Что такое тембр?
Человек, воспринимая звук, легко идентифицирует такие характеристики, как громкость звука, его тональность (частоту) и объемность. Он может количественно (линейно) описать изменения в звуке: стало громче или тише; тон (частота) выше или ниже; объёмности стало больше или меньше. С этим все ясно.
Возьмём ноту «до» из первой октавы пианино. Ударив по клавише, мы извлечём частоту звука, равную приблизительно 261 Герц. Берём гитару и извлекаем эту же ноту «до». Частоты (тоны) двух нот одинаковы, но звучание разное. Мы легко отличаем один инструмент от другого, хотя они играют одну и туже ноту. Это различие обусловлено тембром!
Тембр – это качество или окраска тона. Качество невозможно линейно описать: стало больше или меньше, выше/ниже. Тут все нелинейно! Для описания качества тона приходится применять прилагательные: «приятный тембр голоса», «зернистые высокие», «скрипучий саксофон» и тд. Тембр является самым сложным субъективно ощущаемым параметром.
Американский стандарт ANSI-60 дает такое определение: «Тембр – атрибут слухового восприятия, который позволяет слушателю судить, что два звука, имеющие одинаковую высоту и громкость, различаются друг от друга».
В трудах Гельмгольца содержится следующее заключение: "разница в музыкальном качестве тона (тембре) зависит только от присутствия и силы парциальных тонов (обертонов), и не зависит от разности фаз, с которой эти парциальные тоны вступают в композицию".
Обертоны (нем. Ober-высокий, Ton-звук) призвуки, входящие в спектр музыкального звука. Частота (высота) обертонов всегда выше частоты основного тона. Если частота обертона больше частоты основного тона в 2, 3, 4, 5 и т. д. раз, то обертон называют гармоническим (или гармоникой).
Тембр является субъективным атрибутом того или иного источника (например, голоса, музыкального инструмента), то есть он позволяет выделить этот источник из различных звуковых потоков в различных условиях.
Тембр обладает достаточной стабильностью, что позволяет сохранить его в памяти, а также служит для сравнения ранее записанной и вновь поступившей в слуховую систему информации об источнике звука. Это предполагает определенный процесс обучения - если человек никогда не слышал звучание инструмента данного тембра, то он его и не узнает.
Восприятие тембра зависит от спектральной структуры звука, то есть от состава обертонов и соотношения их амплитуд.
Накопленные к настоящему времени экспериментальные данные позволили выявить определенную инвариантность (стабильность) тембра при целом ряде условий.
Например, при транспонировании (переносе) мелодии по частотной шкале оттенки тембра, конечно, меняются, но в целом тембр инструмента или голоса легко опознается: при прослушивании, например, саксофона или другого инструмента через транзисторный радиоприемник можно опознать его тембр, хотя спектр его был значительно искажен.
При прослушивании одного и того же инструмента в разных точках зала его тембр так же меняется, но принципиальные свойства тембра, присущие данному инструменту, остаются.
Вербальное (словесное) описание тембра
Если для оценки высоты звуков имеются соответствующие единицы измерения: психофизические (мелы), музыкальные (октавы, тоны, полутоны, центы); есть единицы для громкости (соны, фоны), то для тембров такие шкалы построить невозможно, поскольку это понятие многомерное.
Поэтому для характеристики тембров музыкальных инструментов пользуются словесными описаниями, подобранными по признакам противоположности: яркий - тусклый, резкий - мягкий и др.
В научной литературе имеется большое количество понятий, связанных с оценкой тембров звука. Например, анализ терминов, принятых в современной технической литературе, позволил выявить наиболее часто встречающиеся термины. Всего их было выявлено около 300:
acidlike - кислый
forceful - усиленный
muffled - заглушенный
antique - старинный
frosty - морозный
mushy - пористый
soft - мягкий
arching - выпуклый
full - полный
mysterious - загадочный
solemn - торжественный
articulate - разборчивый и т.д.
......
Были сделаны попытки выявить самые значимые среди них, и провести шкалирование тембра по противоположным признакам, а также связать словесное описание тембров с некоторыми акустическими параметрами.
Однако, главная проблема состоит в том, что нет однозначного понимания различных субъективных терминов, описывающих тембр. Нет чёткого алгоритма для стандартизации.
Приведенный выше фрагмент таблицы содержит перевод, который далеко не всегда соответствует тому техническому смыслу, которое вкладывается в описание тембра.
В нашей российской литературе раньше был стандарт на основные термины, но сейчас дела обстоят совсем печально, поскольку не ведется работа по созданию соответствующей русскоязычной терминологии, и употребляется много терминов в разных, иногда прямо противоположных, значениях.
В связи с этим, AES* при разработке серии стандартов по субъективным оценкам качества аудиоаппаратуры и систем звукозаписи, начал приводить определения субъективных терминов в приложениях к стандартам, а так как стандарты создаются в рабочих группах, включающих ведущих специалистов разных стран, то эта очень важная процедура приводит к согласованному пониманию основных терминов для описания тембров.
В качестве примера приведу стандарт AES-20-96 - "Рекомендации для субъективной оценки громкоговорителей", - где дано согласованное определение таких терминов, как "открытость", "прозрачность", "ясность", "напряженность", "резкость" и др.
Источник: Основы психоакустики. Алдошина И.А.
———————————
*Audio Engineering Society ( AES ) — профессиональная организация инженеров, ученых и других лиц, заинтересованных или вовлеченных в профессиональную аудиоиндустрию. В состав организации в основном входят инженеры, разрабатывающие устройства или продукты для аудио, а также лица, работающие в сфере производства аудиоконтента. В нее также входят акустики , аудиологи , ученые и представители других дисциплин, связанных со звуком. AES — единственное в мире профессиональное общество, посвященное исключительно аудиотехнологиям. Основана организация 1948 году в США.
Еще одно трактование тембра, которое более понятное и развернутое.
Начать нужно с понятия тона (частоты), а потом разворачивать трактовку обертона, и доходить до тембра.
Читайте ниже.
О важности обертонов
Для всей музыки тон – это краеугольный камень. Когда физический объект совершает гармонические колебания (описываются графиком синусоиды), возникает чистый тон. В природе это явление встречается достаточно редко. Можно сказать, что шум водопада имеет основную частоту, а звуки, издаваемые некоторыми животными, - например, пение птиц, - обладают тональной характеристикой.
Мы, в целом, окружены шумом или, можно сказать, более сложными беспорядочными (негармоническими) звуками. Рёв льва или хрюканье свиньи – лишены тона и других музыкальных характеристик. /
Даже тот музыкальный звук, который мы воспринимаем как чистый тон, имеет сложную структуру. Мы слышим чистый, непрерывный поток воздуха с определенной частотой, или высотой тона. Однако измерительные приборы показывают совсем другую картину. Когда гитарная струна совершает гармонические колебания, то колеблются различные её части.
Во-первых, струна колеблется как единое целое (колеблется вся её длина), образуя большую дугу между двумя неподвижными концами, — это есть основной тон (фундаментальная частота).
Во-вторых, одновременно с целой струной, её половинки тоже совершают колебания, но в противоположных направлениях. Частота колебания каждой половины струны в два раза выше основного тона.
В-третьих, каждая треть длины струны также совершает колебания с частотой в 3 раза выше основного тона. Средняя треть движется в противоположном направлении относительно двух внешних третей. И так далее.
Как видим, тон состоит из множества частот. Продолжим занятия на музыкальных инструментах. В середине клавиатуры пианино есть нота «ля» с частотой колебания струны в деке равной 440Гц. Это есть, как было описано выше, основной тон. Но одновременно с ним, как и в случае с гитарной струной, мы слышим более высокие тона (частоты), равные произведению частоты основного тона на 2, 3, 4 и более. То есть, 440Гц х 2 = 880Гц, 440Гц х 3 = 1760Гц, 3520Гц, 7040Гц и далее.
Когда мы извлекаем звук из музыкального инструмента – фортепиано, флейты, ударных или колокольчиков, - в нем одновременно происходит несколько различных типов колебаний. Когда вы слушаете на музыкальном инструменте одну ноту, на самом деле, вы слышите очень много тонов (частот) одновременно.
Определимся с терминологией: самый низкий тон считается основным тоном или фундаментальной (основной) частотой, а остальные в совокупности называются обертонами. По-немецки, слово «обер» означает высший, то есть обертон — это есть тон с более высокой частотой (в 2,3,4,5 и далее раза выше основной). Обертоны часто обозначаются цифрами: первый обертон – это первая частота вибрации выше основной, второй обертон – вторая частота вибрации выше основной частоты, и т.д.
Существует параллельная терминология, которая введена физиками, — это гармоники. Тут немного сдвинуто: первая гармоника - есть основная частота, вторая гармоника равна основной частоте, помноженной на 2, что соответствует первому обертону, третья гармоника равна утроенной основной частоте, что соответствует второму обертону, и т.д.
Не все инструменты создают колебания на чётко определенных частотах. У фортепиано (поскольку оно своего рода ударный инструмент) обертоны могут быть почти кратны основной частоте, то есть не совсем точно выполняется математическое умножение основной частоты на 2,3,4,5 и т.д. Благодаря этой неточности фортепиано имеет характерное звучание.
Ударные инструменты, колокольчики, тарелки и другие подобные предметы – в зависимости от своего устройства и формы – нередко создают обертоны, частота которых не кратна основной частоте. Такие обертоны называют негармоническими. Нам сложно определить высоту тона подобных обертонов в отличие от гармонических.
Однако, если на инструменте исполнить несколько негармонических нот подряд, то высоту тона уже можно будет определить.
От обертонов к тембру
Чтобы завершить разговор о том, как мы слышим музыку, воспринимаем тон и обертоны, нам следует коснуться последнего, самого главного понятия, - тембра.
Из прошлой статьи мы узнали, что звук можно представить в виде простейшего колебания воздуха определённой частоты. Одной частоты, например 440Гц, которую нам выдает генератор чистого тона. В природе такой чистой частоты не найти. Только прибор может создать такую чистую синусоиду.
Далее, переходим к музыкальным инструментам: на скрипке или фортепиано извлекаем ту же ноту «ля» частотой 440Гц. Звук получается сложнее, чем чистый тон от генератора: есть основная, фундаментальная частота (тон), которая обрастает обертонами, то есть частотами большими, чем основная. Тут мы уже воспринимаем некую совокупность частот или тонов. Но это, на самом деле, тоже некое упрощенное понятие, лишь помогающее нам понять все наслоения частот в музыке.
Когда молоточек фортепиано бьет по струне, наступает фаза атаки. Это звук первичного удара молоточка по струне или щипка струны гитары. Это очень короткий период, в котором удар будет скорее шумным, чем музыкальным, больше похожим на звук молотка, бьющего по древесине.
После короткой атаки наступает стабильная фаза (поддержка), в которой музыкальный тон приобретает упорядоченный рисунок обертоновых частот: струна колеблется и корпус резонатора (деки) начинает вибрировать. Инструмент издает стабильный обертоновый профиль.
У каждого инструмента своя дека, свой, определенный материал деки и определенная форма. Поэтому нота «ля» на различных инструментах будет иметь определенный звуковой окрас (профиль).
Следует помнить, что в течение стабильной фазы звук инструмента изменяется. У каждого инструмента есть свой уникальный алгоритм изменчивости стабильной фазы. После стабильной фазы наступает фаза увядания (затухания) звука. Так вот, тембр звука – это и есть вся совокупность явлений, которые перечислены выше.
Тембр — это букет из основного тона (фундаментальной частоты) с кучей обертонов, то есть более высоких частот, кратных 2,3,4,5 и т.д. основной частоте, причем, тон и каждый обертон имеет свой уровень громкости и временные фазы атаки/поддержки/затухания своей интенсивности (динамичную структуру).
Тембр - это многослойный частотно-интенсивно-временной профиль звука. Естественно, тембр каждого инструмента и голоса человека - уникален. Тембры — это строительные кирпичики музыки.
--------------------------------------------------
Дэниел Левитин - профессор психологии и поведенческой нейробиологии в Университете Макгилла в Монреале. Руководитель лаборатории музыкального восприятия, познания и экспертизы. Музыкант, звукорежиссер и продюсер звукозаписи Стиви Уандера и Blue Oyster Cult. Автор книг и научных публикаций.©️
Аре Бреан и Гейр Ульве Скейс."Музыка и мозг"©️Альпина, Москва 2025.
Audio Dictionary / Tone Control
Регулятор тембра
Один или несколько регуляторов на панели усилителя или предусилителя звука, которые изменяют относительный баланс между высокими (высокочастотными) и низкими (низкочастотными) тонами.
Регуляторы тембра, на самом деле, являются эквалайзерами, которые изменяют кривую частотной характеристики устройства.
Регуляторы тембра сильно различаются по своему устройству и воздействию на сигнал. Самые ранние регуляторы тембра представляли собой простые переменные фильтры низких частот, которые уменьшали шум в записях грампластинок, вращающихся на скорости 78 об/мин, и снижали шум в трансляции радиоприемников в АМ диапазоне.
Сегодня эти регуляторы сконструированы таким образом, чтобы в среднем положении своего вращения они не оказывали на сигнал никакого эффекта, обеспечивая ровную частотную характеристику, а вращение его влево или вправо уменьшало/увеличивало высокие или низкие частоты.
Назначение регулятора тембра заключается в компенсации (исправлении) несоответствия в работе отдельных компонентов системы: источника, усилителя с громкоговорителями или компенсации неправильного расположения громкоговорителей в комнате.
Некоторые конструкции регуляторов тембра хорошо подходят для такого рода тонкой настройки системы, вызывая лишь незначительные изменения в звучании, в то время как другие схемы регуляторов могут допускать чувствительные искажения частотной характеристики.
В некоторых домашних системах есть даже графические эквалайзеры для управления широким спектром частот. Такого рода устройства следует использовать с осторожностью во избежание значительных искажений.
Многие поклонники хорошего звука пришли к выводу, что использование регуляторов тембра можно исключить вовсе из системы. Лучше без них, говорят аудиофилы!
Однако, следует заметить, что существование такой вещи, как идеально ровная частотная характеристика при путешествии сигнала от микрофона в студии до вашей акустической системы, не существует.
Нам приходится сталкиваться с огромным множеством производителей музыкальных записей, различных по типу носителей аудиозаписей, по-разному сконструированных источников, усилителей и прочих воспроизводящих звук компонентов, где каждый создатель сам выбирает/настраивает тональный баланс и равновесие. Поэтому тонкая настройка тембра в большинстве случаев оправдана.
Однако, мне доводилось, все же, слушать сетапы без регуляторов тембра, где все, начиная от качества записи и расположения акустических систем, было тщательно подобрано.
И эти сетапы звучали великолепно!
The Audio Dictionary. Glenn D.White©️
Оглавление библиотеки Daxx
🟡Читайте больше на нашем канале в Телеграм
