частичные или частичных тона ) отходит от целых кратных основной частоты ( гармонический ряд ).

С акустической точки зрения, нота, воспринимаемая как одна отличная высота, на самом деле содержит множество дополнительных обертонов. Многие ударные инструменты, такие как тарелки , тамтамы и куранты , создают сложные и негармоничные звуки.

Гармония и интонация музыки сильно зависят от гармоничности тонов. Идеальная, однородная, бесконечно тонкая или бесконечно гибкая струна или столб воздуха имеет точно гармонические режимы колебаний. В любом реальном музыкальном инструменте резонирующее тело, создающее 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), у которого есть собственные резонансы, которые не являются целыми числами, кратными основной частоте.

Однако в струнных инструментах, таких как пианино , скрипка и гитара , или в некоторых индийских барабанах, таких как табла , обертоны близки - или в некоторых случаях довольно точно - целые числа, кратные основной частоте. Любое отклонение от этого идеального гармонического ряда называется негармоничностью. Чем менее эластичны струны (то есть чем они короче, толще, меньше натяжение или жестче), тем большую негармоничность они проявляют.

Когда струна смыкается или тон в духовом инструменте инициируется вибрацией язычка или губ, явление, называемое синхронизацией мод, противодействует естественной негармоничности струны или воздушного столба и заставляет обертоны точно фиксироваться на целых кратных основной высоте звука, даже хотя они немного отличаются от точек естественного резонанса инструмента. По этой причине одиночный тон, сыгранный на струнном смычковом инструменте, медном или язычковом инструменте, не обязательно демонстрирует негармоничность.

Однако, когда по струне ударили или щипнули, как, например, по струне фортепьяно, по которой ударил молоток, по струне скрипки, сыгранной пиццикато , или по струне гитары, которую щипали пальцем или плектром , струна будет демонстрировать негармоничность. Несоответствие струны зависит от ее физических характеристик, таких как натяжение , 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, струна высоких частот 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 тембрах фортепиано постепенно растягиваются - то есть самые низкие партиалы растягиваются меньше всего, а более высокие партиалы постепенно растягиваются дальше.

Несоответствие не обязательно неприятно. В 1962 году исследования Харви Флетчера и его сотрудников показали, что спектральная негармоничность важна для того, чтобы звуки звучали как фортепьяно. Они предположили, что негармоничность отвечает за свойство «теплоты», присущее тембрам настоящего фортепиано. Согласно их исследованиям, синтезированные фортепианные тембры звучали более естественно при некоторой негармоничности. В общем, электронные инструменты, дублирующие акустические, должны дублировать как негармоничность, так и возникающую в результате растянутую настройку оригинальных инструментов.

Несогласованность приводит к растянутой настройке

Когда пианино настраиваются настройщиками пианино , технический специалист иногда прислушивается к звуку « биения », когда две ноты играются вместе, и настраивает его так, чтобы минимизировать шероховатость 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 величина растяжения октав при настройке фортепиано 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 специалистами по фортепиано, не предназначены для настройки в соответствии с простой гармонической последовательностью. Скорее, устройства используют различные средства для дублирования растянутых октав и других настроек, которые техник выполняет на слух. Самые сложные устройства позволяют техническому специалисту производить индивидуальные измерения негармоничности, одновременно учитывая все частичные значения высоты тона и громкости, чтобы определить наиболее подходящую растяжку для данного инструмента. Некоторые включают возможность просто записать настройку, которую техник выполнил 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 искушения 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 математических расчетов - цель настройки машины.) Считается, что это связано с тем, что струны могут несколько отличаться от ноты к ноте и даже от соседей в унисон. Эта нелинейность отличается от истинной ложности, когда струна создает ложные гармоники, и больше похожа на незначительные изменения толщины струны, длины звучания струны или незначительных несоответствий моста.

Настройка фортепиано - это компромисс - как с точки зрения выбора темперации, чтобы свести к минимуму расстроенность интервалов и аккордов, которые будут играть, так и с точки зрения устранения негармоничности. Для получения дополнительной информации см Фортепианных акустик и настройки фортепиано .

Еще одним фактором, который может вызвать проблемы, является наличие ржавчины на струнах или грязь в обмотках. Эти факторы могут немного повысить 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 таким образом, 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 «октавы, возможно, потребовали мгновенного изменения».

Когда в 1970-х годах стали доступны строб-тюнеры, а затем в 1980-х годах на массовый рынок вышли недорогие электронные тюнеры , это не означало конца проблем с настройкой для 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 бриджа или другие проблемы. Из-за целого ряда факторов в игре добиться гармоничного звучания гитары - это компромиссное упражнение. «Изношенные или грязные струны также негармоничны, и их труднее настраивать» - проблему, которую можно частично решить, очистив струны.

Некоторые исполнители предпочитают сосредотачивать настройку на тональности пьесы, чтобы тонические и доминантные аккорды имели чистое, резонансное звучание. Однако, поскольку этот компромисс может привести к мутному звучанию аккордов 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 использованием техники пиццикато . Однако эта негармоничность исчезает, когда струны натянуты, потому что действие прерывистого скольжения смычка является периодическим, приводя все резонансы струны в точные гармонические отношения, 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 негармонических) резонансов струны , что связано с сильной нелинейностью действия прилипания-проскальзывания. Синхронизация режима также происходит в человеческом голосе и в язычковых инструментах, таких как кларнет .

Список инструментов

Совершенно гармонично
Почти гармоничный
Примерно гармоничный
Не гармонический

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • BCJ Moore, RW Peters и BC Glasberg, «Пороги для обнаружения негармоничности сложных тонов», Journal of the Acoust. Soc. Am., Т. 77, нет. 5. С. 1861–1867, 1985.
  • Ф. Скалкон, Д. Роккессо и Г. Борин, «Субъективная оценка негармоничности синтетических тембров фортепиано», Proc. Int. Комп. Музыкальная конф. ICMC'98, 1998, стр. 53–56.
  • А. Галембо и Л. Кадди , «Негармоничность струн и тембральное качество фортепианных басовых тонов: пересмотр Флетчера, Блэкхема и Стрэттона (1962)». Труды Общества восприятия музыки и познания , Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс, июль - август 1997 г.