Что такое гармоника звука
Sound theory
Состав звука
Ведя речь о составе звуке, в первую очередь надо поговорить о таком явлении как «гармоники» или «обертона». Гармоники, по сути, являются составными частями любого звука.
Чтобы понять, что это такое и как это работает, рассмотрим пример – колебание гитарной струны. Вот струна в состоянии покоя:
Она неподвижна, но стоит нам ударить по ней медиатором или дёрнуть пальцем – она начинает колебаться:
Это первая гармоника, или «Основной тон». Предположим, что это нота «Ля» с частотой колебания 110 Гц.
На рисунке стрелочкой показано направление основного импульса от удара медиатором. Импульс идёт и в другую сторону, но нас сейчас интересует сам принцип по которому происходит движение и образование звука. Когда импульс доходит до того места, где закреплёна струна, он «вздыбливает» её, если можно так выразиться:
и образуется вторая область колебаний:
это вторая гармоника.
Теперь, колебание происходит в двух местах и частота каждого — 22о Гц. В два раза чаще, чем первая гармоника, так как длина колеблющегося отрезка уменьшилась вдвое.
Остаточный импульс ещё раз возбуждает струну:
И появляется третья гармоника:
с частотой 330 Гц, так как отрезок в три раза меньше.
и появляется четвёртая гармоника с частотой 440 Гц:
Надо понимать, что всё это происходит за очень короткий промежуток времени, а так же то, что на практике, колеблющееся тело, будь то струна или поток воздуха, ведёт себя иначе, за счёт огромного количества сил влияющих на неё в момент колебания. Тем не менее, эти рисунки наглядно иллюстрируют сам процесс, который имеет важную роль в понимании природы звука в принципе. Новые области колебания будут образовываться до тех пор, пока не иссякнет импульс, который вывел тело из состояния равновесия. Каждые последующие движения в разы тише предыдущих, но именно они добавляют звуку определённых красок в тембр.
По большому счёту, тембр и состоит из гармоник, но это нельзя воспринимать в узком смысле. На колебания и их качественные характеристики, не важно, основные они или дополнительные, а в последствии и на тембр, влияет очень много факторов. Например, если взять гитару, то на её тембр будут влиять такие вещи как струны, материал из которого они изготовлены, их толщина, натяжение, корпус гитары – его форма, материал, вплоть до краски с лаком, которые применялись при изготовлении. Словом –абсолютно всё, а значит и любые составляющие звука будут подвержены этим факторам.
В начале статьи встречалось слово «обертон».
Обертон – это то же самое, что и гармоники, но в более музыкальном смысле. Это характеризует их обозначение. Первая гармоника считается основным тоном, а вторая – первым обертоном и дальше по порядку. Самое интересное в данной ситуации – это то, что деление звука на гармоники по большому счёту – условное, если говорить о музыкальных инструментах с естественным звукообразованием.
Гармоники в чистом виде мы можем получить только при цифровом синтезе, поэтому, касаемо «живых» инструментов, под гармониками подразумевают область частот, кратную частоте основного тона.
Бывает, что обертона в звучании инструмента явно выражены, но это не говорит о том, что частота их колебания кратна основному до каждого Герца. Но именно эта незапрограммированность и придаёт живому звучанию его неповторимое обаяние.
Что такое гармоники или обертона?
В этой статье я хочу рассказать о том, что такое гармоники или обертона.
Любой музыкальный звук состоит из основного тона и дополнительных гармоник (обертонов).
Основной тон – это основа звука, отправная точка строения обертонов. Мы воспринимаем именно этот тон с точки зрения его высотности.
Гармоники – это производные основного тона. Причем, кратные производные.
Это значит, что если основной тон ноты «до» малой октавы имеет частоту приблизительно 130 Гц, то его обертона будут иметь частоту 260 Гц, 390 Гц, 520 Гц и т.д. То есть все эти гармоники можно разделить на 130 и получится целое число. Поэтому говорят вторая гармоника, третья гармоника и т.д. За счет этих гармоник и формируется окраска звука. Мы не можем воспринимать каждую гармонику разрозненно. Мы лишь слышим результат сочетания гармоник с основным тоном.
Основной тон всегда лежит ниже гармоник и является более громким, что и определяет его выраженность.
Гармоники – это основа окраски звука. Любой инструмент имеет свой неповторимый тембр, порождённый гармониками. Поэтому мы и слышим различия в звучании фортепиано, гитары и саксофона. Всё дело в гармониках.
Что такое гармоники
Для того чтобы наглядно продемонстрировать вам гармоники, я проведу один простой эксперимент. Для этого мне понадобятся синтезатор Sylenth1 в комплексе с плагином iZotope Ozone 4. C помощью синтезатора я буду генерировать различные звуки и анализировать результаты используя анализатор спектра в iZotope Ozone 4.
1. Выберу пустой пресет, включу один осциллятор, выберу синусоидальную форму волны и сгенерирую звук ноты «Ля» большой октавы.
Как видно из скриншота, я сгенерировал основной тон ноты «Ля» 110 Гц. Кроме него никаких гармоник в сигнале нет.
2. Изменю форму волны на пилообразную.
Из скриншота видно, что у основного тона ноты «Ля» появились гармоники кратные 110.
3. Теперь выберу какой-нибудь пресет. Например, 44. LD Cello.
На скриншоте отчётливо видно, что тембр этого звука сформирован большим количеством дополнительных обертонов.
Из всего вышесказанного следует, что гармоники являются неотъемлемой составляющей любого звука. Без наличия обертонов музыка бы потеряла всю свою колоритность. Все инструменты звучали бы одинаково и примитивно.
Благодаря гармоникам мы имеем огромную палитру разнообразных тембров. Их число бесконечно велико. Это даёт возможность музыкантам и саунд продюсерам постоянно экспериментировать и синтезировать новые более интересные и насыщенные тембры.
В этой статье я рассказал о том, что такое гармоники.
Если есть вопросы, задавайте их в комментариях.