В общем, звук – это раздражитель, имеющий физическую природу, который человек ощущает слухом. В частности жестко закрепленная натянутая струна гитары при её возмущении совершает гармонические затухающие колебания. Струна толкая воздух и смещает его частицы из исходных положений. Таким образом, от частицы к частице окружающий струну воздух приводится в колебательное состояние, другими словами происходят звуковые колебания, которые усиливаются в резонаторе акустической гитары и мы можем их слышать. В то время как в электрогитаре звукосниматель воспринимает колебания стальной струны и усиленный, воспроизведенный сигнал мы так же ощущаем слухом. Общеизвестно, что среднестатистический человек способен воспринимать органами слуха изменение звукового давления при частотах от нескольких герц до примерно 20 кГц (звуковое давление - физическая величина, изменяющаяся прямо пропорционально скорости колебания частицы воздуха). При этом частоты до 20 Гц принято называть басами, а остальные – высокими.

Объективно, т.е. вне зависимости от нашего сознания, звук обладает своеобразными характеристиками. Наряду с этим мы субъективно оцениваем звук, т.е. воспринимаем его ощущение и при этом характеризуем его такими понятиями, как высота, громкость и тембр. Мы еще называем эти характеристики физическими свойствами звука.

Гитара, как и все музыкальные инструменты, имеет свою специфику формирования звука. Следует заметить, что акустическая и электрогитара имеют существенные отличия при всем их сходстве. Гитара является сложной системой, все элементы которой, как ни странно, без исключения, влияют на характер воспроизводимого ею звука. Гитара, как и всякий инструмент, имеет свой диапазон воспроизводимых частот, который начинается от десятков герц до, примерно 5кГц. Почему гитара пользуется столь большой популярностью? Может быть в том числе и потому, что наибольшая чувствительность человеческого слуха совпадает с её диапазоном частот.

Высота звука.

Итак, высота звука является субъективной мерой оценки его восприятия. Объективно же раздражение слуха происходит по частотному диапазону, т.е. по частоте звукового колебания. Почему же все мы характеризуя звук говорим не о его частоте , а о высоте? Если быть точнее, то о высоте тона. Все так запутанно, чтобы человеку было легче.

К сожалению слух человека работает иначе, чем тюнер (датчик частоты, способный выдавать нам точное ее значение). Несмотря на то, что люди способны воспринимать весьма малые изменения частоты звука. Слух человека остается сложной и не до конца изученной системой. Однако общеизвестно то, что мы воспринимаем звук и затем он анализируется в головном мозге. Приравняем всех людей с полноценным слухом, и предположим что у них он является одинаковым по остроте. Так, совершенно однозначно можно констатировать, что степень точности, с которой человек воспринимает высоту звука, зависит только от тренированности и музыкальности, которая напрямую связана с характером анализа звуковых раздражений в головном мозге. Другими словами, слух (в смысле музыкальный) - это приобретенное умение человека. Такое же как умение играть в футбол или плавать. Тот слух, который у нас от природы это способность «бить ногами и махать руками». Высшей же мерой тренированности называют еще музыкальный слух. О нем в общем случае говорят, когда человек может назвать какую-либо сыгранную ноту и даже аккорд, т.е. способен различать звуковые интервалы по частоте и соответственно разделять звук на отдельные составляющие. Вот такой человек может обойтись без тюнера, скажем в настройке гитары. В реальности такую способность можно развить тренируясь. Бросьте человека, не пытавшегося учиться плавать в воду и на большую глубину, чтоб он не утонул. Даже такого, который прочитал море книг по плаванию. Не каждый выживет! Тренировать слух следует, слушая, запоминая, воспроизводя звуковые интервалы (соотношения по высоте между двумя звуками). Таким образом, человек чувствует изменение частоты, каждый с разной точностью и использовать такую физическую величину как частоту звука для его описания ему просто неудобно. Иногда еще для простоты высоту звука связывают с ощущением положения.

И зачем еще нам этот тон нужен? Тон - сложный сигнал определенной высоты с дискретным спектром. Чтобы более подробно уяснить, что это такое рассмотрим один простой пример. Если звук представить функцией от времени, то он будет иметь приблизительно такой характер (рисунок 1). В простейшем случае тон это колебание, которое описывается законом синуса. Такой тон, в свою очередь, называется чистым тоном. Сложный музыкальный звук представляет собой результат наложения множества чистых тонов, имеющих разнообразные частоты и амплитуды из которых складывается его спектр. На слух же воспринимается частота основного тона, которую как уже говорилось мы связываем с высотой. Человек способен хорошо воспринимать два близких по высоте тона

Рисунок 1

Оказывается, не все комбинации звуков приятны для слушателя. Так называемая благозвучность достигается, если частоты колебаний звуков находятся в простых отношениях (2:1, 3:2, 4:3 и т.д.). В акустике оперируют такой единицей интервала как октава. Она представляет собой интервал, при котором расстояние между двумя соседними звуками воспринимается как точное соответствие. В тоже время октава отражает взаимосвязь субъективных и объективных характеристик звука, и является интервалом высоты, которому соответствует изменение частоты в два раза (отношение частот равно f 1 / f 2 = 2 ).

Как же на практике воспроизводят различные по высоте звуки? Одним из простейших путей является изменение длины натянутой с определенным усилием струны. Если обратиться к физике процесса, то колебание струны можно представить в виде суммы ее собственных колебаний. Частоты этих колебаний находятся в зависимости от таких физических величин как: длина струны l , ее диаметр d , натяжение P и плотность материала, из которого она изготовлена. Поставив струны на гитару и закрепив их между двумя неподвижными опорами (порожком и струнодержателем) натянем. Рассматривая отдельную струну, получим простейшую колебательную систему.

Для такой системы частота колебания основного тона звука будет равна:

,

Руководствуясь данной зависимостью можно сделать следующие выводы:

•  если длина струны уменьшается, то частота повышается. Другими словами самую высокую ноту на гитаре можно извлечь, прижимая первую струну на последнем ладу, а самую низкую, ударив открытую последнюю (самую толстую басовую струну).

•  массивные струны колеблются более медленно, так как частота колебаний обратно пропорциональна корню квадратному из плотности струны.

•  струны гитары имеют различную толщину. Толщина первой струны составляет порядка десятых долей миллиметра, а последняя басовая может достигать толщины нескольких миллиметров. При этом существует множество различных калибров струн.

•  нагрузка на каждую струну различная. Так если опущенная струна при ее возмущении не звучит вовсе. То, по мере того как мы увеличиваем ее натяжение, высота звука становится больше. Следовательно, изменяется и частота колебаний. Фактически частота изменяется пропорционально корню квадратному от натяжения струны.

Таким образом, на высоту звука влияют множество характеристик. Для извлечения различных звуков удобнее всего варьировать значениями натяжения и длины, что и используется в струнных инструментах. Однако от материала, линейных размеров зависит, например окраска, удобство игры и много других характеристик, изменение которых является «грубым» регулированием высоты звука.

Весь диапазон частот, слышимый человеком охватывает 10 октав. Сыграв, например любую открытую струну, а затем, прижав эту же струну на 12 ладу (изменив длину струны в 2 раза и этим увеличив во столько же раз частоту) мы получим один и тот же звук, только в разных октавах. Однако существуют интервалы и меньшие октавы. Триумф математики - введение в музыку равномерно-темперированного строя позволило разделить октаву на строго равные интервалы, в тоже время удалось добиться отношений частот тона приближенно близких к простым числам. Промежуток между соседними ступенями интервала может быть равен тону или его половине. Так стали считать 1/12 октавы элементарным интервалом отличным от нуля. Такой интервал получил название полутон (малая секунда) и равен он расстоянию в один лад на гитаре. Человек способен воспринимать значительно меньшие интервалы. При игре на гитаре музыканты не стали ограничивать себя такими интервалами как полутон. К примеру, широко применяются такие приемы игры как подтяжки, вибрато, позволяющие осуществить колебания высоты тона какого-либо звука и придающие при этом окраску и выразительность. На электрогитаре при наличии тремоло системы можно по-изощряться в значительно большей степени. На крайний случай можно просто подкрутить немного колки, повыгибать гриф на натяжение или ослабление струн, вариантов множество.

Тембр звука

Тембр звука отображает сложность его звучания, окраску, другими словами его качество. Наряду с этим тембр не возможно описать количественно. Его, как правило, характеризуют абстрактными терминами. Например, мягкий, сочный, яркий, певучий, плотный и т.п. Тембр звука зависит от спектра звука, т.е. от его составляющих.

Выше уже говорилось о чистом тоне и музыкальном звуке. Общеизвестно, что сложный музыкальный звук подобно практически любой функции можно разложить в тригонометрический ряд (разложение синей кривой, рисунок 2 ) . Таким образом можно получить большое количество синусоид (чистых тонов) с различными амплитудами, частотами и начальными фазами из которых состоит музыкальный звук. Если теперь сравнивать чистый тон с музыкальным звуком то видно, что последний состоит из множества музыкальных звуков, которые присутствуют в нем наряду с основным тоном. Эти звуки как правило имеют меньшие амплитуды и большие частоты, чем основной тон. Такие звуки получили названия обертонов или призвуков ( Obertone – нем , верхний тон). В случае если частоты обертонов кратны основному тону, то их называют гармоническими обрертонами или просто гармониками. Можно сказать, что тембр – это окраска звука, которая придается ему обертонами.

Рисунок 2

В случае если жестко закрепленную, натянутую струну заставить колебаться различными способами. Например, защипывая в различных местах. Присмотревшись, мы визуально можем заметить, что струна колеблется по-разному. Более того, мы услышим различные по своему характеру звуки. Как уже было отмечено, струна колеблется с определенной частотой и, следовательно, издает звук определенной высоты. Частота основного тона не изменится, если мы будем ударять струну в различных местах. Следовательно, при неизменном тоне будет изменяться тембр звука. Подобным образом возмущая струну мы получим колебания различного вида (рисунок 3), которые в зависимости от места удара о струну будут иметь определенное количество чередований узлов (нулей) и пучностей (максимумов). Посредством этого, будут распространяться звуковые колебания с характерным пространственным распределением амплитуд. На рисунке 3 показаны возможные колебания струны с основной частотой (если сделать щипок струны у 12 лада), удвоенной, утроенной и т.д. ы. Подобная картина колебаний позволяет говорить нам, что возникновение обертонов связано с возбуждением больших от основного тона частот и наличие этих частот связано с собственными колебаниями струны. Так и получаются различные спектры колебания.

Рисунок 3 (Flash анимация, размер: 4,55 кб, длительность 45 кадров.

Для музыкального инструмента количество обертонов определяет его индивидуальность и незаурядность.

Большое влияние, как на колебания струны, так и на тембральную окраску гитары, как впрочем, и других музыкальных инструментов, оказывают материал и форма его корпуса и еще множество других. Естественно, материал и форма самой струны так же играют не последнюю роль. Теперь можно легко объяснить тот факт, что на сегодняшний день изобретено огромное количество инструментов, разнообразной конструкции, сделанных из разнообразных (и не всегда дешевых) материалов. Такие инструменты естественно имеют свои отличительные признаки формирования тембра звучания. Отдельные из них становятся легко узнаваемыми. Услышав от музыканта: «Этот инструмент звучит! Да-да стеклянный звук Fenderа» далеко не каждый понимает, что именно тот имеет в виду. Идет речь именно незаурядная тембральная окраска инструмента, которой славится торговая марка.

Громкость

Несмотря на все свои недостатки человек во многом совершенне даже самых точных приборов. В часности это относится и к его слуху. Барабанная перепонка способна воспринимать перепады давления в миллиарды меньше 1 Па. Между тем, сильный звук может привести к болевым ощущениям. Это не удивительно, так как разница между едва слышимым звуком и предельно сильным составляет десколько триллионов раз. Т.е. полная тишина и шум несоисмеримы между собой. Как бы мы не хотели изобразить зависимости этих звуков, это окажется невероятным. Однако это можно сделать, представив данные зависимости в логарифмическом масштабе. Диаграмму громкости строят следующим путем. За условный нулевой уровень принимают звук такой силы, который не слышит человек. Определяя во сколько раз энергия (кинетическая энергия движения частиц воздуха)рассматриваемого звука больше величины, принятой за нулевой уровень. Находя десятичный логарифм из этого отношения получим меру громкости - бел, Если измерить уровень громкости возле некоторых шумных источников получится приблизительно такая картинка, как на рисунке 4.

Рисунок 4

Громкость зависит не только от уровня звукового давления, но и от длительности воздействия и частоты звука. Т.е. при одних и тех же частотах звук может отличаться по громкости. Следует отметить так же, что у всех источников звука, в том числе и музыкальных, тембр звука изменяется в зависимости от уровня громкости. Вот почему, например большинство музыкантов, играющих на электрогитаре предпочитают выкручивать ручку громкости на усилителе хотя бы до половины. Получая при этом всю возможную тембральную яркость звука.