Два или более звуков одинаковой высоты и громкости, но извлеченные с помощью разных музыкальных инструментов или пропетые разными вокалистами, будут отличаться друг от друга. Этот факт известен каждому и уже отмечался в разделе 2.11.2. Характеристика, выражающая это отличие, называется тембром (от французского слова timbre) или окраской тона. В англоязычной литературе иногда используется определение tonequality (качество тона)[18,35].
Тембр – это чисто субъективная характеристика звука, благодаря которой можно легко опознать голоса говорящих и звучание различных музыкальных инструментов – правда, лишь в том случае, если слушателю они уже хорошо знакомы и основные признаки их звучания хранятся у него в долговременной памяти. При этом процесс опознания обладает определенной инвариантностью – знакомый тембр опознается даже при наличии существенных искажений: голос знакомого человека мы можем опознать даже издалека, хотя тембр его голоса будет в этом случае не совсем таким, как если бы этот человек находился в непосредственной близости от нас.
Несмотря на то, что дать строгое определение такой сугубо субъективной характеристике как тембр чрезвычайно сложно, попытки такие все же делаются. К примеру, в американском стандартеANSI-S3.20 приведено следующее определение: «Тембр – это атрибут слухового восприятия, который позволяет слушателю определить, что два звука, имеющие одинаковую высоту и громкость, отличаются друг от друга».
Еще большие сложности возникают при попытке дать словесное описание тому или иному тембру звучания. Если высота звука или громкость, которые также являются субъективными характеристиками, поддаются хотя бы количественной оценке и на основании этого уже можно придумать для них такие же субъективные единицы измерения (мелы, барки, фоны, соны), то тембр – характеристика сугубо качественная. Оценить ее количественно нельзя даже субъективно. Поэтому среди специалистов принято оценивать тембр путем добавления прилагательных, в той или иной мере отражающих ощущения слушателя. Поскольку ощущения слушателя всегда субъективны, то и прилагательных, с помощью которых описывают тембр разные люди, известно великое множество. Некоторые из этих терминов, кроме всего прочего, являются синонимами. Так что рассматривать все эти прилагательные можно только не более как перечень слов, которые когда-либо кем-либо употреблялись для оценки тембра звучания. Приведем для примера некоторые из них.
Arching – суровый Fat – жирный
Bright – яркий Frosty - морозный
Buzzy – жужжащий Gentle – нежный
Carrying – полетный Husky – сиплый
Clear – ясный Inexpressive – невыразительный
Coarse – грубый Limpid – прозрачный
Cold – холодный Luminous – блестящий
Cutting – резкий Lush – сочный
Dark – темный Melancholy – меланхоличный
Dense – плотный Nasal – носовой
Diffuse – рассеянный Noble – благородный
Dry – сухой Ringing–звенящий
Dull - скучный Sinister - зловещий
Несмотря на то, что тембр – характеристика субъективная, фак-торы, влияющие на него, являются вполне объективными. Это спек-тральный состав звукового сигнала, его громкость, временные характеристики и пр. Рассмотрим некоторые из них.
Спектр звукового сигнала и тембр звучания
Спектр звукового сигнала является наиболее значимым фактором, определяющим тембральную окраску звука. Это отмечал в своих трудах еще в 1877 году Гельмгольц: «Разница в музыкальном качестве тона (тембре) зависит только от присутствия и силы парциальных тонов (обертонов) и не зависит от разницы фаз, с которой эти парциальные тоны вступают в композицию». Правда, вторая часть этой фразы – относительно разницы фаз, оказалась ошибочной, но это выяснилось только спустя столетие [36]. Что же касается спектра, то здесь Гельмгольц оказался прав, и последующие исследования полностью подтвердили его выводы.
Реальные звуковые сигналы – как музыкальные, так и речевые, представляют собой нестационарные случайные процессы – текущие значения амплитуды, частоты и фазы акустических колебаний непрерывно меняются во времени, поэтому изучение их характеристик весьма затруднительно. Для получения спектральных характеристик звучания отдельных инструментов пользуются методом усреднения по времени: выделяют некоторый конечный участок в стационарной части сигналограммы и внутри этого участка производят расчет спектра. Такие спектры достаточно точно характеризуют индивидуальные особенности звучания инструментов,отражая механизм звукообразования в нем. Кроме основного тона, спектры звучания музыкальных инструментов содержат его гармоники, а также могут содержать другие обертоны (тональные компоненты, не кратные основному тону) и шумоподобные составляющие. Состав всех этих компонент, а также их величины и определяют тембр звука.
Спектры речевых сигналов (человеческих голосов) также обладают индивидуальными чертами, характерными для каждого человека, что и позволяет нам отличать голос одного человека от голоса другого.
Тембральная окраска звучания музыкальных инструментов зависит от характера звучащего тела, наличия или отсутствия резонатора, его формы и материала из которого он изготовлен, механизма звукоизвлечения и т.п. На спектры звучания инструментов, принадлежащих к одному классу (струнные, духовые, ударные), одни и те же факторы оказывают сходное влияние. Например, количество обертонов в спектрах звучания струнных музыкальных инструментов зависит от высоты основного тона: чем он выше, тем обертонов меньше. Спектры звучания ударных инструментов сильно зависят от места, по которому производится удар – по центру мембраны или ближе к ее краю. Похожая картина наблюдается при изменении места возбуждения струны у щипковых и смычковых инструментов.
Резонатором у флейты и кларнета служит цилиндрическая труба. Но у флейты она открыта с обоих концов и поэтому в ее спектре содержатся все четные и нечетные гармоники, правда амплитуда этих гармоник быстро уменьшается с частотой и обертоны в мягком и нежном звучании флейты почти не ощущаются. У кларнета тоже используется цилиндрический резонатор, но закрыт он только с одного конца, поэтому в его спектре присутствуют, в основном, нечетные гармоники и звучание его в низких регистрах глуховатое, а в высоких – резкое, даже свистящее.В спектрах медных инструментов много высокочастотных гармоник, поэтому они отличаются ярким и резким тембром звучания.
Поиску связей между структурой спектра звукового сигнала и характером его звучания было посвящено немало исследований в течение последнего столетия. Появление современных компьютерных технологий значительно расширило инструментарий исследователей и кардинально облегчило решение задачи, поэтому многие закономерности в этой области уже установлены [37]:
- прежде всего,подтвердился интуитивно уже давно принятый за истину факт, что отсутствие или недостаток обертонов, особенно в нижнем регистре,приводит к обеднению звучания - звук становится скучным, тусклым и пустым как сигнал от лабораторного генератора низкой частоты;
- присутствие в спектре первых пяти-семи гармоник с достаточно большой амплитудой придает тембру звучащего инструмента полноту и сочность;
- если первые пять-шесть гармоник ослабить,а более высокие - усилить, то тембр станет резким и скрипучим;
- уменьшая уровень сигнала в области низких частот и увеличивая в диапазоне 1…5 кГц, можно повысить субъективно воспринимаемую четкость и разборчивость речи и вокала;
- подъем частотной характеристики в области 100…250 Гц делает вокал гулким и «грудным»;
- подавление частот в диапазоне 150…500 Гц приводит к тому, что голос начинает звучать «как в трубе» - открыто и пусто;
- провалы отдельных участков спектра в диапазоне 500…1000 Гц делают голос жестче, а подъемы в области 1 и 3 кГц придают вокалу «металлический» оттенок;
- подавление участков спектра в области 2…5 кГц делает голос вялым, безжизненным и неразборчивым;
- усиление частот 4…10 кГц приводит к «искристости» и яркости голоса;
- плавный подъем огибающей (т.е. увеличение амплитуд определенной группы обертонов) в области 200-700 Гц дает возможность получить оттенки сочности, глубины;
- подъем в области 2500-3000 Гц придает тембру полетность, звонкость, а в области 3000-4500 Гц - резкость, пронзительность.
Глава 2 из книги (учебника В.А. НИкамин "Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ" СПб,2015 - 328 с.
