ЗА “ФОРМАТА” НА ТОНА

Това, което ще наречем „форма“ на тона е условна характеристика, с която ще направим опит да опишем сложния състав на музикалните тонове. Формата на тона е в пряка зависимост от параметъра тембър. Тя е графическо изображение, нагледно представящо тоновия състав.

Като начало ще изясним какво означава състав на тона. В една и съща среда по едно и също време могат да действат повече от един източник на трептене. Всяка частица обаче, в определен момент от времето може да трепти само по един единствен начин. Тя не може да изпълнява две различни движения едновременно. Следователно нейното движение ще бъде резултат от въздействието на всички източници. Движението на такава частица се определя от физичния принцип на суперпозицията, който гласи: Когато в една среда се разпространяват няколко вълни, отклонението на всяка точка от средата е сума от отклоненията, които точката би имала, при положение че вълните се разпространяват не едновременно, а поотделно. Вълна, която се явява сума от няколко прости вълни, действащи по едно и също време в една и съща среда, се нарича резултантна.

Фиг. 1. Сума на две вълни.

На фигура 1. е показано как се сумират две вълни. Във всеки момент от времето се засичат големините на амплитудите, които имат двете вълни и се събират – получава се амплитудата на резултантната вълна. Следва да се обърне внимание, че е необходимо да отчетем не само големината на амплитудата (тоест, нейната абсолютна стойност), а и посоката на отклонението от равновесното положение. При това положение, ако в даден момент всяка вълна поотделно би произвела трептене с отклонение в една посока, то резултантната вълна ще има по-голямо отклонение в същата посока, тоест вълните взаимно се усилват. Ако събираме две отклонения в различни посоки, тогава имаме „гасене“, с други думи, амплитудата намалява и остава в посоката на по-голямата от двете изходни. Ако сумираме две трептения с еднакви по големина, но с противоположни по посока амплитуди, то резултантното трептене за съответната точка ще бъде нула (тоест, в тази точка няма да има трептене, тя ще бъде в покой). Ето още един пример за сумиране на вълни с еднаква амплитуда, но с различни дължини:

Фиг. 2. Резултантна вълна.

Аналогично можем да сумираме произволен брой вълни с произволни дължини и амплитуди. От гореказаното можем да направим извода, че колкото по-голяма е амплитудата на една от вълните, които сумираме, толкова по-голямо влияние ще окаже тя на резултантната вълна и обратното – вълни със сравнително малка амплитуда почти не променят сумарната. Следователно ако имаме вълна с определена дължина и амплитуда и добавим към нея още една или няколко, които имат достатъчно малки амплитуди, ще получим в резултат повече или по-малко видоизменен вариант на първоначалната вълна. Това означава, че ще изменим нейната форма. Тя вече няма да изглежда като синусоида, както като прав тон, а ще има друга форма. Чрез подходящо подбрани събираеми можем да получим много разнообразни форми.

Фиг. 3. Получаване на „квадратна“ вълна.

На фигура 3. е показано как се получава така наречената „квадратна“ вълна. С червено е обозначена изходната вълна. Както се вижда от графиката, тя има дължина 2π и амплитуда 1,3 мерни единици. В зелено и жълто са показани двете вълни, които ще използваме, за да променим формата на изходната. Може да се види, че те имат значително по-малка амплитуда, в сравнение с червената вълна – по-малка от половината от амплитудата й. Сумираме трите вълни по начина, описан по-горе – за всяка точка по вертикал измерваме амплитудите на вълните и ги събираме, като отчитаме посоката им. На фигурата резултантната вълна е означена със син цвят. Заостреният връх на синусоидата е „притъпен“, защото в тези точки влияние са оказали разнопосочните спрямо основната амплитуди на едната или и двете допълнителни вълни. Ако добавим още няколко правилно подбрани допълнителни вълни, можем да продължим да видоизменяме формата на изходната. На фигура 3. с черен цвят е отбелязана квадратната форма, към която се стремим с това преобразование. Колкото повече модифициращи вълни добавяме към първоначалната, толкова повече ще се доближаваме до исканата форма.

На фигура 4. е показан начинът за получаване на „триъгълна“ вълна:

Фиг. 4. Получаване на „триъгълна“ вълна.

Тук са използвани четири допълнителни вълни, което дава доста по-прецизна форма на модифицираната вълна.

Как това се свързва с тембъра? Тембърът е параметър на тона, който определя неговия състав. Всеки тон има сложен състав и представлява сума от много на брой прости трептения. Съставът на всеки тон се определя от това кои собствени честоти на трептене на звукоизточника резонират и се усилват от собствените честоти на трептене на корпуса на инструмента. Човешкото ухо възприема основния тон и резониращите хармоници като едно цяло. Това какви прости трептения (отделни честоти) участват в състава на един тон определя качеството, което музикалните теоретици наричат цвят, багра, окраска. Тембърът зависи както от материала, формата и конструкцията на музикалния инструмент, така и от начина, по който се произвежда звука. Тембърът е сумата на всички хармонични честоти, които издава даден източник. Може да се каже, че формата на звуковата вълна е графическо изражение на тембъра на тона, който звучи.

Предложихме начин за нагледно представяне на тембър. Разбира се, тези правилни форми, които наблюдавахме на горните графики, се получават по изкуствен път. Тембрите на реално звучащите музикални инструменти са по-сложни.

Ето графика на тембрите на четири музикални инструмента, изпълняващи един и същ тон – ла от първа октава.

Фиг. 5. Графика на тембрите на цигулка, тромпет, флейта и обой, изпълняващи „ла“ от първа октава.

Всички вълни на фигурата имат една и съща честота. Това означава, че периодът от време, за който се повтарят едни и същи извивки при четирите графики, е еднакъв, независимо от това какви форми се съдържат вътре в този отрязък за всяка една от тях.

Оттук следва, че формата на вълната е различна за всеки отделен инструмент (в по-общ смисъл и за всеки източник на звук). Когато тази форма се вмести в определен интервал от време, се получава звук с точно определена височина. Точно тази форма е физическото изражение на параметъра тембър. С други думи, това е начинът, по който изглежда тембърът, ако трябва да го представим нагледно.

Описаните явления се използват практически от специалистите, работещи с озвучителна техника, електронни инструменти и програми за спектрален анализ на звук. Тяхната работа е тясно свързана с анализа и манипулирането на графики, наподобяващи приложените в статията изображения. На практика всяка обработка на звук представлява модифициране на тембъра. Това е параметърът, който дава най-големи възможности за манипулиране, защото има най-сложен състав.

Представихме опит за нагледно изобразяване на тембъра. Поради значително по-голямата сложност на явлението, в сравнение с останалите параметри на тона, считаме нагледно-образния метод за най-ефективен при изложението на проблема. Изображенията позволяват да си представим случващото се, те гарантират достъпност и изчерпателност. Това е един лесен и ясен начин да се представи наглед трудно за обяснение, но в същото време изключително широко застъпено в музикалната практика явление.