Использование спектров колоколов
Не ошибусь, если скажу, что большинство звонарей интересуют вопросы о характеристиках своих колоколов - веса, размеры, состав сплава, основные тона, гармоники. И если какие-то знания могут им помочь в повседневной или научной деятельности, то другие просто удовлетворят любопытство. Знание основных тонов, безусловно, принадлежит к первому типу, например, может помочь в моделировании звонов. И тут мы можем либо полагаться на свой слух, либо прибегнуть к помощи современных аудио-редакторов.
В последнем случае нам доступны, в частности, спектры звучания колоколов в звуковысотном представлении, так называемом pitch display. Предваряя примеры, скажу, что я специально не погружался в тонкости настройки этого представления - все параметры установлены "по умолчанию". Вначале в качестве примера посмотрим на спектр сыгранной на электронном фортепиано гаммы (рис.1): тонкая синяя линия означает основной тон, а красные и оранжевые - обертоны (в терминологии программы). Чем ярче и светлее цвет, тем чище звучание. Картинка говорит сама за себя - технология работает и вполне чётко. "Шумовые" вертикальные полосы, очевидно, отображают стук клавиш (у меня они тяжёлые, с молоточковым механизмом).
рис.1 Звуковысотный спектр электронного фортепиано
(Кликайте на картинки, чтобы увеличить их и увидеть в лучшем качестве !)
Теперь рассмотрим спектр лёгкого колокола (рис.2): после удара основной тон резко понижается, но при этом обертоны сохраняют чёткое звучание аккорда. Самый верхний обертон слегка окрашивает звучание в первую половину секунды после удара, затем две секунды звучит четырёхзвучие, после чего остаётся нижний обертон и основной тон, который теряет устойчивость на четвёртой секунде. Нижний обертон доживает до шестой секунды и далее, постепенно теряя свою чистоту.
рис.2 Звуковысотный спектр лёгкого колокола
Посмотрим далее на спектр звучания колокола весом около двух тонн. Линии обертонов явно выраженные, однако достаточно "широкие", не умещающиеся в рамках одного тона - не будем забывать о погрешностях измерений самой программы. Как и у лёгкого колокола, чем выше обертон, тем он быстрее затухает. Ну и никого, думаю, не удивило, что с увеличением веса заметно возрастает длительность звучания.
Обратите внимание, что чистота звучания обертонов периодически пропадает и восстанавливается, причём для разных обертонов периоды колебаний разные и они не совпадают с периодом колебания силы звука, представленной спектром светло-зелёного цвета.
рис.3 Звуковысотный спектр среднего колокола
А теперь загадка! Чем по вашему отличается от предыдущего колокол со следующим спектром (рис.4)? Попробуйте ответить не подглядывая на ответ в конце статьи!
рис.4 Загадка :-)
Возможно ли такое звучание записать нотами?! И уж тем более - звучание одновременно звонящих полутора десятков колоколов?! Немыслимо! И даже если мы предельно упростим задачу и представим колокола только в виде одного неизменного основного тона, то разбирать такие партитуры будет всю равно очень непросто. Так что же, правы те, кто утверждает - нотная запись колокольного звона невозможна? Об опровержении этого утверждения читаем в статье о моделировании звонов.
Наигравшись со спектрами, вспомним про живой человеческий слух и слуховое восприятия звона вообще и отдельного удара в колокол в частности. Я не обладаю абсолютным слухом, но когда я готовил данные для программы подстройки колокольных партитур (см. тезисы, п.2), основной тон лёгкого колокола я определил как си первой октавы - B4 (B-71), что согласно спектру на рис.2 примерно на четверть тона отличается от нижнего обертона спектра. А тон большого колокола я определил как до малой октавы - C3 (С-48), и именно С3 соответствует середине линии нижнего обертона спектра колокола! Приятная неожиданность (это я про свой слух)! И доказательство того, что инструмент звуковысотных спектров можно и нужно использовать! Поразительно - когда я готовил данные для программы подстройки колокольных партитур, я решил полагаться на слух и даже не заглянул в спектры, и именно при написании этой статьи убедился, что напрасно!
Дополнительный вывод - психофизическое слуховое восприятие звука в значительной степени основано на нижнем обертоне (согласно терминологии программы).
Дополнительная информация
- В качестве примеров использованы спектры колоколов храма святителя Николая в Голутвине производства АМО ЗиЛ, г.Москва.
- Звуковысотные представления спектров получены с помощью программы Adobe Audition
- Компьютерные технологии и колокольный звон: моделирование звонов
- Использование компьютерных технологий для моделирования православных колокольных звонов, обучения колокольному звону и подбору гармонически согласованных комплектов колоколов
И, наконец, ответ на вопрос.
Это спектры одного и того же колокола! Догадаться можно было по одинаковым наборам обертонов и их высоте. Кроме того, если внимательно приглядеться, то и колебания чистоты обертонов также совпадают. Различаются спектры потому, что по-разному были выполнены удары. Последний спектр соответствует нечёткому, смазанному удару.