Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы
Шрифт:
Рис. 9. Музыкальная шкала.
Музыкальные звуки различной высоты принято обозначать особыми значками — нотами, подобно тому, как звуки речи обозначают буквами. Основа нотного письма — нотации— пять основных горизонтальных линеек и расположенные над ними или под ними коротенькие дополнительные линейки. На рис. 9 видно, какому месту на нотных линейках соответствует звук той или иной частоты. Для записи всех 88 звуков на линейках места не хватает (больше шести дополнительных линеек вводить не принято), и поэтому приходится идти на хитрость — одни и те же линейки использовать дважды. Как видите, нота, расположенная на первой основной линейке, может соответствовать частоте 98 гц либо частоте 329,6 гц. Все зависит от того, какой знак стоит перед началом нотной записи — басовый или скрипичный ключ. Дополнением к скрипичному ключу служит цифра «8», применяемая при обозначении самых высоких (высокочастотных) звуков.
Музыканты почти никогда не говорят о частоте звука. Они присвоили каждой из 88 частот свое имя и только этим именем и пользуются, если нужно назвать звук той или иной высоты. Слоговые и буквенные имена каждого из 56 основных музыкальных звуков, соответствующих белым клавишам рояля, также приведены на рис. 9.
Названия дополнительных звуков (черные клавиши) образуются из основных путем прибавления частиц «диез» (обозначается значком #) или «бемоль» (обозначается значком b). Первая из них соответствует увеличению, а вторая уменьшению частоты на одну ступеньку. Так, например, звук с частотой 29,14 гц (крайняя левая черная клавиша) можно назвать «Ля2 диез» (ля2 #) либо «Си2 бемоль» (си2 b), причем оба названия равноправны. Если знак # или b появляется на нотных линейках, то, значит, последующую ноту (либо ноты — существуют дополнительные правила) нужно сдвинуть на одну ступеньку вверх или вниз.
Разделение всех музыкальных звуков на основные и дополнительные— это вопиющая несправедливость. Названия эти появились еще в средине века, когда звуки, соответствующие черным клавишам, в музыке почти не использовались. В наследство от тех времен и достались разноцветные клавиши и неоправданно сложная система обозначения дополнительных звуков.
Настройку музыкальных инструментов производят с помощью камертона, который совершает колебания подобно струне, но, в отличие от нее, имеет строго определенную, неизменную частоту колебаний. Опорной точкой музыкальной шкалы принято считать звук «ля'», имеющий частоту 440 гц.
Нужно сказать, что в свое время частота опорной точки «ля1» довольно часто и в значительных пределах менялась. Так, первый камертон, созданный около 250 лет назад, давал звук «ля1» с частотой 419, 9 гц. Первый камертон Парижской оперы для этой же ноты давал частоту 405 гц. Вскоре, правда, частота этого камертона была повышена до 425 гц, затем до 440 гц и, наконец, к 1857 году до 448 гц. В то же время в знаменитом Миланском оперном театре Ла Скала камертон звучал с частотой 451,5 гц, а в Лондонской опере — 455 гц. Сейчас музыканты избавлены от подобной путаницы — частота 440 гц для звука «ля1» узаконена международным стандартом.
В современной музыке все частотные ступеньки, то есть интервалы между соседними клавишами, равноправны и независимо от цвета клавиш имеют одинаковую высоту. Здесь, правда, необходимо пояснить, что мы имеем в виду под словом «одинаковая».
Так же, как и при оценке громкости, для нашего слуха важно не абсолютное, а относительное изменение частоты, то есть изменение не «на столько-то герц», а «во столько-то раз», или, что то же самое, «на столько-то процентов». Например, мы ощутим одинаковое повышение тона, если изменим частоту от 100 до 120 гц, или от 10 до 12 кгц. Как видите, по абсолютной величине прирост частоты получается разным — в первом случае на 20 гц, во втором на 2000 гц. И все-таки изменение тона будет казаться одинаковым, так как частота увеличилась в одно и то же число раз — в обоих случаях ее прирост составил 20 %.
При подъеме на любую последующую ступеньку частота музыкального звука повышается примерно на 6 %, и это всегда вызывает ощущение одинакового повышения тона. Вот почему мы говорим, что все частотные ступеньки имеют одинаковую высоту. В то же время по абсолютной величине расстояние между соседними музыкальными тонами резко меняется (сравните частоты соседних звуков на рис. 9).
Частотный интервал между соседними клавишами рояля, независимо от их цвета, получил название «полутон» (изменение частоты 6 %), а интервал в два полутона составляет «тон». Нетрудно подсчитать, что вся музыкальная шкала разбита на 87 полутонов, то есть 431/2 тона [2] .
2
Как видите, слово «тон» имеет два значения: оно относится к высоте звучания и является своего рода музыкальной единицей частотного интервала. Два значения имеет и слово «октава»: определяет полный комплект звуков (нот) от «до» до «до», а также интервал между частотами, одна из которых в два раза больше другой.
Вы уже, конечно, обратили внимание, что названия музыкальных звуков периодически повторяются и следуют друг за другом одинаковыми комплектами. Каждый такой комплект называется октавой и состоит из пяти дополнительных и семи основных звуков — «до», «ре», «ми», «фа», «соль», «ля», «си». Если вы сравните одинаковые по названию звуки из соседних октав, например «до» и «до1» или «ля1» и «ля2», то обнаружите изумительную вещь: одна из частот больше другой ровно в два раза. Вот это самое «в два раза» и лежит в основе любой, в том числе и современной, музыкальной шкалы.
Появление нот двойной (четырехкратной, восьмикратной и т. д.) частоты не случайность и не выдумка изобретателя. По требованию самой природы мы вводим именно это соотношение, подобно тому, как покупаем именно два ботинка, а не один, не три и не сорок. Соотношение частот «в два раза» (то есть на 100 %) слух ставит на особое место: для слуха это самое приятное, самое естественное соотношение.
В этом можно легко убедиться: ударьте одновременно по двум одноименным клавишам рояля, и вы услышите два очень похожих звука, точнее даже — один богато окрашенный звук. Частотный интервал между двумя ближайшими одноименными звуками, например «ля1» — «ля2», называется октавой. Поэтому мы говорим, что музыкальный диапазон включает в себя семь полных октав. Каждая октава, в свою очередь, разделяется на 12 полутонов, каждый из которых дает сдвиг частоты на 6 %.
Чем же замечательны звуки с интервалом в октаву? Почему слух по-особому ощущает двойную частоту, по-особому реагирует на сочетание звуков, если их частоты отличаются именно «в два раза»?
В поисках ответа мы опять обратимся к роялю. Очень осторожно, так, чтобы не извлечь звука, нажмите клавишу «ля2» (f2 = 880 гц), а затем ударьте по клавише «ля1» (f1= 440 гц) и сразу же ее отпустите. Когда звук «ля1» затихнет, вы еще довольно долго будете слышать более высокий тон «ля2». Тот же эффект можно получить с двумя любыми клавишами, которым соответствует частотный интервал в одну, две, три и так далее октавы. Чем объяснить этот эффект? Резонансом? Но почему струна с частотой собственных колебаний 880 гц резонирует на частоте 440 гц? Как увязать такой незаконный резонанс с тем, что мы знаем о колебаниях струны?
Рассматривая процесс колебаний струны, мы значительно упростили его. Струна колеблется не только целиком, но еще и отдельными своими частями — половинками, третями, четвертушками и т. д. (рис. 10).
Рис. 10. Струна колеблется не только целиком, но и отдельными своими частями; поэтому ее звук содержит большое число гармоник (обертонов).
Поэтому реальная струна создает звук сложной формы, спектр которого содержит синусоидальные составляющие с кратными частотами: двойной, тройной, четырехкратной и т. д. Пример: струна «ля1», кроме основного звука, с частотой 440 гц, создает призвуки, как говорят музыканты, — обертоны: первый обертон 880 гц, второй — 1320 гц, третий — 1760 гц и т. д.