גָוֶן

הפרמטר הסובייקטיבי הקשה ביותר המורגש הוא הגוון. עם הגדרת המונח הזה מתעוררים קשיים הדומים להגדרת המושג "חיים": כולם מבינים במה מדובר, אבל המדע נאבק בהגדרה מדעית כבר כמה מאות שנים. בדומה למונח "גוון": ברור לכולם על מה הם מדברים כשאומרים "גוון קול יפה", "גוון חירש של הכלי" וכו', אבל... אי אפשר לומר "יותר- פחות", "גבוה-תחתון" על הגוון ", עשרות מילים משמשות לתיאורו: יבש, קולי, רך, חד, בהיר וכו' (נדבר על המונחים לתיאור הגוון בנפרד).

גָוֶן(timbre-Fr.) פירושו "איכות הטון", "צבע הטון" (איכות הטון).

גוון ומאפיינים אקוסטיים של צליל
טכנולוגיות מחשב מודרניות מאפשרות לך לבצע ניתוח מפורט של המבנה הזמני של כל אות מוזיקלי - זה יכול להיעשות על ידי כמעט כל עורך מוזיקלי, למשל, Sound Forge, Wave Lab, SpectroLab וכו' דוגמאות למבנה הזמני (אוסצילוגרמות) של צלילים באותו גובה (שימו לב "לאוקטבה הראשונה) שנוצרו על ידי כלים שונים (עוגב, כינור).
כפי שניתן לראות מצורות הגל המוצגות (כלומר, התלות של השינוי בלחץ הקול לאורך זמן), ניתן להבחין בשלושה שלבים בכל אחד מהצלילים הללו: התקפת הקול (תהליך ההתבססות), החלק הנייח, ותהליך הריקבון. בכלים שונים, בהתאם לשיטות הפקת הסאונד המשמשות בהם, מרווחי הזמן של שלבים אלו שונים - ניתן לראות זאת באיור.

לכלי הקשה וכלי מריטה, כמו הגיטרה, יש טווח זמן קצר לשלב הנייח ולהתקפה, וטווח זמן ארוך לשלב הדעיכה. בצליל של מקטרת עוגב אפשר לראות קטע ארוך למדי של הפאזה הנייחת ותקופת דעיכה קצרה וכו'. אם נדמיין את הקטע של החלק הנייח של הצליל מורחב יותר בזמן, אז נוכל בבירור לראות את המבנה התקופתי של הצליל. מחזוריות זו חשובה ביסודה לקביעת הגובה המוזיקלי, שכן מערכת השמיעה יכולה לקבוע את הגובה רק עבור אותות מחזוריים, ואותות לא מחזוריים נתפסים על ידה כרעש.

לפי התיאוריה הקלאסית, שפותחה החל מהלמהולץ במשך כמעט כל מאה השנים הבאות, תפיסת הגוון תלויה במבנה הספקטרלי של הצליל, כלומר בהרכב הצלילים העליונים וביחס האמפליטודות שלהם. הרשו לי להזכיר לכם שצלילים עיליים הם כל מרכיבי הספקטרום שמעל התדר הבסיסי, וצלילים עיליים שהתדרים שלהם נמצאים ביחסים שלמים עם הטון היסודי נקראים תוֹרַת הַרמוֹנִיָה.
כידוע, על מנת לקבל את ספקטרום המשרעת והפאזה, יש צורך לבצע טרנספורמציה פורייה של פונקציית הזמן (t), כלומר, התלות של לחץ הקול p בזמן t.
באמצעות טרנספורמציה של פורייה, כל אות זמן יכול להיות מיוצג כסכום (או אינטגרל) של האותות ההרמוניים הפשוטים (סינוסואידיים), והמשרעות והפאזות של רכיבים אלו יוצרים את ספקטרום המשרעת והפאזה, בהתאמה.

בעזרת אלגוריתמים דיגיטליים של טרנספורמציה פורייה מהירה (FFT או FFT) שנוצרו בעשורים האחרונים, ניתן גם לבצע פעולה לקביעת הספקטרום כמעט בכל תוכנת עיבוד קול. לדוגמה, תוכנית SpectroLab היא בדרך כלל מנתח דיגיטלי המאפשר לבנות את ספקטרום המשרעת והפאזה של אות מוזיקלי בצורות שונות. צורות ייצוג ספקטרום יכולות להיות שונות, למרות שהן מייצגות את אותן תוצאות חישוב.

האיור מציג בצורה של תגובת תדר את ספקטרום המשרעת של כלי נגינה שונים (שהאוסצילוגרמות שלהם הוצגו באיור קודם לכן). תגובת התדר מייצגת כאן את התלות של אמפליטודות הצלילים העליונות בצורה של רמת לחץ קול ב-dB, בתדרים.

לפעמים הספקטרום מיוצג כקבוצה נפרדת של צלילים עיליים עם אמפליטודות שונות. ניתן לייצג את הספקטרום כספקטרוגרמות, כאשר התדר משורטט לאורך הציר האנכי, הזמן משורטט לאורך הציר האופקי, והמשרעת מיוצגת על ידי עוצמת הצבע.

בנוסף, קיימת צורת ייצוג בצורת ספקטרום תלת מימדי (מצטבר), עליו נדון להלן.
כדי לבנות את הספקטרום המצוין באיור הקודם, נבחר מקטע זמן מסוים בחלק הנייח של האוסילוגרמה, והספקטרום הממוצע מחושב על פני מקטע זה. ככל שהקטע הזה גדול יותר, כך רזולוציית התדר מדויקת יותר, אך במקרה זה, פרטים בודדים של המבנה הזמני של האות עלולים ללכת לאיבוד (להחליק). לספקטרום נייח כזה יש תכונות אינדיבידואליות האופייניות לכל כלי נגינה ותלויות במנגנון היווצרות הצליל בו.

לדוגמה, חליל משתמש בצינור פתוח משני קצותיו בתור מהוד, ולכן מכיל את כל ההרמוניות הזוגיות והאי-זוגיות בספקטרום. במקרה זה, רמת (משרעת) של הרמוניות יורדת במהירות עם התדר. הקלרינט משתמש בצינור סגור בקצה אחד בתור מהוד, כך שהספקטרום מכיל בעיקר הרמוניות מוזרות. לצינור יש הרבה הרמוניות בתדר גבוה בספקטרום שלו. בהתאם לכך, הצלילים של כל הכלים הללו שונים לחלוטין: החליל רך, עדין, הקלרינט עמום, חירש, החצוצרה בהירה, חדה.

מאות יצירות הוקדשו לחקר השפעת הקומפוזיציה הספקטרלית של צלילים על הגוון, שכן בעיה זו חשובה ביותר הן לעיצוב כלי נגינה והן לציוד אקוסטי איכותי, במיוחד בקשר עם הפיתוח של Hi- ציוד Fi ו-High-End, ולהערכה שמיעתית של פונוגרמות ומשימות אחרות.עמידה מול מהנדס הסאונד. הניסיון השמיעתי העצום המצטבר של מהנדסי הסאונד הנפלאים שלנו - P.K. Kondrashina, V.G. דינובה, E.V. ניקולסקי, ש.ג. שוגליה ואחרים - יכלו לספק מידע רב ערך על בעיה זו (במיוחד אם כתבו עליו בספריהם, מה שהם היו רוצים לאחל).

מכיוון שמידע זה הוא רב ביותר ולעתים קרובות סותר, נצטט רק כמה מהם.
ניתוח של המבנה הכללי של הספקטרום של מכשירים שונים המוצגים באיור 5 מאפשר לנו להסיק את המסקנות הבאות:
- בהיעדר או חוסר צלילים, במיוחד ברישום התחתון, גוון הצליל הופך משעמם, ריק - דוגמה לכך היא אות סינוסואידאלי מהמחולל;
- הנוכחות בספקטרום של חמש עד שבע ההרמוניות הראשונות עם משרעת גדולה מספיק מעניקה לגוון מלאות ועושר;
- הנחתה של ההרמוניות הראשונות וחיזוק ההרמוניות הגבוהות (מהשישית לשביעית ומעלה) נותנת את הגוון

ניתוח המעטפת של ספקטרום המשרעת עבור כלי נגינה שונים איפשר להקים (קוזנצוב "אקוסטיקה של כלי נגינה"):
- עלייה חלקה של המעטפה (עלייה באמפליטודות של קבוצה מסוימת של צלילים על) באזור של 200 ... 700 הרץ מאפשרת לך לקבל גוונים של עושר, עומק;
- עלייה באזור של 2.5 ... 3 קילו-הרץ נותן את מעוף הגוון, סאונד;
- עלייה באזור של 3 ... 4.5 קילו-הרץ נותנת לגוון חדות, צווחנות וכו'.

אחד מהניסיונות הרבים לסווג את איכויות הגוון בהתאם להרכב הספקטרלי של הצליל מוצג באיור.

ניסויים רבים בהערכת איכות הצליל (וכתוצאה מכך, הגוון) של מערכות אקוסטיות אפשרו לקבוע את ההשפעה של נפילות פסגות שונות בתגובת התדר על השינוי המורגש בגוון. בפרט, מוצג שהראות תלויה באמפליטודה, במיקום על סולם התדרים ובגורם האיכות של הפסגות-מטילות במעטפת הספקטרום (כלומר, בתגובת התדר). בטווח התדרים האמצעי, הספים לנראות של פסגות, כלומר סטיות מהרמה הממוצעת, הם 2 ... 3 dB, והנראות של השינוי בגוון בפסגות גדולה יותר מאשר בצניחה. שקעים צרים ברוחב (פחות מ-1/3 אוקטבה) כמעט ואינם נראים לאוזן - ככל הנראה, זה מוסבר בעובדה שדווקא שקעים צרים כאלה מוכנסים לתגובת התדר של מקורות קול שונים, ו- האוזן רגילה אליהם.

לקיבוץ הטונים העיליים לקבוצות פורמנטים יש השפעה משמעותית, במיוחד באזור הרגישות המרבית לשמיעה. מכיוון שמיקום אזורי הפורמט משמש כקריטריון עיקרי להבחנה של צלילי דיבור, נוכחותם של טווחי תדרים פורמטיים (כלומר, צלילים מודגשים) משפיעה באופן משמעותי על תפיסת הגוון של כלי הנגינה וקול השירה: למשל, קבוצת הפורמנטים באזור 2 ... 3 קילו-הרץ נותנת מעוף, סאונד לשירה את הקול והצלילים של הכינור. הפורמנט השלישי הזה בולט במיוחד בספקטרום של כינורות סטרדיוורי.

לפיכך, ההצהרה של התיאוריה הקלאסית נכונה בהחלט, שהגוון הנתפס של צליל תלוי בהרכב הספקטרלי שלו, כלומר, מיקומם של הצלילים העליונים על סולם התדרים ויחס המשרעות שלהם. זה מאושר על ידי התרגול הרב של עבודה עם סאונד בתחומים שונים. תוכניות מוזיקה מודרניות מקלות לבדוק זאת בעזרת דוגמאות פשוטות. לדוגמה, ב-Sound Forge תוכלו לסנתז גרסאות של צלילים עם קומפוזיציה ספקטרלית שונה באמצעות המחולל המובנה, ולהאזין לאופן שבו גוון הצליל שלהם משתנה.

שתי מסקנות חשובות נוספות נובעות מכך:
- הגוון של צליל המוזיקה והדיבור משתנה בהתאם לשינוי בווליום ובטרנספוזיציה בגובה הצליל.

כאשר עוצמת הקול משתנה, תפיסת הגוון משתנה. ראשית, עם עלייה באמפליטודה של תנודות של ויברטורים של כלי נגינה שונים (מיתרים, ממברנות, חפיסות וכו'), מתחילים להופיע בהם אפקטים לא ליניאריים, וזה מוביל להעשרת הספקטרום עם צלילים נוספים. האיור מציג את הספקטרום של פסנתר בעוצמות השפעה שונות, כאשר המקף מסמן את חלק הרעש של הספקטרום.

שנית, עם עלייה ברמת הווליום, רגישות מערכת השמיעה לתפיסה של תדרים נמוכים וגבוהים משתנה (עקומות העוצמה השווה נדונו במאמרים קודמים). לכן, כאשר עוצמת הקול מוגברת (עד לגבול סביר של 90 ... 92 dB), הגוון הופך מלא יותר, עשיר יותר מאשר בצלילים שקטים. עם עלייה נוספת בווליום, עיוותים חזקים במקורות הקול ובמערכת השמיעה מתחילים להשפיע, מה שמוביל להידרדרות בגוון.

העברת המנגינה בגובה הצליל משנה גם את הגוון הנתפס. ראשית, הספקטרום מתרוקן, מכיוון שחלק מהצלילים העליונים נופלים לתחום הבלתי נשמע מעל 15 ... 20 קילו-הרץ; שנית, באזור של תדרים גבוהים, ספי השמיעה גבוהים בהרבה, וצלילי על בתדר גבוה הופכים לבלתי נשמעים. בצלילים בעלי רגיסטר נמוך (כגון אורגן), צלילי על מוגברים עקב רגישות מוגברת של השמיעה לתדרים בטווח הביניים, כך שצלילים בעלי רגיסטר נמוך נשמעים עשירים יותר מצלילי טווח ביניים, שבהם אין שיפור צלילים שכזה. יש לציין שמכיוון שהעקומות של עוצמה שווה, כמו גם אובדן רגישות השמיעה לתדרים גבוהים, הם במידה רבה אינדיבידואלים, השינוי בתפיסת הגוון עם שינויים בעוצמה ובגובה גובה שונה מאוד גם אצל אנשים שונים.
עם זאת, הנתונים הניסויים שהצטברו עד כה אפשרו לחשוף אי-וריאציה (יציבות) מסוימת של הגוון במספר תנאים. לדוגמה, בעת ביצוע טרנספוזיציה של מנגינה לאורך סולם התדרים, גווני הגוון כמובן משתנים, אך באופן כללי ניתן לזהות בקלות את הגוון של כלי או קול: בהאזנה, למשל, לסקסופון או לכלי אחר באמצעות מקלט רדיו טרנזיסטור, ניתן לזהות את הגוון שלו, אם כי הספקטרום שלו היה מעוות באופן משמעותי. כאשר מאזינים לאותו כלי בנקודות שונות באולם, גם הגוון שלו משתנה, אך המאפיינים הבסיסיים של הגוון הטבועים בכלי זה נשארים.

חלק מהסתירות הללו הוסברו חלקית במסגרת התיאוריה הספקטרלית הקלאסית של הגוון. לדוגמה, הוכח שכדי לשמר את המאפיינים העיקריים של הגוון במהלך הטרנספוזיציה (העברה לאורך סולם התדרים), חשוב ביסודו לשמר את צורת המעטפת של ספקטרום המשרעת (כלומר, המבנה הפורמטי שלו). לדוגמה, האיור מראה שכאשר הספקטרום מועבר באוקטבה במקרה שבו מבנה המעטפת נשמר (אפשרות "א"), וריאציות הגוון פחות משמעותיות מאשר כאשר הספקטרום מועבר תוך שמירה על יחס המשרעת (אפשרות "ב").

זה מסביר את העובדה שניתן לזהות צלילי דיבור (תנועות, עיצורים) ללא קשר לגובה הצליל (תדירות הטון הבסיסי) שהם מבוטאים, אם נשמר המיקום של אזורי הפורמט שלהם זה ביחס לזה.

לפיכך, לסכם את התוצאות שהתקבלו על ידי התיאוריה הקלאסית של הגוון, בהתחשב בתוצאות של השנים האחרונות, אנו יכולים לומר שהגוון, כמובן, תלוי באופן משמעותי בהרכב הספקטרלי הממוצע של הצליל: מספר הצלילים העליונים, שלהם. מיקום יחסי על סולם התדרים, על היחס בין המשרעות שלהם, כלומר, מעטפת הספקטרלית הצורה (AFC), או ליתר דיוק, מההתפלגות הספקטרלית של האנרגיה על פני התדר.
עם זאת, כאשר החלו הניסיונות הראשונים לסנתז צלילים של כלי נגינה בשנות ה-60, ניסיונות לשחזר את הצליל, בפרט, של מקטרת על פי ההרכב הידוע של הספקטרום הממוצע שלו, לא צלחו - הגוון היה שונה לחלוטין מהגוון. צליל של כלי נשיפה. כך גם לגבי הניסיונות הראשונים לסינתזה קולית. בתקופה זו, בהסתמך על ההזדמנויות שמספקת טכנולוגיית המחשב, החל להתפתח כיוון נוסף - יצירת קשר בין תפיסת הגוון למבנה הזמני של האות.
לפני שתמשיך לתוצאות שהושגו בכיוון זה, יש לומר את הדברים הבאים.
ראשון. הדעה הרווחת היא שכאשר עובדים עם אותות אודיו, זה מספיק כדי לקבל מידע על ההרכב הספקטרלי שלהם, שכן תמיד אפשר לעבור לצורת הזמן שלהם באמצעות טרנספורמציה פורייה, ולהיפך. עם זאת, קשר חד משמעי בין הייצוג הזמני והספקטרלי של אות קיים רק במערכות ליניאריות, ומערכת השמיעה היא ביסודה מערכת לא ליניארית, הן ברמות האות הגבוהות והן ברמות הנמוכות. לכן, עיבוד מידע במערכת השמיעה מתרחש במקביל הן בתחום הספקטרלי והן בתחום הזמן.

מעצבים של ציוד אקוסטי איכותי מתמודדים עם בעיה זו כל הזמן כאשר העיוות של תגובת התדר של המערכת האקוסטית (כלומר, חוסר האחידות של המעטפת הספקטרלית) מובא לספים שמיעתיים כמעט (אי אחידות 2dB, רוחב פס 20 הרץ ... 20 קילו הרץ וכו'), ומומחים או מהנדסי סאונד אומרים: "הכינור נשמע קר" או "קול עם מתכת" וכו'. לפיכך, מידע המתקבל מהאזור הספקטרלי אינו מספיק למערכת השמיעה, יש צורך במידע על המבנה הזמני. אין זה מפתיע ששיטות המדידה וההערכה של ציוד אקוסטי השתנו משמעותית בשנים האחרונות – הופיעה מטרולוגיה דיגיטלית חדשה המאפשרת לקבוע עד 30 פרמטרים, הן בתחום הזמן והן בתחום הספקטרלי.
לכן, מידע על הגוון של אות מוזיקלי ודיבור חייב להתקבל על ידי מערכת השמיעה הן מהמבנה הזמני והן מהמבנה הספקטרלי של האות.
שְׁנִיָה. כל התוצאות שהתקבלו לעיל בתיאוריה הקלאסית של הגוון (תורת הלמהולץ) מבוססות על ניתוח ספקטרום נייח המתקבל מהחלק הנייח של האות עם ממוצע מסוים, עם זאת, חשוב ביסודו שלמעשה אין קבועים, נייחים. חלקים באותות מוזיקליים ודיבור אמיתיים. מוזיקה חיה היא דינמיקה מתמשכת, שינוי מתמיד, וזה נובע מהמאפיינים העמוקים של מערכת השמיעה.

מחקרים על הפיזיולוגיה של השמיעה אפשרו לקבוע שבמערכת השמיעה, במיוחד בחלקים הגבוהים שלה, יש הרבה נוירונים שנקראים "חידוש" או "זיהוי", כלומר נוירונים שנדלקים ומתחילים להוליך פריקות חשמליות רק אם יש שינוי באות (הדלקה, כיבוי, שינוי עוצמת הקול, גובה הצליל וכו'). אם האות נייח, אז הנוירונים האלה לא נדלקים, והאות נשלט על ידי מספר מוגבל של נוירונים. תופעה זו ידועה רבות מחיי היומיום: אם האות אינו משתנה, אז לעתים קרובות הם פשוט מפסיקים לשים לב אליו.
עבור ביצוע מוזיקלי, כל מונוטוניות וקביעות הן הרות אסון: המאזין מכבה את הנוירונים של החידוש והוא מפסיק לתפוס מידע (אסתטי, רגשי, סמנטי וכו'), לכן תמיד יש דינמיקה בביצועים חיים (מוזיקאים וזמרים נרחבים השתמש באפנון אותות שונים - ויברטו, טרמולו וכו').

בנוסף, לכל כלי נגינה, כולל הקול, יש מערכת הפקת סאונד מיוחדת המכתיבה את המבנה הזמני של האות ודינמיקת השינוי שלו. השוואה של המבנה הזמני של הצליל מראה הבדלים מהותיים: בפרט, משך כל שלושת החלקים - התקפה, חלק נייח ודעיכה - עבור כל הכלים שונה משך וצורה. לכלי הקשה חלק נייח קצר מאוד, זמן התקפה של 0.5...3 ms וזמן נפילה של 0.2...1 s; עבור קשתים, זמן ההתקפה הוא 30 ... 120 אלפיות השנייה, זמן הדעיכה הוא 0.15 ... 0.5 שניות; עבור האיבר, ההתקפה היא 50 ... 1000 אלפיות השנייה והדעיכה היא 0.2 ... 2 שניות. בנוסף, צורת מעטפת הזמן שונה מהותית.
ניסויים הראו שאם מסירים חלק ממבנה הזמן המתאים להתקפה של הצליל, או מחליפים את ההתקפה והדעיכה (מנגנים בכיוון ההפוך), או מחליפים את ההתקפה מכלי אחד בהתקפה מצד אחר, אז זה כמעט בלתי אפשרי לזהות את הגוון של הכלי הזה. כתוצאה מכך, לצורך זיהוי גוון, לא רק החלק הנייח (שהספקטרום הממוצע שלו משמש כבסיס לתיאוריה הקלאסית של גוון), אלא גם תקופת היווצרות המבנה הזמני, כמו גם תקופת הנחתה (דעיכה) הם מרכיבים חיוניים.

ואכן, בהאזנה בכל חדר, ההשתקפויות הראשונות מגיעות למערכת השמיעה לאחר ההתקף וכבר נשמעו החלק הראשוני של החלק הנייח. במקביל, תהליך ההדהוד של החדר מושפע על דעיכת הצליל מהכלי, מה שממסך באופן משמעותי את הצליל, ובאופן טבעי, מוביל לשינוי בתפיסת הגוון שלו. לשמיעה יש אינרציה מסוימת, וצלילים קצרים נתפסים כלחיצות. לכן, משך הצליל חייב להיות גדול מ-60 אלפיות השנייה כדי להיות מסוגל לזהות את גובה הצליל, ובהתאם, את הגוון. ככל הנראה, הקבועים צריכים להיות קרובים.
עם זאת, הזמן בין תחילת הגעתו של צליל ישיר לרגעי הגעת ההשתקפויות הראשונות מתברר כמספיק כדי לזהות את גוון הצליל של כלי אינדיבידואלי - ברור שנסיבות אלו קובעות את האינווריאנטיות (יציבות ) של זיהוי של הגוונים של כלים שונים בתנאי האזנה שונים. טכנולוגיות מחשב מודרניות מאפשרות לנתח בפירוט מספיק את תהליכי הקמת הקול בכלים שונים, ולפרט את המאפיינים האקוסטיים המשמעותיים ביותר החשובים ביותר לקביעת הגוון.

השפעה משמעותית על תפיסת הגוון של כלי נגינה או קול מופעלת על ידי מבנה הספקטרום הנייח (הממוצע) שלו: הרכב הצלילים העליונים, מיקומם על סולם התדרים, יחסי התדר שלהם, התפלגויות משרעת וצורת מעטפת הספקטרום, נוכחותם וצורתם של אזורים צורניים וכו', המאששת במלואה את הוראות התיאוריה הקלאסית של הגוון, המופיעה ביצירותיו של הלמהולץ.
עם זאת, חומרים ניסיוניים שהושגו בעשורים האחרונים הראו שתפקיד משמעותי לא פחות, ואולי הרבה יותר משמעותי בזיהוי גוים, ממלא שינוי לא נייח במבנה הצליל, ובהתאם, תהליך פתיחת הספקטרום שלו לאורך זמן. , בעיקר בשלב הראשוני של התקפת הקול.

תהליך שינוי הספקטרום לאורך זמן ניתן "לראות" בצורה ברורה במיוחד באמצעות ספקטרוגרמות או ספקטרום תלת מימדי (ניתן לבנות אותם באמצעות רוב עורכי המוזיקה Sound Forge, SpectroLab, Wave Lab וכו'). הניתוח שלהם לצלילים של כלים שונים מאפשר לחשוף את המאפיינים האופייניים לתהליכי ה"פריסה" של הספקטרום. לדוגמה, האיור מציג ספקטרום תלת מימדי של צליל פעמון, כאשר התדר בהרץ משורטט על ציר אחד, הזמן בשניות על הציר השני; על המשרעת השלישית ב-dB. הגרף מראה בבירור כיצד מתרחש תהליך העלייה, השקיעה והדעיכה בזמן של המעטפת הספקטרלית.

השוואה בין התקפת הטון C4 של מכשירי עץ שונים מראה שלתהליך יצירת רעידות לכל מכשיר יש אופי מיוחד משלו:

הקלרינט נשלט על ידי הרמוניות אי-זוגיות של 1/3/5, כשההרמוניה השלישית מופיעה בספקטרום 30 אלפיות השנייה מאוחרת מהראשונה, ואז ההרמוניות הגבוהות יותר "מסתדרות" בהדרגה;
- עבור האבוב, הקמת התנודות מתחילה בהרמונית השנייה והשלישית, ואז מופיעה הרביעית, ורק לאחר 8 אלפיות השנייה מתחילה להופיע ההרמונית הראשונה;
- ההרמוניה הראשונה מופיעה לראשונה על החליל, ואז רק לאחר 80 אלפיות השנייה כל השאר נכנסים בהדרגה.

האיור מציג את תהליך יצירת הוויברציות לקבוצת כלי נשיפה: חצוצרה, טרומבון, קרן וטובה.

ההבדלים נראים בבירור:
- לחצוצרה מראה קומפקטי של קבוצה של הרמוניות גבוהות יותר, הטרומבון מופיע תחילה הרמונית השנייה, לאחר מכן הראשונה, ולאחר 10 אלפיות השנייה השנייה והשלישית. הטובה והקרן מראים את ריכוז האנרגיה בשלושת ההרמוניות הראשונות, ההרמוניות הגבוהות יותר כמעט נעדרות.

ניתוח התוצאות שהתקבלו מראה שתהליך התקפת הקול תלוי באופן משמעותי באופי הפיזי של מיצוי הקול בכלי נתון:
- משימוש ברפידות אוזניים או קנים, אשר, בתורם, מחולקים ליחיד או כפול;
- מצורות שונות של צינורות (בקנה מידה צר או מחודד בקנה מידה רחב) וכו'.

זה קובע את מספר ההרמוניות, זמן הופעתן, מהירות היישור של המשרעת שלהן, ובהתאם, צורת המעטפת של המבנה הזמני של הצליל. כמה כלי נגינה, כמו חליל

למעטפת בתקופת ההתקפה יש אופי אקספוננציאלי חלק, ובחלקם, למשל, הבסון, נראים היטב פעימות, וזו אחת הסיבות להבדלים המשמעותיים בגוון שלהם.

במהלך ההתקפה, ההרמוניות הגבוהות יותר מובילות לפעמים את הטון הבסיסי, ולכן יכולות להתרחש תנודות בגובה הצליל; התדר, ומכאן גם גובה הצליל הכולל, מסתדרים בהדרגה. לפעמים שינויים אלה במחזוריות הם כמעט אקראיים. כל התכונות הללו עוזרות למערכת השמיעה "לזהות" את הגוון של כלי מסוים ברגע הקול הראשוני.

כדי להעריך את הגוון הנשמע חשוב לא רק לרגע הזיהוי שלו (כלומר, היכולת להבחין בין כלי נגינה אחד למשנהו), אלא גם היכולת להעריך את השינוי בגוון במהלך ההופעה. כאן את התפקיד החשוב ביותר ממלאת הדינמיקה של השינוי במעטפת הספקטרלית בזמן בכל שלבי הצליל: התקפה, חלק נייח, דעיכה.
ההתנהגות של כל טון על בזמן נושאת גם את המידע החשוב ביותר על הגוון. למשל, בצליל פעמונים, הדינמיקה של השינוי נראית בבירור במיוחד, הן בהרכב הספקטרום והן באופי השינוי בזמן של אמפליטודות הצלילים האינדיבידואלים שלו: אם ברגע הראשון לאחר המכה. כמה עשרות רכיבים ספקטרליים נראים בבירור בספקטרום, מה שיוצר אופי רעש של הגוון, ולאחר מכן לאחר מספר שניות, נותרו מספר צלילים עיקריים בספקטרום (טון יסוד, אוקטבה, דוודקים ושליש מינורי לאחר שתי אוקטבות), השאר לדעוך, וזה יוצר גוון צליל מיוחד בצבע טון.

דוגמה לשינוי באמפליטודות של הצלילים הראשיים לאורך זמן עבור פעמון מוצגת באיור. ניתן לראות שהוא מאופיין בהתקפה קצרה ובתקופת דעיכה ארוכה, בעוד שמהירות הכניסה והדעיכה של צלילים מסדרים שונים ואופי השינוי באמפליטודות שלהם לאורך זמן שונים באופן משמעותי. ההתנהגות של צלילים שונים בזמן תלויה בסוג הכלי: בצליל של פסנתר, עוגב, גיטרה וכו', לתהליך שינוי אמפליטודות הצלילים יש אופי שונה לחלוטין.

הניסיון מלמד שסינתזה ממוחשבת נוספת של צלילים, תוך התחשבות בפרטים הספציפיים של פריסת צלילים בודדים בזמן, מאפשרת לך לקבל צליל הרבה יותר "דמוי".

השאלה אילו צלילים משנים את הדינמיקה נושאת מידע על הגוון קשורה לקיומן של להקות שמיעה קריטיות. הממברנה הבזילרית בשבלול פועלת כמסנן פס שרוחב הפס שלו תלוי בתדר: מעל 500 הרץ זה בערך 1/3 אוקטבה, מתחת ל-500 הרץ זה בערך 100 הרץ. רוחב הפס של מסנני השמיעה הללו נקרא "רצועת השמיעה הקריטית" (קיימת יחידה מיוחדת של 1 נביחה, השווה לרוחב הפס הקריטי על כל טווח התדרים הנשמעים).
בתוך הלהקה הביקורתית, השמיעה משלבת את מידע הצליל הנכנס, שגם לו יש תפקיד חשוב בתהליכי מיסוך שמיעתי. אם ננתח את האותות במוצא של מסננים שמיעתיים, נוכל לראות שחמש עד שבע ההרמוניות הראשונות בספקטרום הצליל של כל כלי בדרך כלל נופלות לרצועה הקריטית שלהן, מכיוון שהן די רחוקות אחת מהשנייה במקרים כאלה, הם אומרים שההרמוניה "מגוללת" את מערכת השמיעה. הפרשות של נוירונים במוצא של מסננים כאלה מסונכרנות עם התקופה של כל הרמונית.

הרמוניות מעל השביעית בדרך כלל די קרובות זו לזו בסולם התדרים, ומערכת השמיעה אינה "פורסת" מספר הרמוניות לפס קריטי אחד, ומתקבל אות מורכב ביציאה של מסננים שמיעתיים. פריקות של נוירונים במקרה זה מסונכרנות עם תדירות המעטפת, כלומר. טון עיקרי.

בהתאם לכך, מנגנון עיבוד המידע על ידי מערכת השמיעה עבור הרמוניות פרוסות ולא מורחבות שונה במקצת במקרה הראשון, המידע משמש "בזמן", במקרה השני "במקום".

תפקיד חיוני בזיהוי הגובה, כפי שהוצג במאמרים קודמים, ממלאים חמש עשרה עד שמונה עשרה ההרמוניות הראשונות. ניסויים בעזרת סינתזה תוספת ממוחשבת של צלילים מראים שלהתנהגות ההרמוניות הללו יש גם את ההשפעה המשמעותית ביותר על השינוי בגוון.
לכן, במספר מחקרים הוצע לשקול את מימד הגוון כשווה לחמש עשרה עד שמונה עשרה, ולהעריך את השינוי שלו במספר סולמות זה אחד ההבדלים הבסיסיים בין הגוון לבין מאפיינים של תפיסה שמיעתית כמו גובה הצליל או העוצמה, שניתן לשנות לפי שניים או שלושה פרמטרים (לדוגמה, עוצמה), תלוי בעיקר בעוצמה, בתדירות ובמשך האות.

זה די ידוע שאם יש הרבה הרמוניות בספקטרום האותות עם מספרים מ-7 עד 15...18, עם אמפליטודות מספיק גדולות, למשל, לחצוצרה, כינור, צינורות קנה עוגב וכו', אז הגוון נתפס כבהיר, צליל, חד וכו'. אם הספקטרום מכיל בעיקר הרמוניות נמוכות יותר, למשל, טובה, קרן, טרומבון, אז הגוון מאופיין כחושך, חירש וכו'. קלרינט, שבו הרמוניות מוזרות שולטות ב הספקטרום, בעל גוון "אפי" משהו, וכו'.
בהתאם לתפיסות המודרניות, התפקיד החשוב ביותר לתפיסת הגוון הוא השינוי בדינמיקה של חלוקת האנרגיה המקסימלית בין צלילי הספקטרום.

כדי להעריך פרמטר זה, מובא המושג "מרכז הספקטרום", המוגדר כנקודת האמצע של התפלגות האנרגיה הספקטרלית של הקול, לעיתים הוא מוגדר כ"נקודת האיזון" של הספקטרום. הדרך לקבוע זאת היא שהערך של תדר ממוצע כלשהו מחושב:

כאשר Ai הוא המשרעת של רכיבי הספקטרום, fi הוא התדר שלהם.
עבור הדוגמה המוצגת באיור, ערך מרכז זה הוא 200 הרץ.

F \u003d (8 x 100 + 6 x 200 + 4 x 300 + 2 x 400) / (8 + 6 + 4 + 2) \u003d 200.

הסטת המרכז לכיוון תדרים גבוהים מורגשת כעלייה בבהירות הגוון.
ההשפעה המשמעותית של התפלגות האנרגיה הספקטרלית על פני טווח התדרים והשינוי שלה לאורך זמן על תפיסת הגוון קשורה כנראה לחוויה של זיהוי צלילי דיבור על ידי תכונות פורמניות, הנושאות מידע על ריכוז האנרגיה באזורים שונים של ספקטרום (לא ידוע, עם זאת, מה היה ראשוני).
יכולת שמיעה זו חיונית בהערכת הגוונים של כלי נגינה, שכן נוכחותם של אזורים פורמנטיים אופיינית לרוב כלי הנגינה, למשל, עבור כינורות באזורים של 800 ... 1000 הרץ ו-2800 ... 4000 הרץ, עבור קלרינט 1400 ... 2000 הרץ וכו'.
בהתאם לכך, מיקומם והדינמיקה של השינוי לאורך זמן משפיעים על תפיסת המאפיינים האישיים של הגוון.
ידוע לאיזו השפעה משמעותית על תפיסת הגוון של קול זמר יש פורמנט שירה גבוה (באזור 2100 ... 2500 הרץ לבסים, 2500 ... 2800 הרץ לטנורים, 3000 ... 3500 הרץ לסופרן). בתחום זה, זמרי אופרה מתרכזים עד 30% מהאנרגיה האקוסטית, מה שמבטיח קוליות ומעוף של הקול. הסרת פורמנט השירה מהקלטות של קולות שונים בעזרת פילטרים (ניסויים אלו בוצעו במחקרו של פרופ' ו.פ. מורוזוב) מלמדת שגוון הקול הופך עמום, חירש ואיטי.

שינוי בגוון עם שינוי בעוצמת הביצוע והטרנספוזיציה בגובה הצליל מלווה גם בשינוי במרכז המרוחק עקב שינוי במספר הצלילים העליונים.
דוגמה לשינוי מיקום המרכז עבור צלילי כינור בגובה צלילים שונים מוצגת באיור (תדירות מיקום המרכז בספקטרום משורטטת לאורך ציר האבשיסה).
מחקרים הראו כי עבור כלי נגינה רבים קיים קשר כמעט מונוטוני בין עלייה בעוצמה (עוצמת הקול) לבין מעבר של המרכז לאזור התדר הגבוה, עקב כך הגוון נעשה בהיר יותר.

ככל הנראה, בעת סינתזה של צלילים ויצירת קומפוזיציות מחשב שונות, יש לקחת בחשבון את הקשר הדינמי בין העוצמה והמיקום של המרכז בספקטרום על מנת לקבל גוון טבעי יותר.
לבסוף, ההבדל בתפיסת הגוונים של צלילים אמיתיים וצלילים עם "גובה גובה וירטואלי", כלומר. צלילים, שאת גובה הצליל שלהם המוח "מסיים" לפי מספר צלילים שלמים של הספקטרום (זה אופייני, למשל, לצלילי פעמונים), ניתן להסביר מנקודת המבט של המיקום של מרכז הספקטרום. מכיוון שלצלילים אלו יש ערך תדר בסיסי, כלומר. גובה הצליל עשוי להיות זהה, ומיקום המרכז שונה בגלל ההרכב השונה של הצלילים העליונים, אז, בהתאם, הגוון ייתפס אחרת.
מעניין לציין שלפני יותר מעשר שנים הוצע פרמטר חדש למדידת ציוד אקוסטי, דהיינו ספקטרום תלת מימדי של חלוקת אנרגיה בתדירות ובזמן, מה שנקרא חלוקת Wigner, שנמצאת בשימוש די פעיל על ידי חברות שונות להעריך ציוד, כי, כפי שמראה הניסיון, מאפשר לך להתאים בצורה הטובה ביותר את איכות הצליל שלו. אם ניקח בחשבון את התכונה של מערכת השמיעה שתוארה לעיל להשתמש בדינמיקה של שינויים בתכונות האנרגיה של אות צליל כדי לקבוע את הגוון, ניתן להניח שפרמטר חלוקת ויגנר זה יכול להיות שימושי גם להערכת כלי נגינה.

הערכת הגוונים של כלים שונים היא תמיד סובייקטיבית, אך אם, כאשר מעריכים את גובה הצליל והעוצמה, ניתן לסדר צלילים בקנה מידה מסוים על סמך הערכות סובייקטיביות (ואפילו להכניס יחידות מדידה מיוחדות "שינה" עבור עוצמה וקולניות. "גיר" עבור המגרש), אז הערכת הגוון היא משימה קשה משמעותית. בדרך כלל, לצורך הערכה סובייקטיבית של הגוון, מציגים למאזינים זוגות של צלילים זהים בגובה הצליל ובעוצמתם, והם מתבקשים לסדר את הצלילים הללו על סולמות שונים בין מאפיינים תיאוריים מנוגדים שונים: "בהיר" / "כהה", "קולית" / "חירש" וכו'. (בהחלט נדבר על הבחירה במונחים שונים לתיאור הגוונים ועל ההמלצות של תקנים בינלאומיים בנושא זה בעתיד).
השפעה משמעותית על ההגדרה של פרמטרים של צליל כגון גובה, גוון וכו', מופעלת על ידי התנהגות הזמן של חמש עד שבע ההרמוניות הראשונות, כמו גם מספר הרמוניות "לא מורחבות" עד ה-15. ה-17.
אולם, כידוע מחוקי הפסיכולוגיה הכלליים, הזיכרון לטווח הקצר של אדם יכול לפעול בו-זמנית עם לא יותר משבעה עד שמונה סמלים. לכן, ברור שכאשר מזהים את הגוון ומעריכים אותו, לא משתמשים ביותר משבעה שמונה מאפיינים חיוניים.
ניסיונות לבסס מאפיינים אלה על ידי שיטתיות וממוצע של תוצאות הניסויים, למצוא סולמות מוכללים שבאמצעותם ניתן יהיה לזהות את גווני הצלילים של כלים שונים, לשייך סולמות אלו למאפיינים זמניים-ספקטרליים שונים של צליל, היו ניסיונות. שנעשו במשך זמן רב.

אחת המפורסמות היא עבודתו של גריי (1977), בה נערכה השוואה סטטיסטית של הערכות של גווני הצלילים של כלי מיתר, עץ, כלי הקשה שונים, על בסיס שונות. הצלילים סונתזו במחשב, מה שאפשר לשנות את הכיוונים הזמניים והספקטרליים שלהם בכיוונים הנדרשים.מאפיינים. סיווג מאפייני הגוון בוצע במרחב תלת מימדי (אורתוגונלי), כאשר הסולמות הבאים נבחרו כסולמות שבאמצעותם נעשתה הערכה השוואתית של מידת הדמיון של מאפייני הגוון (הנע בין 1 ל-30):

הסולם הראשון הוא ערך המרכז של ספקטרום המשרעת (בסולם מתווה הסטת המרכז, כלומר המקסימום של האנרגיה הספקטרלית מהרמוניה נמוכה לגבוהה);
- השני הוא סינכרון של תנודות ספקטרליות, כלומר. מידת הסינכרון של הכניסה והפיתוח של צלילים פרטניים של הספקטרום;
- שלישית - מידת הנוכחות של אנרגיית רעש בתדר גבוה לא הרמונית בתדר גבוה בתקופת ההתקפה.

עיבוד התוצאות שהתקבלו באמצעות חבילת תוכנה מיוחדת לניתוח אשכולות איפשר לחשוף את האפשרות של סיווג ברור למדי של מכשירים לפי גוונים בתוך המרחב התלת מימדי המוצע.

ניסיון לדמיין את הבדל הגוון בצלילים של כלי נגינה בהתאם לדינמיקה של שינויים בספקטרום שלהם בתקופת ההתקפה נעשה על ידי Pollard (1982), התוצאות מוצגות באיור.

מרחב תלת מימדי של גוונים

החיפוש אחר שיטות לשינוי קנה מידה רב-ממדי של צלילים וביסוס הקשר שלהם עם המאפיינים הספקטרליים-זמניים של צלילים נמשכים באופן פעיל. תוצאות אלו חשובות ביותר לפיתוח טכנולוגיות סינתזת סאונד ממוחשבת, ליצירת קומפוזיציות מוזיקליות אלקטרוניות שונות, לתיקון ועיבוד סאונד בפרקטיקה של הנדסת סאונד וכו'.

מעניין לציין שבתחילת המאה, המלחין הגדול של המאה העשרים, ארנולד שנברג, הביע את הרעיון ש"... אם ניקח בחשבון את המגרש כאחד מממדיו של הגוון, והמוזיקה המודרנית היא בנוי על וריאציה של מימד זה, אז למה לא לנסות להשתמש בממדים אחרים של הגוון ליצירת קומפוזיציות. רעיון זה מיושם כיום בעבודתם של מלחינים היוצרים מוזיקה ספקטרלית (אלקטרו-אקוסטית). לכן העניין בבעיות של תפיסת הגוון והקשרים שלה עם המאפיינים האובייקטיביים של הצליל כה גבוה.

לפיכך, התוצאות שהתקבלו מראות שאם בתקופה הראשונה של חקר תפיסת הגוון (בהתבסס על התיאוריה הקלאסית של הלמהולץ) נוצר קשר ברור בין השינוי בגוון לבין השינוי בהרכב הספקטרלי של החלק הנייח של הגוון. צליל (הרכב הצלילים העליונים, היחס בין התדרים והמשרעות שלהם וכו'), אז התקופה השנייה של מחקרים אלה (מתחילת שנות ה-60) אפשרה לקבוע את החשיבות היסודית של המאפיינים הספקטרליים-זמניים.

זהו שינוי במבנה המעטפת הטמפורלית בכל שלבי התפתחות הקול: התקפה (שחשובה במיוחד לזיהוי הגוונים של מקורות שונים), חלק נייח וריקבון. זהו שינוי דינמי בזמן של המעטפת הספקטרלית, כולל. שינוי מרכז הספקטרום, כלומר. ההסטה של ​​מקסימום האנרגיה הספקטרלית בזמן, כמו גם התפתחות בזמן של המשרעות של הרכיבים הספקטרליים, במיוחד חמש עד שבע ההרמוניות הראשונות "לא מורחבות" של הספקטרום.

נכון לעכשיו, החלה התקופה השלישית של חקר בעיית הגוון; מרכז המחקר עבר לחקר השפעת ספקטרום הפאזה, כמו גם שימוש בקריטריונים פסיכופיזיים בהכרה של גוונים, העומדים בבסיס המנגנון הכללי של זיהוי תמונת קול (התקבצות לזרמים, הערכת סינכרוניות וכו').

ספקטרום עץ ופאזה

כל התוצאות לעיל על ביסוס הקשר בין הגוון הנתפס לבין המאפיינים האקוסטיים של האות היו קשורות לספקטרום המשרעת, ליתר דיוק, לשינוי הזמני במעטפת הספקטרלית (בעיקר הסטת מרכז האנרגיה של מרכז הספקטרום המשרעת ) והתגלגלות של צלילים בודדים בזמן.

בכיוון זה נעשתה כמות העבודה הגדולה ביותר והתקבלו תוצאות מעניינות רבות. כפי שכבר צוין, במשך כמעט מאה שנים, רווחה בפסיכואקוסטיקה דעתו של הלמהולץ, לפיה מערכת השמיעה שלנו אינה רגישה לשינויים ביחסי השלב בין צלילים פרטניים. עם זאת, הצטברו בהדרגה נתונים ניסיוניים לפיהם מכשיר השמיעה רגיש לשינויי פאזה בין רכיבי אותות שונים (עבודות של שרדר, הרטמן ואחרים).

בפרט, נמצא כי הסף השמיעתי להזזת פאזה באותות דו ותלת רכיבים בתחום התדרים הנמוכים והבינוניים הוא 10...15 מעלות.

בשנות ה-80, זה הוביל לפיתוח של מספר רמקולים ליניאריים פאזה. כידוע מהתיאוריה הכללית של מערכות, עבור שידור אות לא מעוות, יש צורך שמודול פונקציית ההעברה יישמר קבוע, כלומר. מאפיין משרעת-תדר (מעטפת ספקטרום המשרעת), והתלות הליניארית של ספקטרום הפאזה בתדר, כלומר. φ(ω) = -ωТ.

ואכן, אם מעטפת המשרעת של הספקטרום נשמרת קבועה, אזי, כאמור לעיל, העיוות של אות השמע לא אמור להתרחש. הדרישות לשמירה על ליניאריות פאזה על פני כל טווח התדרים, כפי שהראו מחקריו של Blauert, התבררו כמוגזמות. נמצא כי השמיעה מגיבה בעיקר לקצב שינוי הפאזה (כלומר הנגזרת שלו ביחס לתדר), אשר נקרא " זמן עיכוב קבוצתי ": τ = dφ(ω)/dω.

כתוצאה מבדיקות סובייקטיביות רבות, נבנו ספי השמיעה של עיוות השהייה בקבוצה (כלומר, גודל הסטייה של Δτ מערכו הקבוע) עבור אותות דיבור, מוזיקה ורעש שונים. ספי שמע אלו תלויים בתדר, ובאזור הרגישות המקסימלית לשמיעה הם 1…1.5 אלפיות השנייה. לכן, בשנים האחרונות, בעת יצירת ציוד Hi-Fi אקוסטי, הם מונחים בעיקר על ידי הספים השמיעתיים לעיל לעיוות השהייה קבוצתית.

מבט על צורת הגל ביחסים שונים של שלבי הצלילים העליונים; אדום - לכל הצלילים העליונים אותם שלבים ראשוניים, כחול - השלבים מופצים באופן אקראי.

לפיכך, אם ליחסי פאזה יש השפעה נשמעת על זיהוי הגובה, אז נוכל לצפות שתהיה להם השפעה משמעותית גם על זיהוי הגוון.

לניסויים נבחרו צלילים בעלי צליל יסוד של 27.5 ו-55 הרץ ועם מאה צלילים על, עם יחס אחיד של משרעות, האופייני לצלילי פסנתר. במקביל, נחקרו צלילים בעלי צלילים הרמוניים למהדרין ועם אי-הרמוניות מסוימת האופיינית לצלילי פסנתר, הנובעת עקב קשיחותם הסופית של המיתרים, ההטרוגניות שלהם, נוכחות תנודות אורך ופיתול וכו'.

הצליל שנחקר סונתז כסכום הצלילים העליונים שלו: X(t)=ΣA(n)sin
עבור ניסויים שמיעתיים, היחסים הבאים של השלבים הראשוניים עבור כל הצלילים העליונים נבחרו:
- A - שלב סינוסואידי, השלב הראשוני נלקח שווה לאפס עבור כל הצלילים העליונים φ(n,0) = 0;
- B - שלב חלופי (סינוסואיד לזוגי וקוסינוס לאי זוגי), שלב ראשוני φ(n,0)=π/4[(-1)n+1];
- C - התפלגות אקראית של שלבים; השלבים ההתחלתיים השתנו באופן אקראי בטווח שבין 0 ל-2π.

בסדרת הניסויים הראשונה, לכל מאה הצלילים העליונים היו אותן משרעות, רק השלבים שלהם היו שונים (הטון הבסיסי 55 הרץ). יחד עם זאת, גווני ההאזנה התבררו כשונים:
- במקרה הראשון (א') נשמעה מחזוריות מובהקת;
- בשנייה (B), הגוון היה בהיר יותר ונשמע גובה אחד נוסף באוקטבה גבוהה מהראשון (אם כי הגובה לא היה ברור);
- בשלישית (C) - הגוון התברר כאחיד יותר.

יש לציין שהצליל השני נשמע רק באוזניות, בהאזנה דרך רמקולים, כל שלושת האותות נבדלו רק בגוון (הדהוד מושפע).

תופעה זו - שינוי בגובה הצליל עם שינוי הפאזה של חלק ממרכיבי הספקטרום - ניתנת להסבר על ידי העובדה שעם ייצוג אנליטי של טרנספורמציה פורייה של אות מסוג B, ניתן לייצג אותה כסכום של שני שילובים של צלילים על: מאה צלילים עם פאזה מסוג A, וחמישים צלילים עם פאזה השונה ב-3π/4, והמשרעת גדולה יותר ב-√2. לקבוצה זו של צלילים על, האוזן מקצה גובה נפרד. בנוסף, כאשר עוברים מהיחס בין שלבים A לשלבים מסוג B, מרכז הספקטרום (מקסימום אנרגיה) עובר לעבר תדרים גבוהים, כך שהגוון נראה בהיר יותר.

ניסויים דומים בהסטת השלבים של קבוצות צלילים בודדים מביאים גם לגובה וירטואלי נוסף (פחות ברור). תכונה זו של שמיעה נובעת מהעובדה ששמיעה משווה את הצליל עם דגימה מסוימת של טון מוזיקלי שיש לה, ואם כמה הרמוניות נופלות מהשורה האופיינית לדגימה זו, אז השמיעה מייחדת אותן בנפרד ומקצה להן קטע נפרד. גובה הצליל.

לפיכך, תוצאות מחקרים של Galembo, Askenfeld ואחרים הראו ששינויי פאזה ביחסים של צלילים על בודדים נשמעים בצורה ברורה למדי כשינויים בגוון, ובמקרים מסוימים, שינויים בגובה הצליל.

זה בולט במיוחד בעת האזנה לצלילים מוזיקליים אמיתיים של פסנתר, שבהם אמפליטודות הצלילים העליונות פוחתות עם הגדלת מספרם, יש צורה מיוחדת של מעטפת הספקטרום (מבנה פורמנט), ואי-הרמוניה בולטת בבירור של הספקטרום (כלומר, תדר שינוי של צלילים בודדים ביחס לסדרה ההרמונית).

בתחום הזמן, הנוכחות של חוסר הרמוניה מובילה לפיזור, כלומר רכיבים בתדר גבוה מתפשטים לאורך המיתר בקצב מהיר יותר מאלה בתדר נמוך, וצורת הגל של האות משתנה. הנוכחות של חוסר הרמוניה קלה בצליל (0.35%) מוסיפה קצת חום, חיוניות לצליל, אולם אם חוסר הרמוניה זו הופכת גדולה, פעימות ועיוותים אחרים נשמעים בצליל.

חוסר הרמוניה מוביל גם לכך שאם ברגע הראשוני שלבי הצלילים העליונים היו ביחסים דטרמיניסטיים, אז עם נוכחותה, יחסי הפאזות הופכים אקראיים עם הזמן, מבנה השיא של צורת הגל מוחלק, והגוון הופך ליותר. אחיד - זה תלוי במידת האי-הרמוניה. לכן, מדידה מיידית של סדירות יחסי הפאזה בין צלילים סמוכים יכולה לשמש אינדיקטור לגוון.

לפיכך, ההשפעה של ערבוב פאזה עקב חוסר הרמוניה מתבטאת בשינוי מסוים בתפיסת הגובה והגוון. יש לציין כי אפקטים אלו נשמעים בהאזנה במרחק קרוב מלוח הקול (בתנוחת הפסנתרן) וכאשר המיקרופון קרוב, והאפקטים השמיעתיים שונים בהאזנה לאוזניות ובאמצעות רמקולים. בסביבה מהדהדת, צליל מורכב עם גורם פס גבוה (המקביל לדרגה גבוהה של רגוליזציה של יחסי הפאזה) מצביע על סמיכות מקור הצליל, שכן יחסי הפאזה הופכים אקראיים יותר עקב השתקפויות בחדר תוך כדי תנועה הרחק ממנו. אפקט זה יכול לגרום להערכות שונות של הצליל על ידי הפסנתרן והמאזין, כמו גם גוון שונה של הצליל שהוקלט על ידי המיקרופון בסיפון ובמאזין. ככל שההסדרה של הפאזות בין הצלילים העליונים והגובה המוגדר יותר קרובה יותר, כך הגוון אחיד יותר וגובה הצליל פחות ברור.

עבודות על הערכת ההשפעה של יחסי פאזה על תפיסת גוון הצליל המוזיקלי נלמדות כעת באופן פעיל במרכזים שונים (למשל ב-IRKAm), וניתן לצפות לתוצאות חדשות בעתיד הקרוב.

גוון ועקרונות כלליים של זיהוי דפוסי שמיעה

הגוון הוא מזהה של המנגנון הפיזי של היווצרות הצליל על פי מספר תכונות, הוא מאפשר לך לבחור את מקור הצליל (כלי או קבוצת מכשירים) ולקבוע את אופיו הפיזי.

זה משקף את העקרונות הכלליים של זיהוי תבניות שמיעתיות, שלפי הפסיכואקוסטיקה המודרנית מבוססים על עקרונות פסיכולוגיית הגשטאלט (גשטאלט, גרמנית - "תמונה"), הקובעת שכדי להפריד ולהכיר מידע קולי שונה המגיע אל מערכת השמיעה ממקורות שונים בו-זמנית (נגינת תזמורת, שיחה של בני שיח רבים וכו'), מערכת השמיעה (כמו הוויזואלית) משתמשת בכמה עקרונות כלליים:

- הַפרָדָה- חלוקה לזרמי קול, כלומר. בחירה סובייקטיבית של קבוצה מסוימת של מקורות קול, למשל, עם פוליפוניה מוזיקלית, האוזן יכולה לעקוב אחר התפתחות מנגינה בכלים בודדים;
- דִמיוֹן- צלילים דומים בגוון מקובצים יחד ומיוחסים למקור אחד, למשל, צלילי דיבור בעלי גובה דומה וגוון דומה מוגדרים כשייכים לבן שיח אחד;
- הֶמשֵׁכִיוּת- מערכת השמיעה יכולה לבצע אינטרפולציה של צליל מזרם בודד דרך מסגר, למשל, אם קטע רעש קצר מוכנס לזרם דיבור או מוזיקה, ייתכן שמערכת השמיעה לא תבחין בכך, זרם הקול ימשיך להיתפס כ רָצִיף;
- "גורל משותף"- צלילים שמתחילים ועוצרים, כמו גם שינוי באמפליטודה או בתדר בגבולות מסויימים באופן סינכרוני, מיוחסים למקור אחד.

לפיכך, המוח מבצע קיבוץ של מידע הצליל הנכנס, הן ברצף, הקובע את התפלגות הזמן של רכיבי הקול בתוך זרם קול בודד, והן במקביל, תוך הדגשת רכיבי התדר שנמצאים ומשתנים בו זמנית. בנוסף, המוח משווה כל הזמן את מידע הקול הנכנס לתמונות הקול "מוקלטות" בתהליך הלמידה בזיכרון. בהשוואה בין השילובים הנכנסים של זרמי הקול לתמונות הזמינות, הוא מזהה אותם בקלות אם הם תואמים לתמונות אלו, או צירופי מקרים, מייחס להם כמה מאפיינים מיוחדים (לדוגמה, מקצה צליל וירטואלי, כמו בקול פעמונים).

בכל התהליכים הללו, זיהוי גוון ממלא תפקיד מהותי, שכן גוון הוא המנגנון שבאמצעותו התכונות הקובעות את איכות הצליל מופקות מתכונות פיזיקליות: הן מוקלטות בזיכרון, בהשוואה לאלו שכבר הוקלטו, ואז מזוהות באזורים מסוימים של קליפת המוח.

אזורי השמיעה של המוח

גָוֶן- התחושה היא רב מימדית, בהתאם למאפיינים פיזיים רבים של האות והמרחב שמסביב. בוצעו עבודות על קנה מידה של גוון במרחב מטרי (סולמות הם מאפיינים ספקטרליים וזמניים שונים של האות, ראה החלק השני של המאמר בגיליון הקודם).

עם זאת, בשנים האחרונות ישנה הבנה שסיווג הצלילים במרחב הנתפס סובייקטיבית אינו תואם את המרחב המטרי האורתוגונלי הרגיל, ישנו סיווג לפי "תת-מרחבים" הקשורים לעקרונות הנ"ל, שאינם מטרי. ולא אורתוגונלי.

על ידי הפרדת צלילים לתת-חללים אלו, מערכת השמיעה קובעת את "איכות הצליל", כלומר את הגוון, ומחליטה לאיזו קטגוריה יש להציב את הצלילים הללו. עם זאת, יש לציין שכל מערך תת-המרחבים בעולם הצליל הנתפס סובייקטיבית נבנה על בסיס מידע על שני פרמטרים של צליל מהעולם החיצון - עוצמה וזמן, והתדירות נקבעת לפי זמן ההגעה של הקול. אותם ערכי עוצמה. העובדה שהשמיעה מחלקת את מידע הצליל הנכנס למספר תת-מרחבים סובייקטיביים בבת אחת מגדילה את הסבירות שניתן לזהות אותו באחד מהם. על בחירת תת-המרחבים הסובייקטיביים הללו, שבהם מתרחשת הכרת הגוונים וסימנים אחרים של אותות, מכוונים כיום מאמצי המדענים.

סיכום

אם נסכם כמה תוצאות, אנו יכולים לומר שהמאפיינים הפיזיקליים העיקריים שקובעים את הגוון של הכלי, והשינוי שלו לאורך זמן, הם:
- יישור אמפליטודות של צלילים עיליים במהלך ההתקפה;
- שינוי של יחסי פאזה בין צלילים עיליים מדטרמיניסטים לאקראיים (במיוחד, עקב חוסר הרמוניה של צלילים עיליים של כלים אמיתיים);
- שינוי בצורת המעטפת הספקטרלית בזמן בכל תקופות התפתחות הקול: התקפה, חלק נייח וריקבון;
- נוכחות של אי סדרים במעטפת הספקטרלית ובמיקום המרכז הספקטרלי (מקסימום

אנרגיה ספקטרלית, הקשורה לתפיסה של פורמנטים) ושינוים בזמן;

מבט כללי של מעטפות ספקטרליות ושינוי הזמן שלהן

נוכחות של מודולציות - משרעת (טרמולו) ותדר (ויברטו);
- שינוי בצורת המעטפת הספקטרלית ובאופי השינוי שלה בזמן;
- שינוי בעוצמת (העוצמה) של הצליל, כלומר. אופי האי-לינאריות של מקור הקול;
- נוכחות של סימנים נוספים לזיהוי הכלי, למשל, הרעש האופייני של הקשת, צליל השסתומים, חריקת ברגים בפסנתר וכו'.

כמובן, כל זה אינו ממצה את רשימת התכונות הפיזיות של האות שקובעות את הגוון שלו.
החיפושים בכיוון זה נמשכים.
עם זאת, בעת סינתזה של צלילים מוזיקליים, יש צורך לקחת בחשבון את כל הסימנים כדי ליצור צליל ריאליסטי.

תיאור מילולי (מילולי) של הגוון

אם יש יחידות מדידה מתאימות להערכת גובה הצלילים: פסיכופיזיים (גירים), מוזיקליים (אוקטבות, טונים, חצאי טונים, סנט); מכיוון שיש יחידות לקולניות (בנים, רקע), אי אפשר לבנות סולמות כאלה לגוונים, מכיוון שהמושג הזה הוא רב מימדי. לכן, יחד עם החיפושים המתוארים לעיל אחר המתאם של תפיסת גוון עם הפרמטרים האובייקטיביים של צליל, כדי לאפיין את גווני כלי הנגינה, נעשה שימוש בתיאורים מילוליים, שנבחרו בהתאם לסימני ההתנגדות: בהיר - עמום, חד - רך , וכו.

בספרות המדעית יש מספר רב של מושגים הקשורים להערכת גווני צליל. לדוגמה, ניתוח המונחים המקובלים בספרות הטכנית המודרנית איפשר לזהות את המונחים הנפוצים ביותר המוצגים בטבלה. נעשו ניסיונות לזהות את המשמעותיים שבהם, ולשנות את הגוון לפי סימנים מנוגדים, וכן לחבר את התיאור המילולי של הגוונים עם כמה פרמטרים אקוסטיים.

מונחים סובייקטיביים בסיסיים לתיאור הגוון המשמש בספרות טכנית בינלאומית מודרנית (ניתוח סטטיסטי של 30 ספרים וכתבי עת).

חומצי - חמוץ
כוחני - מחוזק
עמום - עמום
מפוכח - מפוכח (סביר)
עתיק - ישן
כפור - כפור
דייסתי - נקבובי
רך - רך
קשתות - קמור
מלא - מלא
מסתורי - מסתורי
חגיגי - חגיגי
רהוט - קריא
מטושטש - פלאפי
אף - אף
מוצק - מוצק
מחמיר - קשוח
גאוזי - רזה
מסודר - מסודר
קודר - קודר
לנשוך, לנשוך - לנשוך
עדין - עדין
ניטרלי - ניטרלי
צלילים - צלילים
תפל - רומז
רפאים - רפאים
אצילי - אצילי
פלדה - פלדה
רועם - שואג
זגוגית - זגוגית
בלתי ניתן לתיאור - בלתי ניתן לתיאור
מתאמץ - מתאמץ
תקיעה - תקיעה
נוצץ - מבריק
נוסטלגי - נוסטלגי
צר - חורק
נשימה - נשימתית
קודר - משעמם
מבשר רעות - מרושע
מחמיר - צפוף
בהיר - בהיר
גרגירי - גרגירי
רגיל - רגיל
חזק - חזק
מבריק - מבריק
צורם - חורק
חיוור - חיוור
מחניק - מחניק
שביר - מטלטלין
קבר - רציני
נלהב - נלהב
מאופק - מרוכך
זמזום - זמזום
גדל - חודר - חודר
חונק - חונק
רגוע - רגוע
קשה קשה
פירסינג - פירסינג
מתוק מתוק
נשיאה - טיסה
קשה - מחוספס
צבט - מוגבל
חריף - מבולבל
מרוכז - מרוכז
רודף - רודף
שלווה - שלווה
טארט - חמוץ
clangorous - מצלצל
מעורפל - מעורפל
מתלונן - אבל
קריעה - משתוללת
ברור, בהירות - ברור
לבבי - כנה
כבד - כבד משקל
רך - עדין
מעונן - ערפילי
כבד - כבד
עוצמתי - עוצמתי
מתוח - מתוח
גס - מחוספס
הרואי - הרואי
בולט - בולט
עבה - עבה
קר קר
צרוד - צרוד
חריף - קאוסטי
דק - דק
צבעוני - צבעוני
חלול - ריק
טהור - טהור
מאיים - מאיים
חסר צבע - חסר צבע
צופר - זמזום (צופר לרכב)
זוהר - זוהר
גרוני - צרוד
מגניב - מגניב
hooty - זמזום
צרוד - מקשקש
טראגי - טראגי
פצפוץ - פצפוץ
האסקי - האסקי
מקשקש - רעם
שליו - מרגיע
מתרסק - קו שבור
ליבון - ליבון
reedy - צווחני
שקוף - שקוף
קרמי - קרמי
חריף - חד
מעודן - מעודן
triumphant - מנצח
גבישי - גבישי
חסר ביטוי - חסר ביטוי
שלט - שלט
tubby - בצורת חבית
חיתוך - חד
אינטנסיבי - אינטנסיבי
עשיר - עשיר
עכור - מעונן
כהה - כהה
התבוננות פנימית - מעמיקה
צלצול - צלצול
turgid - גרנדילוקט
עמוק עמוק
משמח - משמח
חסון - מחוספס
לא ממוקד - לא ממוקד
עדין - עדין
נמק - עצוב
מחוספס - טארט
לא בולט - צנוע
צפוף - צפוף
אור אור
מעוגל - עגול
מצועף - מצועף
מפוזר - מפוזר
צלול - שקוף
חולית - חולית
קטיפתי - קטיפתי
עגום - מרוחק
נוזלי - מימי
פראי - פראי
vibrant - רוטט
רחוק - נבדל
חזק - חזק
צורח - צורח
חיוני - חיוני
חולמני - חולמני
זוהר - מבריק
sere - חושנית יבשה - שופעת (יוקרתית)
יבש - יבש
שופע (לושוס) - עסיסי
שלווה, שלווה - רגועה
wan - עמום
משעמם - משעמם
לירי - לירי
צללים - מוצלים
חם חם
רציני - רציני
מאסיבי - מאסיבי
חד - חד
מימי - מימי
אקסטטי - אקסטטי
מדיטטיבי - מהורהר
שימר - רועד
חלש - חלש
אתרי - אתרי
מלנכוליה - מלנכוליה
צועק - צורח
כבד משקל - כבד
אקזוטי - אקזוטי
נימוח - רך
צווחני - צווחני
לבן לבן
אקספרסיבי - אקספרסיבי
מלודי - מלודי
משיי - משיי
רוח - רוח
שמן שמן
מאיים - מאיים
כסוף - כסוף
צמרמורת - רזה
עז - קשוח
מתכתי - מתכתי
שירה - מלודית
וודי - עץ
רפוי - רפוי
ערפילי - לא ברור
מרושע - מרושע
כמיהה - משמימה
ממוקד - ממוקד
אבל - אבל
רפוי - רפוי
דוחה - דוחה
בוצי - מלוכלך
חלק - חלק

אולם הבעיה העיקרית היא שאין הבנה חד משמעית של המונחים הסובייקטיביים השונים המתארים את הגוון. התרגום המופיע ברשימה לא תמיד תואם את המשמעות הטכנית המוטמעת בכל מילה בעת תיאור היבטים שונים של הערכת גוון.

בספרות שלנו, פעם היה תקן למונחים בסיסיים, אבל עכשיו הדברים מאוד עצובים, כי לא נעשתה עבודה כדי ליצור את המינוח המתאים בשפה הרוסית, ומונחים רבים משמשים במשמעויות שונות, לפעמים הפוכות ישירות.
בהקשר זה, בעת פיתוח שורה של תקנים להערכות סובייקטיביות של איכות ציוד שמע, מערכות הקלטת קול וכו', החלה AES לספק הגדרות של מונחים סובייקטיביים בנספחים לתקנים, ומאחר וסטנדרטים נוצרים בקבוצות עבודה. הכוללים מומחים מובילים ממדינות שונות, הליך חשוב מאוד זה מוביל להבנה עקבית של המונחים הבסיסיים לתיאור הגוונים.
כדוגמה, אביא את תקן AES-20-96 - "המלצות להערכה סובייקטיבית של רמקולים", - שנותן הגדרה מוסכמת למונחים כמו "פתיחות", "שקיפות", "בהירות", "מתח" , "חדות" וכו'.
אם עבודה זו תימשך באופן שיטתי, אז, אולי, המונחים הבסיסיים לתיאור מילולי של גווני הצלילים של כלים שונים ומקורות צליל אחרים יהיו בעלי הגדרות מוסכמות ויובנו באופן חד משמעי או די מקרוב על ידי מומחים ממדינות שונות.