Частота звуковой волны и цвет.

Механика идеального слуха очень проста и может быть понята при сравнении чувства слуха и зрения. Давайте рассмотрим некоторые факты и впечатления слухового и визуального восприятия и, затем, проведем аналогию между ними.

Слуховое восприятие, как и визуальное, связано с волновыми частотами. Частота звука или световой волны подразумевает количество вибраций в течении секунды. Выражается оно в герцах (Hz), один герц означает одно колебание в секунду.

Глаз может видеть световую волну с частотой от 4,5 х 1014 Hz до 7,8 х 1014 Hz, и каким-то образом различать в этом диапазоне определенные цвета, входящие в спектр призмы: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, индиго, фиолетовый – со всеми промежуточными оттенками.

Ухо чувствительно к значительно большему диапазону частот звуковых волн от приблизительно 16 Hz до 20 000 Hz (некоторые люди способны слышать до 40 000 Hz). Внутри этого бесконечного спектра частот Западная музыка сегодня использует около 88 специфических тонов (каждый из которых имеет свою окраску), что можно увидеть на клавиатуре пианино. Современный основной тон установлен на А – 440, это означает, что принятая стандартная высота совпадает с А (ля) первой октавы и располагается на частоте в 440 вибраций в секунду (или 440 Hz), все остальные тоны расположенный относительно, отталкиваясь от данной частоты. Каждая последующая октава на клавиатуре удваивает частоты предыдущей, кроме того, каждая октава разделена на 12 полутонов или хроматических ступеней.

Добавив к этой информации немного математики, можно продемонстрировать, что частота любого тона умноженная 12-тичный корень двойки (что приблизительно равно 1.0595) будет соответствовать частоте следующего высшего тона (т.е. А-440 х 1.0595 = Bb-466, следующая ступень вверх). Таким образом, мы можем посчитать нижний тон для пианино – А-27,5 и высший тон – С-4186 (С первой октавы имеет частоту 261,7 Hz), видно, что каждый тон легко вписывается в пределы слышимости.

Учитывая, что каждая октава удваивает частоты предыдущей, становится понятным, что ухо умеет слышимый диапазон из 10-11 октав, в сравнении менее чем с одной для зрительного восприятия. Поэтому, похоже, что ухо в своем диапазоне имеет больше возможностей восприятия, чем даже глаз. Ухо является настолько деликатным и совершенным инструментом восприятия, что нетрудно понять, каким образом оно имеет природную способность улавливать различные частоты волн (высоты) в виде различных цветов звукового спектра, так же, как в зрительном диапазоне - глаз обычно видит все цвета радуги в соответствии с их определенными частотами.

Каждая слышимая нами высота имеет определенную частоту волны и, исходя из этого, каждая высота имеет определенный звуковой окрас (цвет). Все, что нам нужно сделать для восприятия этих цветов – просто научиться слушать.

 

 

Многие музыканты уже развили цветной слух. Но какими являются эти ощущения для каждого? Цвет легко понять в рамках зрения, но когда дело доходит до чувства слуха, слово «цвет» может подразумевать вещи прямо не относящиеся к понятию идеального слуха.

Теперь давайте четко проясним, что имеется в виду, когда мы говорим о цветовом слухе, способности слышать цвет тона в звуковом спектре.

 

Цветной слух и тембр.

Музыканты обычно используют термин тональная окраска, когда говорят о качественной характеристике тона, которая дает возможность для существования различных музыкальных инструментов. Тональный окрас, или тембр – это набор характеристик обертонов уникальных для каждого инструмента, придающих ему особое звучание. Если вы сыграете ноту на тубе, а затем на гобое, их будет очень легко отличить благодаря тембровым различиям. Тембр делает звучание «металлическим», «гнусавым», «струнным», «глухим», «богатым» и т.д.

Обертоны, отвечающие за качество тембра намного слабее, чем фундаментальные тональные звуки, поэтому обычно они не замечаются музыкантами сознательно. Но если внимательно прислушаться, то можно услышать большинство из них.

 

 

Подойдите к пианино и нажмите C малой октавы. Струна вибрирует не только в виде одной большой волны, но и дополнительно преломляется на половины, трети, четверти и так до бесконечности, что и является причиной появления дополнительных обертонов, которые можно услышать. Умножая частоты основного тона на 2,3,4 и т.д. мы можем подсчитать частоты его обертонов. Вместе со специфическим звучанием ноты C, тоны, показанные на рис.1 также звучат, большинство из них можно заметить, если прислушаться.

Попробуйте следующий эксперимент: Нажмите клавишу C 1-й октавы, но медленно, чтобы звука не было. Затем нажмите C малой октавы, но извлеките краткий звук. Вы заметите, что C 1-й октавы теперь тоже звучит. Первый обертон C малой октавы идентичный по частоте с C 1-й октавы, что приводит к ответной вибрации струны C 1-й октавы. Попробуйте это с C малой октавы и с C# 1-й октавы. Ничего не получится, т.к. С# 1-й октавы не является обертоном C малой октавы. Вы можете повторить этот эксперимент с другими обертонами, но он не всегда будет получаться из-за математических различий в высоте звука среди натуральных гармонических обертонов в соответствии с Западным порядком 12-ти шагового звукоряда.

Это и есть присутствие, отсутствие, относительная сила обертонов и место их нахождения в гармонической структуре, определяющей «тональный окрас», или тембр инструмента. На Рис.2 изображен график звуковой волны демонстрирующей чистый тон камертона, который изначально не имеет обертонов и тембра. Модель звуковой волны камертона – это простая волна синусоида. Набор обертонов, уникальных для звукового инструмента, показан на графике звуковой волны в виде колебаний внутри основной синусоиды на Рис.3. Каждый музыкальный инструмент имеет различные волновые модели, создаваемые специфическим набором обертонов, которые наш слух воспринимает как тембр или уникальное звучание инструмента.

Хотя музыканты обычно понимают под качеством тембра тональный цвет, это ошибочное представление. Такие качества как «металичность», «гнусавость» и т.д. – это не цвет, правильнее будет назвать их структурой. Если что-то звучит гнусаво, например, это скорее структурная особенность, нежели звуковой цвет.

 

 

Поскольку музыканты по своей сути поэты в сердцах, то им приятно использовать такое слово как «окраска» в музыкальном жаргоне, а также в других отношениях. В дополнение к тональной окраске, мы также используем слово «окрас» в отношении гармонической структуры, характера мелодии, динамики, регистра, украшающих и интерпретирующих устройств, как основное свойство при их работе. Окрас подразумевает единицу мелодического повторения при использовании Французской Ars Nova формы музыки в 14-м веке. Все эти понятия являются на самом деле свободными интерпретациями слова, которое также имеет специфичное значение в физике: качества волновых частот, позволяющие узнавать их на основе восприятия. Т.к. тональный цвет означает уникальный звук частотной волны, то перед нами более точное и уместное использование слова цвет, чем в предыдущих случаях.

Как говорилось ранее, структурная форма, которую принимает тон (его тембр), может быть показана на индивидуальном графике, по типу показанного на Рис.3. С другой стороны, окрас тона (в отличие от тембра) определяет количество волновых колебаний в секунду, как при сравнении чувства слуха и зрения. Чем больше частота (Hz), тем выше будет высота, кроме того, каждая высота имеет отдельную звуковую окраску.

Графическая модель определенного инструмента – это «отпечаток пальца» тембра. В независимости от звучащей высоты звука, модель будет иметь одинаковую основную структуру, присущую данному инструменту. Цвета созвучных высот, однако, одинаковы для любого инструмента, если сравнивать одни и те же высоты (частоты), но эти цвета несут облик множества отдельных «тональных структур» в зависимости от звучащего инструмента. Когда вы разберетесь с этим, то вам станет намного проще разобраться с механикой определения тона: если Bb звучит на флейте, то музыкант знает, что это Bb, из-за восприятия им цвета, но он также слышит, что это именно флейта, воспринимая её мягкие, тонкие звуковые структуры (тембр).

Здесь важно четко разграничивать «тональный окрас» (что на самом деле есть тональной структурой) и другие значения слова окрас с цветовым слухом, что является свойством слухового восприятия. Можно согласиться с тем, что поздно вносить новые значения слова «окрас» к списку уже сложившихся его значений в музыке, но чувство абсолютного слуха должно обязательно ассоциироваться с этим словом, как наиболее подходящее.

 

Цветной слух и синестезия.

Некоторые люди воспринимают музыкальные тоны неординарным способом, звук как бы выходит за рамки слуха и воспринимается другими чувствами, например зрительными образами. Вот почему, когда они слышат звук, то одновременно ощущают какой-то его визуальный оттенок. Это очень редкий и необычный феномен, называемый синестезией, подразумевающий, что одно из пяти чувств срабатывает на раздражитель, не входящий в рамки восприятия, свойственные данной области. Другими словами, синестетик видит звуковой цвет, помимо слухового восприятия самого звука.

Данный феномен не имеет никакой связи с владением абсолютным слухом. Человек с абсолютным слухом не видит непосредственно цвет, когда слушает музыкальный тон; вернее сказать, что он слышит тональный окрас звука. Визуальный цвет и тональный цвет оба могут справедливо называться цветом, потому что оба обозначают качественную характеристику волновых частот.

Это похоже на абстрактное понимание по применению к слуху, из-за необычности восприятия тонального цвета. Если вы попытаетесь объяснить, каким образом различные частоты света понимаются глазом как «красный», «оранжевый», «голубой» и т.д., разумные объяснения будут даваться вам с трудом, даже не смотря на то, что ваше зрение – для вас привычное и простое чувство. Но факт того, что вы видите цвета, означает, что вы можете идентифицировать определенные области световых частот всего лишь при их контакте с глазом.

Таким же образом, сложно описать, как спектр музыкального звука воспринимается нашим слухом с различными окрасками. Даже большинство людей с абсолютным слухом не могут объяснить, как они различают разницу между тональностями. Когда звучит С#, люди, слушающие цвета, сразу определят эту ноту. Но если спросить, как они это делают, большинство ответит что-то на подобии, «я не знаю, как… просто это звучит как C#». Цвет, или визуальный или звуковой, сложно описать тому, кто никогда его не ощущал.

Каждый тон на музыкальном инструменте представляет собой различную частоту волны, и вследствие этого должен восприниматься как отдельный цвет: C, C#, D, Eb и т.д. Если вы слышите C# и не можете определить, это C# или Bb, то вы просто еще не заметили специфический оттенок C#.

Доказательством того, что кто-то слышит цвета тонов, будет факт распознавания ими специфических частотных диапазонов на слух. Бывает такое, что люди плохо различают световые или звуковые цвета, либо вообще не различают. Но это не значит, что они не воспринимают ничего, дальтоники, например, в худшем случае легко различают оттенки серого, а люди, не воспринимающие звуковые цвета, все равно слышат тональные переходы. Это означает, что развитие восприятия еще в процессе. Без тщательного сопоставления восприятия с существующим специальным стандартом, будет трудно определить название цветовой частоты. Цветовое определение, визуальное или слуховое, просто дает вам уникальное восприятие волновых частот, что позволяет определять их без сравнения и связи с чем-то еще, т.е. – красный всегда будет красным, F# всегда звучит как F#, и нет необходимости подключать какие либо другие чувства, дабы распознать это.

 

Суть этой главы в том, что цвет существует как для зрения, так и для слуха. Но нашей целью не является нахождение связей между двумя данными чувствами и четких их определений, что может оказаться сложнейшей задачей. Я хочу показать их сходство, волновые частоты могут восприниматься на слух, как цвета звукового спектра, точно так же, как мы видим цвета светового спектра. В дополнение, люди с цветовым слухом (абсолютным слухом) не видят цветов, когда ноты играются (это синестезия), но они легче определяют оттенки цветов, которые можно услышать.