Aká je farba hlasu. Timbres - music colors Prečo hudobné farby

Timbre

Najťažším subjektívne pociťovaným parametrom je timbre. S definíciou tohto pojmu vznikajú ťažkosti, ktoré sú porovnateľné s definíciou pojmu „život“: každý chápe, čo to je, ale veda už niekoľko storočí bojuje s vedeckou definíciou. Podobne s výrazom „timbre“: každému je jasné, o čom je reč, keď sa povie „krásny timbre hlasu“, „hluchý timbre nástroja“ atď., ale... Nedá sa povedať „viac- menej", "vyššie-nižšie" o timbre ", na jeho opis sa používajú desiatky slov: suchý, zvučný, mäkký, ostrý, jasný atď. (O pojmoch na opis timbre si povieme samostatne).

Timbre(timbre-Fr.) znamená „kvalita tónu“, „farba tónu“ (kvalita tónu).

Zafarbenie a akustické vlastnosti zvuku
Moderná výpočtová technika to umožňuje podrobná analýzačasová štruktúra akéhokoľvek hudobného signálu - to môže urobiť takmer každý hudobný editor, napríklad Sound Forge, Wave Lab, SpectroLab atď. husle).
Ako vidno z prezentovaných priebehov (t.j. závislosti zmeny akustického tlaku v čase), pri každom z týchto zvukov je možné rozlíšiť tri fázy: nápor zvuku (proces usadzovania), stacionárnu časť, akustický tlak, akustický tlak, akustický tlak a akustický tlak. a proces rozkladu. V rôznych nástrojoch, v závislosti od spôsobov výroby zvuku, ktoré sa v nich používajú, sú časové intervaly týchto fáz rôzne - to je možné vidieť na obrázku.

na bubny a trhané nástroje, napríklad gitary, krátky časový interval stacionárnej fázy a útokov a dlhý časový interval fázy doznievania. Vo zvuku organová píšťala možno vidieť pomerne dlhý úsek stacionárnej fázy a krátke obdobieútlm atď. Ak si predstavíme úsek stacionárnej časti zvuku časovo predĺženejší, potom jasne vidíme periodickú štruktúru zvuku. Táto periodicita je zásadne dôležitá pre určenie výšky tónu hudby, keďže sluchový systém dokáže určiť výšku tónu iba pre periodické signály a neperiodické signály vníma ako šum.

Podľa klasickej teórie, vyvinutej od Helmholtza takmer celých ďalších sto rokov, vnímanie farby závisí od spektrálnej štruktúry zvuku, to znamená od zloženia podtónov a pomeru ich amplitúd. Pripomínam, že podtóny sú všetky zložky spektra nad základnou frekvenciou a podtóny, ktorých frekvencie sú v celočíselných pomeroch so základným tónom, sa nazývajú harmonické.
Ako je známe, na získanie amplitúdového a fázového spektra je potrebné vykonať Fourierovu transformáciu časovej funkcie (t), teda závislosť akustického tlaku p od času t.
Pomocou Fourierovej transformácie môže byť akýkoľvek časový signál reprezentovaný ako súčet (alebo integrál) jeho jednoduchých harmonických (sínusových) signálov a amplitúdy a fázy týchto komponentov tvoria amplitúdové a fázové spektrá.

Pomocou algoritmov digitálnej rýchlej Fourierovej transformácie (FFT alebo FFT) vytvorených v priebehu posledných desaťročí je tiež možné vykonať operáciu na určenie spektier v takmer akomkoľvek programe na spracovanie zvuku. Napríklad program SpectroLab je vo všeobecnosti digitálny analyzátor, ktorý vám umožňuje zostaviť amplitúdové a fázové spektrum hudobného signálu v rôznych formách. Formy reprezentácie spektra môžu byť rôzne, hoci predstavujú rovnaké výsledky výpočtu.

Obrázok ukazuje vo forme frekvenčnej odozvy amplitúdové spektrá rôznych hudobných nástrojov (ktorých oscilogramy boli znázornené na obrázku vyššie). Frekvenčná odozva tu predstavuje závislosť amplitúd podtónu vo forme hladiny akustického tlaku v dB na frekvenciách.

Niekedy je spektrum reprezentované ako diskrétny súbor podtónov s rôznymi amplitúdami. Spektrá môžu byť reprezentované ako spektrogramy, kde frekvencia je vynesená pozdĺž vertikálnej osi, čas je vynesený pozdĺž horizontálnej osi a amplitúda je reprezentovaná intenzitou farby.

Okrem toho existuje forma reprezentácie vo forme trojrozmerného (kumulatívneho) spektra, o ktorej bude reč nižšie.
Na zostavenie spektier naznačených na predchádzajúcom obrázku sa v stacionárnej časti oscilogramu vyberie určitý časový úsek a pre tento úsek sa vypočíta spriemerované spektrum. Čím je tento segment väčší, tým je frekvenčné rozlíšenie presnejšie, ale v tomto prípade môže dôjsť k strate (vyhladeniu) jednotlivých detailov časovej štruktúry signálu. Takéto stacionárne spektrá majú individuálnych čŕt, charakteristické pre každý hudobný nástroj a závisia od mechanizmu tvorby zvuku v ňom.

Napríklad flauta používa ako rezonátor potrubie otvorené na oboch koncoch, a preto obsahuje všetky párne a nepárne harmonické v spektre. V tomto prípade úroveň (amplitúda) harmonických rýchlo klesá s frekvenciou. Klarinet používa ako rezonátor trubicu uzavretú na jednom konci, takže spektrum obsahuje hlavne nepárne harmonické. Potrubie má vo svojom spektre veľa vysokofrekvenčných harmonických. V súlade s tým sú znejúce farby všetkých týchto nástrojov úplne odlišné: flauta je mäkká, jemná, klarinet je nudný, hluchý, trúbka je jasná, ostrá.

Štúdiu vplyvu spektrálneho zloženia podtónov na timbre boli venované stovky prác, keďže tento problém je mimoriadne dôležitý tak pre dizajn hudobných nástrojov, ako aj pre kvalitné akustické zariadenia, najmä v súvislosti s vývojom Hi- Fi a High-End zariadenia a na sluchové hodnotenie zvukových záznamov a iné úlohy.stojí pred zvukárom. Nahromadené obrovské sluchové skúsenosti našich úžasných zvukových inžinierov - P.K. Kondrashina, V.G. Dinova, E.V. Nikulsky, S.G. Shugalya a ďalší - by mohli poskytnúť neoceniteľné informácie o tomto probléme (najmä ak o ňom písali vo svojich knihách, čo by si želali).

Keďže tieto informácie sú mimoriadne početné a často si protirečia, uvedieme len niektoré z nich.
Analýza celková štruktúra spektrá rôznych prístrojov znázornené na obrázku 5 nám umožňujú vyvodiť nasledujúce závery:
- pri absencii alebo nedostatku podtónov, najmä v spodnom registri, sa timbre zvuku stáva nudným, prázdnym - príkladom je sínusový signál z generátora;
- prítomnosť v spektre prvých piatich až siedmich harmonických s dostatočne veľkou amplitúdou dáva zafarbeniu plnosť a bohatosť;
- zoslabenie prvej harmonickej a zosilnenie vyšších harmonických (od šiestej po siedmu a vyššie) dáva zafarbenie

Analýza obálky amplitúdového spektra pre rôzne hudobné nástroje umožnila stanoviť (Kuznetsov „Akustika hudobných nástrojov“):
- plynulý nárast obálky (zvýšenie amplitúd určitej skupiny podtónov) v oblasti 200 ... 700 Hz vám umožňuje získať odtiene bohatosti, hĺbky;
- nárast v oblasti 2,5 ... 3 kHz dáva zafarbenie letu, zvukovosť;
- Nárast v oblasti 3 ... 4,5 kHz dáva zafarbeniu ostrosť, prenikavosť atď.

Jeden z mnohých pokusov o klasifikáciu kvality zafarbenia v závislosti od spektrálneho zloženia zvuku je znázornený na obrázku.

Početné experimenty s hodnotením kvality zvuku (a následne zafarbenia) akustických systémov umožnili zistiť vplyv rôznych vrcholov-poklesov vo frekvenčnej odozve na výraznú zmenu zafarbenia. Najmä sa ukazuje, že viditeľnosť závisí od amplitúdy, umiestnenia na frekvenčnej škále a faktora kvality vrcholov-poklesov v obálke spektra (t.j. od frekvenčnej odozvy). V strednom frekvenčnom rozsahu sú prahové hodnoty pre viditeľnosť vrcholov, t. j. odchýlky od priemernej úrovne, 2 ... 3 dB a viditeľnosť zmeny farby na vrcholoch je väčšia ako pri poklesoch. Poklesy úzkej šírky (menej ako 1/3 oktávy) sú pre ucho takmer neviditeľné - zjavne sa to vysvetľuje skutočnosťou, že práve takéto úzke poklesy sú zavedené do frekvenčnej odozvy rôznych zdrojov zvuku a ucho je na ne zvyknuté.

Zoskupovanie alikvótov do formantových skupín má výrazný vplyv najmä v oblasti maximálnej citlivosti sluchu. Keďže hlavným kritériom na rozlíšenie zvukov reči je umiestnenie oblastí formátu, prítomnosť frekvenčných rozsahov formantov (t. j. zdôraznené podtóny) výrazne ovplyvňuje vnímanie farby hudobných nástrojov a spevu: napr. formantová skupina v oblasti 2 ... 3 kHz dodáva spevu hlasu a zvukom huslí let, zvukovosť. Tento tretí formant je obzvlášť výrazný v spektrách Stradivariho huslí.

Tvrdenie je teda určite pravdivé klasickej teórieže vnímaná farba zvuku závisí od jeho spektrálneho zloženia, teda od umiestnenia podtónov na frekvenčnej škále a od pomeru ich amplitúd. Potvrdzuje to početná prax práce so zvukom v rôznych oblastiach. Moderné hudobné programy uľahčite kontrolu jednoduché príklady. Napríklad v Sound Forge môžete pomocou vstavaného generátora syntetizovať varianty zvukov s rôznym spektrálnym zložením a počúvať, ako sa mení zafarbenie ich zvuku.

Z toho vyplývajú ďalšie dva dôležité závery:
- zafarbenie zvuku hudby a reči sa mení v závislosti od zmeny hlasitosti a od transpozície vo výške tónu.

Keď sa zmení hlasitosť, zmení sa vnímanie zafarbenia. Po prvé, so zvýšením amplitúdy vibrácií vibrátorov rôznych hudobných nástrojov (struny, membrány, paluby atď.) V nich sa začínajú objavovať nelineárne efekty, čo vedie k obohateniu spektra o ďalšie podtóny. Na obrázku je znázornené spektrum klavíra pri rôznych rázových silách, kde pomlčka označuje hlukovú časť spektra.

Po druhé, so zvyšovaním úrovne hlasitosti sa mení citlivosť sluchového ústrojenstva na vnímanie nízkych a vysokých frekvencií (o krivkách rovnakej hlasitosti sme hovorili v predchádzajúcich článkoch). Preto, keď sa zvýši hlasitosť (až na rozumnú hranicu 90 ... 92 dB), zafarbenie sa stáva plnším, bohatším ako pri tichých zvukoch. S ďalším zvýšením hlasitosti začnú pôsobiť silné skreslenia zdrojov zvuku a sluchového systému, čo vedie k zhoršeniu farby.

Transponovanie melódie vo výške tiež mení vnímaný timbre. Po prvé, spektrum je vyčerpané, pretože niektoré podtóny spadajú do nepočuteľného rozsahu nad 15 ... 20 kHz; po druhé, v oblasti vysokých frekvencií sú prahy počutia oveľa vyššie a vysokofrekvenčné podtóny sa stávajú nepočuteľnými. V zvukoch s nízkym registrom (napríklad pri orgáne) sú podtóny zosilnené v dôsledku zvýšenej citlivosti sluchu na stredné frekvencie, takže zvuky s nízkym registrom znejú bohatšie ako zvuky v strednom rozsahu, kde takéto vylepšenie podtónu nie je. Treba poznamenať, že keďže krivky rovnakej hlasitosti, ako aj strata citlivosti sluchu na vysoké frekvencie sú do značnej miery individuálne, zmena vnímania zafarbenia so zmenami hlasitosti a výšky je u rôznych ľudí tiež veľmi odlišná.
Doposiaľ nazhromaždené experimentálne údaje však umožnili odhaliť určitú invarianciu (stabilitu) farby za viacerých podmienok. Napríklad pri transponovaní melódie pozdĺž frekvenčnej škály sa odtiene zafarbenia samozrejme menia, ale vo všeobecnosti je zafarbenie nástroja alebo hlasu ľahko rozpoznateľné: pri počúvaní napríklad saxofónu alebo iného nástroja cez tranzistorový rádiový prijímač, jeho zafarbenie možno identifikovať, hoci jeho spektrum bolo značne skreslené. Pri počúvaní toho istého nástroja na rôznych miestach v sále sa mení aj jeho zafarbenie, ale základné vlastnosti zafarbenia, ktoré je tomuto nástroju vlastné, zostávajú zachované.

Niektoré z týchto rozporov boli čiastočne vysvetlené v rámci klasickej spektrálnej teórie zafarbenia. Napríklad sa ukázalo, že pre zachovanie hlavných čŕt zafarbenia pri transpozícii (prenos po frekvenčnej škále) je zásadne dôležité zachovať tvar obálky amplitúdového spektra (t.j. jeho formantovú štruktúru). Obrázok napríklad ukazuje, že pri prenose spektra o oktávu v prípade zachovania obalovej štruktúry (možnosť „a“) ​​sú variácie zafarbenia menej významné ako pri prenose spektra pri zachovaní pomeru amplitúd (možnosť "b").

To vysvetľuje skutočnosť, že zvuky reči (samohlásky, spoluhlásky) možno rozpoznať bez ohľadu na výšku (frekvenciu základného tónu), ktorú vyslovujú, ak sa zachová vzájomná poloha ich formantových oblastí.

Ak teda zhrnieme výsledky získané klasickou teóriou timbru, berúc do úvahy výsledky posledných rokov, môžeme povedať, že timbre, samozrejme, výrazne závisí od priemerného spektrálneho zloženia zvuku: počet podtónov, ich relatívnom umiestnení na frekvenčnej škále, na pomere ich amplitúd, to znamená tvarovej spektrálnej obálky (AFC), alebo skôr zo spektrálneho rozloženia energie na frekvencii.
Keď sa však v 60-tych rokoch začali prvé pokusy syntetizovať zvuky hudobných nástrojov, pokusy obnoviť zvuk, najmä píšťaly podľa známeho zloženia jej spriemerovaného spektra, boli neúspešné - zafarbenie bolo úplne odlišné od zvuk dychových nástrojov. To isté platí pre prvé pokusy o syntézu hlasu. Počas tohto obdobia, spoliehajúc sa na možnosti, ktoré poskytuje počítačová technika, sa začal rozvíjať ďalší smer - vytvorenie spojenia medzi vnímaním zafarbenia a časovou štruktúrou signálu.
Predtým, ako pristúpime k výsledkom získaným v tomto smere, je potrebné povedať nasledovné.
Najprv. Prevláda názor, že pri práci so zvukovými signálmi stačí získať informácie o ich spektrálnom zložení, keďže pomocou Fourierovej transformácie je vždy možné prejsť na ich časový tvar a naopak. Jednoznačný vzťah medzi časovými a spektrálnymi reprezentáciami signálu však existuje iba v lineárnych systémoch a sluchový systém je v podstate nelineárny systém, a to ako pri vysokej, tak aj pri nízkej úrovni signálu. Preto spracovanie informácií v sluchovom systéme prebieha paralelne v spektrálnej aj časovej oblasti.

Konštruktéri kvalitných akustických zariadení čelia tomuto problému neustále, keď sa skreslenie frekvenčnej odozvy akustického systému (t.j. nerovnomernosť spektrálnej obálky) dostane na takmer sluchové prahy (2dB nerovnomernosť, šírka pásma 20 Hz ... 20 kHz atď.) a odborníci alebo zvukári hovoria: „husle znejú chladne“ alebo „hlas s kovom“ atď. Sluchovému systému teda nestačia informácie získané zo spektrálnej oblasti, sú potrebné informácie o časovej štruktúre. Nie je prekvapením, že metódy merania a hodnotenia akustických zariadení sa v priebehu rokov výrazne zmenili. posledné roky- objavila sa nová digitálna metrológia, ktorá umožňuje určiť až 30 parametrov v časovej aj spektrálnej oblasti.
Preto informácie o zafarbení hudobného a rečového signálu musí sluchový systém získať z časovej aj spektrálnej štruktúry signálu.
Po druhé. Všetky výsledky získané vyššie v klasickej teórii zafarbenia (Helmholtzova teória) sú založené na analýze stacionárnych spektier získaných zo stacionárnej časti signálu s určitým spriemerovaním, je však zásadne dôležité, že prakticky neexistujú žiadne konštantné, stacionárne časti v skutočných hudobných a rečových signáloch. Živá hudba je nepretržitá dynamika, neustála zmena, a to vďaka hlbokým vlastnostiam sluchového ústrojenstva.

Štúdie fyziológie sluchu umožnili zistiť, že v sluchovom systéme, najmä v jeho vyšších častiach, existuje veľa takzvaných "noviniek" alebo "rozpoznávacích" neurónov, t.j. neurónov, ktoré sa zapínajú a začínajú viesť elektrické výboje. iba ak dôjde k zmene signálu (zapnutie, vypnutie, zmena úrovne hlasitosti, výšky tónu atď.). Ak je signál stacionárny, tieto neuróny sa nezapnú a signál je riadený obmedzeným počtom neurónov. Tento jav je všeobecne známy z Každodenný život: ak sa signál nezmení, často si to jednoducho prestanú všímať.
Pre hudobný výkon je akákoľvek monotónnosť a stálosť katastrofálna: poslucháč vypne neuróny novosti a prestane vnímať informácie (estetické, emocionálne, sémantické atď.), Preto je v živom vystúpení vždy dynamika (hudobníci a speváci široko použiť rôzne modulácie signálu - vibrato, tremolo atď.).

Okrem toho má každý hudobný nástroj, vrátane hlasu, špeciálny systém produkcie zvuku, ktorý určuje jeho vlastnú časovú štruktúru signálu a jeho dynamiku zmien. Porovnanie časovej štruktúry zvuku ukazuje zásadné rozdiely: najmä trvanie všetkých troch častí – ataku, stacionárnej časti a doznievania – sa u všetkých nástrojov líši trvaním a formou. o bicie nástroje veľmi krátka stacionárna časť, čas nábehu 0,5...3 ms a čas pádu 0,2...1 s; pre sklonené je čas útoku 30 ... 120 ms, čas doznievania je 0,15 ... 0,5 s; pre orgán je útok 50 ... 1000 ms a rozpad je 0,2 ... 2 s. Navyše, tvar časovej obálky je zásadne odlišný.
Experimenty ukázali, že ak odstránite časť časovej štruktúry zodpovedajúcu útoku zvuku, alebo zameníte útok a doznievanie (hranie v opačnom smere), alebo nahradíte útok z jedného nástroja útokom z iného, ​​potom je takmer nemožné identifikovať farbu tohto nástroja. V dôsledku toho sa na rozpoznávanie zafarbenia používa nielen stacionárna časť (ktorej priemerné spektrum slúži ako základ klasickej teórie zafarbenia), ale aj obdobie formovania časovej štruktúry, ako aj obdobie útlmu (úpadku) sú životne dôležité prvky.

Pri počúvaní v ktorejkoľvek miestnosti totiž dostávajú prvé odrazy do sluchového ústrojenstva po útoku a počiatočná časť stacionárnej časti už bola vypočutá. Zároveň je proces dozvuku miestnosti superponovaný na doznievanie zvuku z nástroja, čo výrazne maskuje zvuk a prirodzene vedie k modifikácii vnímania jeho zafarbenia. Sluch má určitú zotrvačnosť a krátke zvuky sú vnímané ako kliknutia. Preto musí byť trvanie zvuku dlhšie ako 60 ms, aby bolo možné rozpoznať výšku tónu, a teda aj zafarbenie. Zdá sa, že konštanty by mali byť blízko.
Čas medzi začiatkom príchodu priameho zvuku a okamihmi príchodu prvých odrazov sa však ukazuje ako dostatočný na rozpoznanie zafarbenia zvuku jednotlivého nástroja - táto okolnosť samozrejme určuje invarianciu (stabilitu ) rozpoznávania timbrov rôznych nástrojov v rôznych podmienkach počúvania. Moderné počítačové technológie umožňujú dostatočne podrobne analyzovať procesy vytvárania zvuku v rôznych nástrojoch a vyčleniť najvýznamnejšie akustické vlastnosti, ktoré sú najdôležitejšie pre určenie zafarbenia.

Významný vplyv na vnímanie farby hudobného nástroja alebo hlasu má štruktúra jeho stacionárneho (spriemerovaného) spektra: zloženie alikvót, ich umiestnenie na frekvenčnej škále, ich frekvenčné pomery, amplitúdové rozloženie a tvar spektrálny obal, prítomnosť a tvar formantových oblastí atď., čo plne potvrdzuje ustanovenia klasickej teórie zafarbenia, uvedené v dielach Helmholtza.
Experimentálne materiály získané v posledných desaťročiach však ukázali, že rovnako významnú a možno oveľa významnejšiu úlohu pri rozpoznávaní zafarbenia zohráva nestacionárna zmena v štruktúre zvuku, a teda aj proces rozvíjania jeho spektra v čase. , predovšetkým na počiatočná fáza zvukové útoky.

Proces zmeny spektra v čase možno obzvlášť jasne „vidieť“ pomocou spektrogramov alebo trojrozmerných spektier (možno ich zostaviť pomocou väčšiny hudobných editorov Sound Forge, SpectroLab, Wave Lab atď.). Ich analýza pre zvuky rôznych nástrojov umožňuje odhaliť charakteristické črty procesov „nasadenia“ spektier. Napríklad na obrázku je znázornené trojrozmerné spektrum zvuku zvonu, kde frekvencia v Hz je vynesená na jednej osi, čas v sekundách na druhej; na tretej amplitúde v dB. Graf jasne ukazuje, ako prebieha proces vzostupu, usadzovania a rozpadu v čase spektrálnej obálky.

Porovnanie útoku C4 v rôznych drevené náradie ukazuje, že proces určovania fluktuácií pre každý nástroj má svoj osobitný charakter:

V klarinete dominujú nepárne 1/3/5 harmonické, pričom tretia harmonická sa objavuje v spektre o 30 ms neskôr ako prvá, potom sa vyššie harmonické postupne „zoraďujú“;
- pre hoboj začína vznik kmitov druhou a treťou harmonickou, potom sa objaví štvrtá a až po 8 ms sa začne objavovať prvá harmonická;
- na flaute sa najprv objaví prvá harmonická, potom až po 80 ms postupne vstupujú všetky ostatné.

Obrázok ukazuje proces vytvárania oscilácií pre skupinu medené nástroje: trúbka, trombón, roh a tuba.

Rozdiely sú jasne viditeľné:
- trúbka má kompaktný vzhľad skupiny vyšších harmonických, trombón sa objavuje najskôr ako druhá, potom prvá a po 10 ms druhá a tretia. Tuba a roh vykazujú koncentráciu energie v prvých troch harmonických, vyššie harmonické prakticky chýbajú.

Analýza získaných výsledkov ukazuje, že proces zvukového útoku výrazne závisí od fyzikálnej podstaty extrakcie zvuku na danom nástroji:
- z používania ušných vankúšikov alebo palíc, ktoré sú zase rozdelené na jednoduché alebo dvojité;
- z rôznych tvarov rúr (rovné úzkorozmerné alebo zúžené širokorozmerné) atď.

To určuje počet harmonických, čas ich výskytu, rýchlosť zarovnania ich amplitúdy a podľa toho aj tvar obalu časovej štruktúry zvuku. Niektoré nástroje, ako napríklad flauta

Obálka počas útočnej periódy má plynulý exponenciálny charakter a v niektorých, napríklad fagotoch, sú zreteľne viditeľné údery, čo je jedným z dôvodov výrazných rozdielov v ich timbre.

Počas ataku vyššie harmonické niekedy vedú k základnému tónu, preto môže dochádzať ku kolísaniu výšky, frekvencia a tým aj výška celkového tónu sa postupne zoraďujú. Niekedy sú tieto zmeny v periodicite kvázi náhodné. Všetky tieto vlastnosti pomáhajú sluchovému systému „rozpoznať“ zafarbenie konkrétneho nástroja v počiatočnom momente zaznenia.

Pre posúdenie znejúceho zafarbenia je dôležitý nielen moment jeho rozpoznania (teda schopnosť rozlíšiť jeden nástroj od druhého), ale aj schopnosť vyhodnotiť zmenu zafarbenia počas výkonu. Tu najdôležitejšiu úlohu zohráva dynamika zmeny spektrálnej obálky v čase vo všetkých fázach zvuku: útok, stacionárna časť, rozpad.
Správanie každého podtónu v čase nesie aj najdôležitejšie informácie o timbre. Napríklad pri zvuku zvonov je dynamika zmien obzvlášť zreteľne viditeľná, a to ako v zložení spektra, tak v povahe zmeny času amplitúd jeho jednotlivých podtónov: ak v prvom okamihu po údere v spektre je dobre viditeľných niekoľko desiatok spektrálnych zložiek, čo vytvára šumový charakter témbru, potom po niekoľkých sekundách v spektre zostáva niekoľko hlavných podtónov (základný tón, oktáva, duodecim a malá tercia po dvoch oktávach), zvyšok vybledne, a tým sa vytvorí zvláštny tónovo zafarbený zvukový timbre.

Príklad zmeny amplitúd hlavných tónov v priebehu času pre zvon je znázornený na obrázku. Je vidieť, že sa vyznačuje krátkym atakom a dlhou dobou doznievania, pričom rýchlosť vstupu a doznievania podtónov rôznych rádov a charakter zmeny ich amplitúd v čase sa výrazne líšia. Správanie sa rôznych podtónov v čase závisí od typu nástroja: pri zvuku klavíra, organu, gitary atď. má proces zmeny amplitúd podtónu úplne iný charakter.

Prax ukazuje, že aditívna počítačová syntéza zvukov, berúc do úvahy špecifiká nasadenia jednotlivých alikvót v čase, umožňuje získať oveľa „živší“ zvuk.

Otázka, ktoré podtóny menia dynamiku, nesie informácie o zafarbení, súvisí s existenciou kritických pásiem sluchu. Bazilárna membrána v slimáku funguje ako pásmový filter, ktorého šírka pásma závisí od frekvencie: nad 500 Hz je to asi 1/3 oktávy, pod 500 Hz je to asi 100 Hz. Šírka pásma týchto zvukových filtrov sa nazýva "kritické pásmo počutia" (existuje špeciálna jednotka 1 šteka, ktorá sa rovná šírke kritického pásma v celom rozsahu počuteľných frekvencií).
Vo vnútri kritického pásma sluch integruje prichádzajúce zvukové informácie, ktoré tiež zohrávajú dôležitú úlohu v procesoch maskovania sluchu. Ak analyzujeme signály na výstupe zvukových filtrov, môžeme vidieť, že prvých päť až sedem harmonických vo zvukovom spektre akéhokoľvek nástroja zvyčajne spadá do vlastného kritického pásma, pretože v takýchto prípadoch sú od seba dosť vzdialené. hovoria, že harmonické "rozvinú" sluchový systém. Výboje neurónov na výstupe takýchto filtrov sú synchronizované s periódou každej harmonickej.

Harmonické nad siedmou sú zvyčajne na frekvenčnej škále dosť blízko seba a sluchový systém „nerozmiestňuje“ niekoľko harmonických do jedného kritického pásma a na výstupe sluchových filtrov sa získava komplexný signál. Výboje neurónov sú v tomto prípade synchronizované s frekvenciou obálky, t.j. hlavný tón.

Mechanizmus spracovania informácií sluchovým systémom pre rozmiestnené a neexpandované harmonické je teda trochu odlišný v prvom prípade, informácie sa používajú "v čase", v druhom prípade "na mieste".

Podstatnú úlohu pri rozpoznávaní výšky tónu, ako bolo uvedené v predchádzajúcich článkoch, zohráva prvých pätnásť až osemnásť harmonických. Experimenty s pomocou počítačovej aditívnej syntézy zvukov ukazujú, že správanie týchto harmonických má najvýraznejší vplyv aj na zmenu zafarbenia.
Preto sa vo viacerých štúdiách navrhovalo uvažovať o rozmere zafarbenia rovným pätnásť až osemnásť a hodnotiť jeho zmenu na tomto počte škál je jedným zo základných rozdielov medzi zafarbením a takými charakteristikami sluchového vnímania, ako je napr. výška tónu alebo hlasitosť, ktorú možno škálovať podľa dvoch alebo troch parametrov (napríklad hlasitosť), v závislosti najmä od intenzity, frekvencie a trvania signálu.

Je celkom dobre známe, že ak je v signálovom spektre veľa harmonických s číslami od 7 do 15...18, s dostatočne veľkými amplitúdami, napríklad pre trúbku, husle, varhanové píšťaly a pod. timbre je vnímaný ako jasný, zvučný, ostrý atď. Ak spektrum obsahuje najmä nižšie harmonické, napr. tuba, lesný roh, trombón, potom je timbre charakterizovaný ako tmavý, hluchý atď. Klarinet, v ktorom dominujú nepárne harmonické v spektrum, má trochu "nosové" zafarbenie atď.
V súlade s modernými názormi je najdôležitejšou úlohou pre vnímanie zafarbenia zmena dynamiky rozloženia maximálnej energie medzi podtóny spektra.

Pre odhad tohto parametra sa zavádza pojem „centroid spektra“, ktorý je definovaný ako stredný bod rozloženia spektrálnej energie zvuku, niekedy je definovaný ako „bod rovnováhy“ spektra. Spôsob, ako to určiť, je, že sa vypočíta hodnota nejakej priemernej frekvencie:

Kde Ai je amplitúda zložiek spektra, fi je ich frekvencia.
V príklade znázornenom na obrázku je táto hodnota ťažiska 200 Hz.

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

Posun ťažiska smerom k vysokým frekvenciám je cítiť ako zvýšenie jasu zafarbenia.
Významný vplyv distribúcie spektrálnej energie vo frekvenčnom rozsahu a jej zmeny v čase na vnímanie zafarbenia pravdepodobne súvisí so zážitkom rozpoznávania zvukov reči formantovými znakmi, ktoré nesú informáciu o koncentrácii energie v rôznych oblastiach spektrum (nevie sa však, čo bolo primárne).
Táto schopnosť sluchu je nevyhnutná pri hodnotení timbrov hudobných nástrojov, pretože prítomnosť formantových oblastí je typická pre väčšinu hudobných nástrojov, napríklad pre husle v oblastiach 800 ... 1000 Hz a 2800 ... 4000 Hz, napr. klarinety 1400 ... 2000 Hz atď.
V súlade s tým ich poloha a dynamika zmien v čase ovplyvňujú vnímanie jednotlivých znakov farby.
Je známe, aký významný vplyv na vnímanie zafarbenia spevu má vysoký spevácky formant (v oblasti 2100 ... 2500 Hz pre basy, 2500 ... 2800 Hz pre tenory, 3000 ... 3500 Hz pre soprány). V tejto oblasti operní speváci sústreďujú až 30 % akustickej energie, čo zabezpečuje zvukovosť a let hlasu. Odstránenie speváckeho formantu z nahrávok rôznych hlasov pomocou filtrov (tieto experimenty boli realizované v rámci výskumu prof. V. P. Morozova) ukazuje, že zafarbenie hlasu sa stáva matným, hluchým a pomalým.

Zmena zafarbenia so zmenou objemu prednesu a transpozícia vo výške je tiež sprevádzaná posunom ťažiska v dôsledku zmeny počtu alikvót.
Príklad zmeny polohy ťažiska pre zvuky huslí s rôznymi výškami je znázornený na obrázku (frekvencia umiestnenia ťažiska v spektre je vynesená pozdĺž osi x).
Výskum ukázal, že pri mnohých hudobných nástrojoch existuje takmer monotónny vzťah medzi zvýšením intenzity (hlasitosti) a posunom ťažiska do vysokofrekvenčnej oblasti, vďaka čomu sa farba stáva jasnejšou.

Pri syntéze zvukov a vytváraní rôznych počítačových kompozícií by sa zrejme mal brať do úvahy dynamický vzťah medzi intenzitou a polohou ťažiska v spektre, aby sa získal prirodzenejší timbre.
Napokon, rozdiel vo vnímaní timbrov skutočných zvukov a zvukov s „virtuálnou výškou tónu“, t.j. zvuky, ktorých výšku si mozog „dokončuje“ podľa niekoľkých celočíselných podtextov spektra (typické napríklad pre zvuky zvonov), možno vysvetliť z hľadiska polohy ťažiska spektra. Keďže tieto zvuky majú hodnotu základnej frekvencie, t.j. výška tónu môže byť rovnaká a poloha ťažiska je odlišná v dôsledku odlišného zloženia podtónov, potom bude zafarbenie vnímané inak.
Zaujímavosťou je, že pred viac ako desiatimi rokmi bol na meranie akustických zariadení navrhnutý nový parameter, a to trojrozmerné spektrum rozloženia energie vo frekvencii a čase, takzvané Wignerovo rozdelenie, ktoré pomerne aktívne využívajú napr. rôzne spoločnosti hodnotiť vybavenie, pretože, ako ukazujú skúsenosti, vám umožňuje najlepšie zodpovedať jeho kvalite zvuku. Berúc do úvahy vyššie opísanú vlastnosť sluchového ústrojenstva, využiť dynamiku zmien energetických znakov zvukový signál na určenie timbru sa dá predpokladať, že tento parameter Wignerovho rozdelenia môže byť užitočný aj pri hodnotení hudobných nástrojov.

Posudzovanie timbrov rôznych nástrojov je vždy subjektívne, ale ak je pri posudzovaní výšky a hlasitosti možné na základe subjektívnych hodnotení usporiadať zvuky v určitej škále (a dokonca zaviesť špeciálne jednotky merania „spánok“ pre hlasitosť a hlasitosť). „krieda“ pre smolu), potom je posúdenie zafarbenia výrazne náročnejšou úlohou. Na subjektívne posúdenie zafarbenia sú poslucháčom zvyčajne prezentované dvojice zvukov, ktoré majú rovnakú výšku a hlasitosť, a sú požiadaní, aby usporiadali tieto zvuky v rôznych mierkach medzi rôzne protikladné popisné znaky: „svetlý“ / „tmavý“, "hlasový" / "hluchý" atď. (O výbere rôznych pojmov na opis timbrov a o odporúčaniach medzinárodných noriem k tejto problematike sa budeme určite baviť v budúcnosti).
Významný vplyv na definíciu takých zvukových parametrov, ako je výška, zafarbenie atď., má časové správanie prvých piatich až siedmich harmonických, ako aj množstvo „neexpandovaných“ harmonických až do 15. 17.
Ako je však známe zo všeobecných zákonov psychológie, krátkodobá pamäť človeka môže súčasne operovať najviac so siedmimi až ôsmimi symbolmi. Preto je zrejmé, že pri rozpoznávaní a hodnotení zafarbenia sa nepoužíva viac ako sedem osem základných znakov.
Pokusy stanoviť tieto vlastnosti systematizáciou a spriemerovaním výsledkov experimentov, nájsť zovšeobecnené stupnice, pomocou ktorých by bolo možné identifikovať zafarbenie zvukov rôznych nástrojov, priradiť tieto stupnice k rôznym časovo-spektrálnym charakteristikám zvuku. vyrobený na dlhú dobu.

Jednou z najznámejších je práca Graya (1977), kde je štatistické porovnanie odhadov za rôzne znaky timbre zvukov rôznych strunových, drevených, bicích nástrojov a pod. Zvuky boli syntetizované na počítači, čo umožnilo meniť ich časové a spektrálne charakteristiky v požadovaných smeroch. Klasifikácia timbrových znakov sa uskutočnila v trojrozmernom (ortogonálnom) priestore, kde sa ako stupnice porovnávacie hodnotenie stupeň podobnosti prvkov zafarbenia (v rozmedzí od 1 do 30), boli vybrané tieto:

Prvá stupnica je hodnota ťažiska amplitúdového spektra (na stupnici je vynesený posun ťažiska, t.j. maximum spektrálnej energie od nízkych k vysokým harmonickým);
- druhým je synchronizácia spektrálnych fluktuácií, t.j. miera synchronizácie vstupu a vývoja jednotlivých alikvótov spektra;
- tretí - stupeň prítomnosti neharmonickej vysokofrekvenčnej šumovej energie s nízkou amplitúdou počas doby útoku.

Spracovanie získaných výsledkov pomocou špeciálneho softvérového balíka pre klastrovú analýzu umožnilo odhaliť možnosť celkom prehľadnej klasifikácie nástrojov podľa timbrov v rámci navrhovaného trojrozmerného priestoru.

Pokus o vizualizáciu timbrového rozdielu vo zvukoch hudobných nástrojov v súlade s dynamikou zmien ich spektra počas obdobia útoku urobil Pollard (1982), výsledky sú znázornené na obrázku.

Trojrozmerný priestor timbrov

Hľadanie metód pre viacrozmerné škálovanie timbrov a stanovenie ich vzťahu so spektrálno-časovými charakteristikami zvukov aktívne pokračuje. Tieto výsledky sú mimoriadne dôležité pre vývoj technológií počítačovej syntézy zvuku, pre tvorbu rôznych elektronických hudobné skladby, na korekciu a spracovanie zvuku v zvukárskej praxi a pod.

Je zaujímavé, že na začiatku storočia veľký skladateľ dvadsiateho storočia, Arnold Schoenberg, vyslovil myšlienku, že „...ak výšku tónu považujeme za jeden z rozmerov timbru a moderná hudba je postavený na variácii tohto rozmeru, tak prečo neskúsiť na tvorbu kompozícií použiť iné rozmery timbru. Táto myšlienka sa v súčasnosti realizuje v tvorbe skladateľov, ktorí tvoria spektrálnu (elektroakustickú) hudbu. Preto je záujem o problematiku vnímania zafarbenia a jeho súvislostí s objektívnou charakteristikou zvuku taký vysoký.

Získané výsledky teda ukazujú, že ak sa v prvom období štúdia vnímania timbru (na základe klasickej Helmholtzovej teórie) vytvorila jasná súvislosť medzi zmenou timbru a zmenou spektrálneho zloženia stacionárnej časti zvuku (zloženie podtónov, pomer ich frekvencií a amplitúd atď.), potom druhé obdobie týchto štúdií (od začiatku 60. rokov) umožnilo preukázať zásadný význam spektrálno-časových charakteristík.

Ide o zmenu štruktúry časovej obálky vo všetkých fázach vývoja zvuku: útok (čo je obzvlášť dôležité pre rozpoznávanie timbrov rôznych zdrojov), stacionárna časť a rozpad. Ide o dynamickú zmenu v čase spektrálnej obálky vrátane. posun ťažiska spektra, t.j. posun spektrálneho energetického maxima v čase, ako aj vývoj v čase amplitúd spektrálnych zložiek, najmä prvých päť až sedem „neexpandovaných“ harmonických spektra.

V súčasnosti sa začalo tretie obdobie štúdia problému zafarbenia, ťažisko výskumu sa presunulo k štúdiu vplyvu fázového spektra, ako aj k využívaniu psychofyzikálnych kritérií pri rozpoznávaní zafarbenia, ktoré je základom všeobecného mechanizmu rozpoznávanie zvukového obrazu (zoskupovanie do prúdov, hodnotenie synchronicity atď.).

Zafarbenie a fázové spektrum

Všetky vyššie uvedené výsledky týkajúce sa vytvorenia spojenia medzi vnímaným zafarbením a akustickými charakteristikami signálu súviseli s amplitúdovým spektrom, presnejšie, s časovou zmenou v spektrálnej obálke (predovšetkým posun energetického centra ťažiska amplitúdového spektra ) a odvíjanie jednotlivých presahov v čase.

V tomto smere sa urobilo najviac práce a dosiahlo sa veľa zaujímavých výsledkov. Ako už bolo poznamenané, takmer sto rokov prevládal v psychoakustike Helmholtzov názor, že náš sluchový systém nie je citlivý na zmeny fázových vzťahov medzi jednotlivými alikvotmi. Postupne sa však zhromaždili experimentálne údaje, že načúvací prístroj je citlivý na fázové zmeny medzi rôznymi zložkami signálu (práce Schroedera, Hartmana a iných).

Konkrétne sa zistilo, že sluchový prah pre fázový posun v dvoj- a trojzložkových signáloch v nízkom a strednom frekvenčnom rozsahu je 10...15 stupňov.

V osemdesiatych rokoch to viedlo k vývoju množstva lineárnych fázových reproduktorov. Ako je známe zo všeobecnej teórie systémov, pre neskreslený prenos signálu je potrebné, aby bol modul prenosovej funkcie udržiavaný konštantný, t.j. amplitúdovo-frekvenčná charakteristika (obálka amplitúdového spektra), a lineárna závislosť fázového spektra od frekvencie, t.j. φ(ω) = -ωТ.

V skutočnosti, ak sa amplitúdová obálka spektra udržiava konštantná, potom, ako je uvedené vyššie, by nemalo nastať skreslenie zvukového signálu. Požiadavky na zachovanie fázovej linearity v celom frekvenčnom rozsahu, ako ukázali Blauertove štúdie, sa ukázali ako prehnané. Zistilo sa, že sluch primárne reaguje na rýchlosť zmeny fázy (t. j. jej deriváciu vzhľadom na frekvenciu), ktorá sa nazýva „ skupinový čas oneskorenia ": τ = dφ(ω)/dω.

V dôsledku mnohých subjektívnych vyšetrení boli skonštruované prahy počuteľnosti skreslenia skupinového oneskorenia (t. j. veľkosť odchýlky Δτ od jeho konštantnej hodnoty) pre rôzne signály reči, hudby a hluku. Tieto sluchové prahy závisia od frekvencie a v oblasti maximálnej citlivosti sluchu sú 1…1,5 ms. Preto sa v posledných rokoch pri vytváraní akustických Hi-Fi zariadení riadia najmä vyššie uvedenými sluchovými prahmi pre skreslenie skupinového oneskorenia.

Pohľad na priebeh v rôznych pomeroch fáz podtónov; červená - všetky podtóny majú rovnaké počiatočné fázy, modrá - fázy sú rozdelené náhodne.

Ak teda fázové vzťahy majú počuteľný vplyv na detekciu výšky tónu, potom môžeme očakávať, že budú mať významný vplyv aj na rozpoznávanie zafarbenia.

Pre experimenty boli zvolené zvuky so základným tónom 27,5 a 55 Hz a so stovkou podtónov, s jednotným pomerom amplitúd, charakteristickým pre zvuky klavíra. Zároveň sa skúmali tóny s prísne harmonickými presahmi a s istou neharmonicitou charakteristickou pre zvuky klavíra, ktorá vzniká konečnou tuhosťou strún, ich heterogenitou, prítomnosťou pozdĺžnych a torzných kmitov a pod.

Študovaný zvuk bol syntetizovaný ako súčet jeho podtónov: X(t)=ΣA(n)sin
Pre sluchové experimenty boli zvolené nasledujúce pomery počiatočných fáz pre všetky podtóny:
- A - sínusová fáza, počiatočná fáza bola braná ako nulová pre všetky podtóny φ(n,0) = 0;
- B - alternatívna fáza (sínusová pre párne a kosínusová pre nepárne), počiatočná fáza φ(n,0)=π/4[(-1)n+1];
- C - náhodné rozdelenie fáz; počiatočné fázy sa náhodne menili v rozsahu od 0 do 2π.

V prvej sérii experimentov malo všetkých sto podtónov rovnaké amplitúdy, líšili sa len ich fázy (základný tón 55 Hz). Zároveň sa ukázalo, že zafarbenie počúvania je odlišné:
- v prvom prípade (A) zaznela zreteľná periodicita;
- druhý(B), zafarbenie bolo jasnejšie a bolo počuť ešte jednu výšku tónu o oktávu vyššiu ako prvú (hoci výška tónu nebola jasná);
- v treťom (C) - zafarbenie sa ukázalo byť rovnomernejšie.

Treba podotknúť, že druhú výšku bolo počuť len v slúchadlách, pri počúvaní cez reproduktory sa všetky tri signály líšili len zafarbením (ovplyvnený dozvuk).

Tento jav - zmena výšky tónu so zmenou fázy niektorých zložiek spektra - možno vysvetliť tým, že pri analytickom znázornení Fourierovej transformácie signálu typu B ho možno znázorniť ako súčet dve kombinácie podtónov: sto podtónov s fázou typu A a päťdesiat podtónov s fázou, ktorá sa líši o 3π/4 a amplitúda je väčšia o √2. Tejto skupine podtónov priraďuje ucho samostatnú výšku tónu. Navyše, pri prechode z pomeru fáz A k fázam typu B sa ťažisko spektra (energetické maximum) posúva smerom k vysokým frekvenciám, takže zafarbenie pôsobí jasnejšie.

Podobné experimenty s posunom fáz jednotlivých alikvotných skupín majú za následok aj dodatočnú (menej prehľadnú) virtuálnu výšku tónu. Táto vlastnosť sluchu je spôsobená tým, že sluch porovnáva zvuk s určitou vzorkou hudobného tónu, ktorý má, a ak niektoré harmonické vypadnú z radu typických pre túto vzorku, sluch ich vyčlení samostatne a priradí im samostatný ihrisko.

Výsledky štúdií Galemba, Askenfelda a iných teda ukázali, že fázové zmeny v pomeroch jednotlivých podtónov sú celkom zreteľne počuteľné ako zmeny zafarbenia a v niektorých prípadoch aj zmeny výšky tónu.

Je to zrejmé najmä pri počúvaní skutočných klavírnych hudobných tónov, pri ktorých amplitúdy podtónu so zvyšujúcim sa počtom klesajú, je tu zvláštny tvar spektrálnej obálky (formantová štruktúra) a zreteľne výrazná neharmonicita spektra (t.j. posun jednotlivých podtónov vzhľadom na harmonický rad ).

V časovej oblasti vedie prítomnosť neharmonicity k disperzii, t.j. vysokofrekvenčné zložky sa šíria pozdĺž struny rýchlejšie ako nízkofrekvenčné a mení sa tvar vlny signálu. Prítomnosť miernej neharmonicity vo zvuku (0,35%) dodáva zvuku určitú teplo, vitalitu, ak sa však táto neharmonia zväčší, vo zvuku budú počuť údery a iné skreslenia.

Neharmonicita tiež vedie k tomu, že ak v počiatočnom momente boli fázy podtónov v deterministických vzťahoch, potom s jej prítomnosťou sa fázové vzťahy časom stanú náhodnými, vrcholová štruktúra tvaru vlny sa vyhladí a zafarbenie sa stane viac jednotný - to závisí od stupňa inharmonicity. Preto okamžité meranie pravidelnosti fázového vzťahu medzi susednými podtónmi môže slúžiť ako indikátor zafarbenia.

Efekt fázového miešania v dôsledku neharmonicity sa teda prejavuje v určitej zmene vnímania výšky tónu a zafarbenia. Treba si uvedomiť, že tieto efekty sú počuteľné pri počúvaní z blízkej vzdialenosti od ozvučnice (v pozícii klaviristu) a pri blízkom mikrofóne a sluchové efekty sú odlišné pri počúvaní cez slúchadlá a cez reproduktory. V prostredí s dozvukom komplexný zvuk s vysokým faktorom výkyvu (zodpovedajúci vysokému stupňu regularizácie fázových vzťahov) indikuje blízkosť zdroja zvuku, pretože fázové vzťahy sa stávajú náhodnejšími v dôsledku odrazov v miestnosti, keď sa pohybujete. preč od toho. Tento efekt môže spôsobiť rozdielne hodnotenie zvuku klaviristom a poslucháčom, ako aj rozdielne zafarbenie zvuku zaznamenaného mikrofónom na palube a u poslucháča. Čím bližšie, tým vyššia je regularizácia fáz medzi podtónmi a definovanejšia výška tónu, tým ďalej je rovnomernejší timbre a menej zreteľný tón.

Práce na hodnotení vplyvu fázových vzťahov na vnímanie zafarbenia hudobného zvuku sa v súčasnosti aktívne študujú v rôznych centrách (napríklad v IRKAM) a v blízkej budúcnosti možno očakávať nové výsledky.

Zafarbenie a všeobecné princípy rozpoznávania sluchových vzorov

Zafarbenie je podľa množstva znakov identifikátorom fyzického mechanizmu tvorby zvuku, umožňuje vybrať zdroj zvuku (nástroj alebo skupinu nástrojov) a určiť jeho fyzikálnu podstatu.

To odzrkadľuje všeobecné princípy rozpoznávania sluchových vzorov, ktoré sú podľa modernej psychoakustiky založené na princípoch Gestalt psychológie (gestalt, nemčina - "obraz"), ktorá hovorí, že na oddelenie a rozpoznanie rôznych zvukových informácií prichádzajúcich do sluchový systém z rôznych zdrojov súčasne (hra orchestra, rozhovory mnohých partnerov atď.), sluchový systém (podobne ako zrakový) využíva niektoré všeobecné princípy:

- segregácia- rozdelenie na zvukové prúdy, t.j. subjektívny výber určitej skupiny zdrojov zvuku, napríklad pri hudobnej polyfónii môže ucho sledovať vývoj melódie v jednotlivých nástrojoch;
- podobnosť- zvuky podobné zafarbením sú zoskupené a priradené k jednému zdroju, napríklad zvuky reči s podobnou výškou a podobným zafarbením sú definované ako zvuky patriace jednému účastníkovi rozhovoru;
- kontinuita- sluchový systém dokáže interpolovať zvuk z jedného prúdu cez maskovač, napríklad ak sa do rečového alebo hudobného prúdu vloží krátky zvuk, sluchový systém si ho nemusí všimnúť, prúd zvuku bude naďalej vnímaný ako nepretržitý;
- "spoločný osud"- zvuky, ktoré sa spúšťajú a zastavujú, ako aj synchrónne zmeny amplitúdy alebo frekvencie v určitých medziach, sú priradené jednému zdroju.

Mozog teda vykonáva zoskupovanie prichádzajúcich zvukových informácií, a to sekvenčne, pričom určuje časové rozloženie zvukových zložiek v rámci jedného zvukového toku, a paralelne, pričom zvýrazňuje prítomné frekvenčné zložky, ktoré sa menia v rovnakom čase. Okrem toho mozog neustále porovnáva prichádzajúce zvukové informácie so zvukovými obrazmi „zaznamenanými“ v procese učenia v pamäti.Porovnávajúc prichádzajúce kombinácie zvukových tokov s dostupnými obrazmi ich buď ľahko identifikuje, ak sa zhodujú s týmito obrazmi, resp. náhody, pripisuje im niektoré špeciálne vlastnosti (napríklad priraďuje virtuálnu výšku tónu, ako pri zvuku zvonov).

Vo všetkých týchto procesoch zohráva rozpoznávanie zafarbenia základnú úlohu, pretože zafarbenie je mechanizmus, ktorým fyzikálne vlastnosti znaky, ktoré určujú kvalitu zvuku: sú zaznamenané v pamäti, porovnávané s už zaznamenanými a potom identifikované v určitých oblastiach mozgovej kôry.

sluchové oblasti mozgu

Timbre- vnem je viacrozmerný, závisí od mnohých fyzikálnych charakteristík signálu a okolitého priestoru. Pracovalo sa na škálovaní zafarbenia v metrickom priestore (škály sú rôzne spektrálne a časové charakteristiky signálu, pozri druhú časť článku v minulom čísle).

V posledných rokoch však došlo k pochopeniu, že klasifikácia zvukov v subjektívne vnímanom priestore nezodpovedá obvyklému ortogonálnemu metrickému priestoru, existuje klasifikácia podľa „podpriestorov“ spojená s vyššie uvedenými princípmi, ktoré nie sú ani metrické. ani ortogonálne.

Rozdelením zvukov do týchto podpriestorov sluchový systém určuje „kvalitu zvuku“, teda zafarbenie, a rozhoduje, do ktorej kategórie by sa tieto zvuky mali zaradiť. Treba si však uvedomiť, že celý súbor podpriestorov v subjektívne vnímanom zvukovom svete je vybudovaný na základe informácií o dvoch parametroch zvuku z vonkajšieho sveta – intenzite a čase, pričom frekvencia je určená časom príchodu zvukovej vlny. rovnaké hodnoty intenzity. Skutočnosť, že sluch rozdeľuje prichádzajúcu zvukovú informáciu do niekoľkých subjektívnych podpriestorov naraz, zvyšuje pravdepodobnosť, že ju možno v jednom z nich rozpoznať. Práve na selekcii týchto subjektívnych podpriestorov, v ktorých dochádza k rozpoznávaniu zafarbenia a iných znakov signálov, je v súčasnosti smerované úsilie vedcov.

Záver

Ak zhrnieme niektoré výsledky, môžeme povedať, že hlavné fyzikálne vlastnosti, ktoré určujú farbu nástroja a jeho zmenu v čase, sú:
- zarovnanie amplitúd podtónov počas útoku;
- zmena fázových vzťahov medzi alikvotmi z deterministických na náhodné (najmä v dôsledku neharmonicity alikvót reálnych nástrojov);
- zmena tvaru spektrálnej obálky v čase počas všetkých období vývoja zvuku: útok, stacionárna časť a rozpad;
- prítomnosť nepravidelností v spektrálnej obálke a polohe spektrálneho ťažiska (max

Spektrálna energia, ktorá je spojená s vnímaním formantov) a ich zmena v čase;

Celkový pohľad na spektrálne obálky a ich zmeny v čase

Prítomnosť modulácií - amplitúda (tremolo) a frekvencia (vibrato);
- zmena tvaru spektrálnej obálky a charakter jej zmeny v čase;
- zmena intenzity (hlasitosti) zvuku, t.j. charakter nelinearity zdroja zvuku;
- prítomnosť ďalších znakov identifikácie nástroja, napríklad charakteristický hluk sláčika, zvuk ventilov, škrípanie skrutiek na klavíri atď.

Samozrejme, toto všetko nevyčerpáva zoznam fyzikálnych vlastností signálu, ktoré určujú jeho farbu.
Hľadanie týmto smerom pokračuje.
Pri syntéze hudobných zvukov je však potrebné brať do úvahy všetky znaky, aby vznikol realistický zvuk.

Slovný (slovný) opis zafarbenia

Ak existujú vhodné merné jednotky na posúdenie výšky zvukov: psychofyzické (kriedy), hudobné (oktávy, tóny, poltóny, centy); Keďže existujú jednotky pre hlasitosť (synovia, pozadie), nie je možné zostaviť takéto stupnice pre zafarbenia, pretože tento koncept je viacrozmerný. Preto spolu s vyššie popísaným hľadaním korelácie vnímania timbrálu s objektívnymi parametrami zvuku sa na charakterizáciu timbrov hudobných nástrojov používajú slovné opisy, vybrané podľa znakov opozície: jasný - matný, ostrý - jemný , atď.

Vo vedeckej literatúre existuje veľké množstvo konceptov súvisiacich s hodnotením zvukových timbrov. Napríklad analýza termínov akceptovaných v modernej technickej literatúre umožnila identifikovať najbežnejšie termíny uvedené v tabuľke. Uskutočnili sa pokusy identifikovať najvýznamnejšie z nich a škálovať timbre podľa opačných znakov, ako aj spojiť slovný opis timbrov s niektorými akustickými parametrami.

Hlavné subjektívne termíny na opis farby používané v modernej medzinárodnej technickej literatúre ( Štatistická analýza 30 kníh a časopisov).

kyslý – kyslý
silový - posilnený
tlmený — tlmený
triezvy - triezvy (rozumný)
starožitný - starý
mrazivý — mrazivý
kašovitý - pórovitý
mäkký — mäkký
vyklenutie - konvexné
plný - plný
tajomný — tajomný
slávnostný — slávnostný
artikulovať – čitateľný
fuzzy - nadýchaný
nosový — nosový
pevný - pevný
strohý — drsný
priesvitný - tenký
úhľadný — úhľadný
ponurý - pochmúrny
hrýzť, hrýzť — hrýzť
jemný - jemný
neutrálny - neutrálny
zvučný — zvučný
nevýrazný - naznačujúci
prízračný — prízračný
vznešený — vznešený
oceľový - oceľový
hukot — hukot
sklovitý — sklovitý
neopísateľný - neopísateľný
napätý — napätý
bľačanie — bľačanie
trblietavý - brilantný
nostalgický - nostalgický
prenikavý — piskľavý
dýchacie - dýchacie
pochmúrny - nudný
zlovestný - zlovestný
prísny – stiesnený
svetlý — svetlý
zrnitý — zrnitý
obyčajný - obyčajný
silný — silný
brilantný - brilantný
strúhanie - vŕzganie
bledý — bledý
dusno — dusno
krehký - pohyblivý
hrob — vážny
vášnivý — vášnivý
tlmený — zmäkčený
bzučať – bzučať
vrčavý - prenikavý - prenikavý
dusný — dusný
pokojný — pokojný
ťažko — ťažko
piercing — piercing
sladký - sladký
nosenie - let
drsný — drsný
zovretý - obmedzený
štipľavý - zmätený
centrovaný - koncentrovaný
strašiť — strašiť
pokojný - pokojný
koláč - kyslý
krikľavý – zvonivý
zahmlený – nejasný
žalostný – žalostný
trhanie - berserk
jasné, jasnosť - jasné
srdečný - úprimný
ťažkopádny - ťažký
nežný - jemný
oblačno - hmla
ťažký - ťažký
mocný — mocný
napätý — napätý
hrubý - hrubý
hrdinský – hrdinský
prominentný - prominentný
hustý — hustý
studený - studený
chrapľavý — chrapľavý
štipľavý - žieravina
tenký — tenký
pestrý - pestrý
dutý - prázdny
čistý - čistý
hrozivý — hrozivý
bezfarebný – bezfarebný
trúbenie - bzučanie (klaksón auta)
žiarivý - žiariaci
hrdelný – chrapľavý
pohode pohode
hukot - bzučanie
chrapľavý - hrkotavý
tragický - tragický
praskanie — praskanie
husky — husky
rachot – hrkotanie
pokojný - upokojujúci
zrútenie - prerušovaná čiara
incandescence — žhavenie
trstinový — škrípavý
transparentný - transparentný
krémový - krémový
prenikavý - ostrý
rafinovaný — rafinovaný
víťazný — víťazný
kryštalický - kryštalický
nevýrazný — nevýrazný
diaľkový - diaľkový
tubby - súdkovitý
rezanie - ostré
intenzívny — intenzívny
bohatý - bohatý
zakalený - zakalený
tmavý - tmavý
introspektívny – hĺbkový
zvonenie - zvonenie
napätý - veľkolepý
hlboký — hlboký
radostný — radostný
robustný - drsný
nesústredený — nesústredený
jemný - jemný
chradnúci - smutný
drsný - koláč
nenápadný - pokorný
hustý — hustý
svetlo - svetlo
zaoblený - okrúhly
zahalený — zahalený
difúzne - rozptýlené
priezračný - priezračný
pieskový - pieskový
zamatový — zamatový
bezútešný - vzdialený
kvapalina - vodnatá
divoký - divoký
vibrujúci - vibrujúci
vzdialený - zreteľný
hlasný - hlasný
kričiaci - kričiaci
vitálny — vitálny
zasnený — zasnený
svietivý - brilantný
pokojný - suchý zmyselný - svieži (luxusný)
suchý - suchý
bujný (sladký) - šťavnatý
pokojný, vyrovnanosť - pokojný
bledý - matný
nudné - nudné
lyrický – lyrický
tieňový - tieňovaný
teplý - teplý
vážny — vážny
masívny — masívny
ostrý — ostrý
vodnatý — vodnatý
extatický — extatický
meditatívny – kontemplatívny
trblietať - chvenie
slabý — slabý
éterický - éterický
melanchólia — melanchólia
kričať — kričať
ťažký - ťažký
exotické - exotické
mäkký - mäkký
krikľavý — škrípavý
biela - biela
expresívny — expresívny
melodický - melodický
hodvábny - hodvábny
veterno — veterno
tuk - tuk
hrozivý – hrozivý
striebristý — striebristý
jemný - tenký
prudký - tvrdý
kovový - kovový
spev – melodický
drevitý - drevený
ochabnutý — ochabnutý
hmlistý – nejasný
zlovestný — zlovestný
túžiaci - ponurý
sústredený – sústredený
smútočný — smútočný
laxný - laxný
odporný – odpudzujúci
zablatený – špinavý
hladká — hladká

Hlavným problémom však je, že neexistuje jednoznačné pochopenie rôznych subjektívnych pojmov, ktoré popisujú zafarbenie. Preklad uvedený v zozname nie vždy zodpovedá technickému významu, ktorý je vložený do každého slova pri popise rôznych aspektov hodnotenia zafarbenia.

V našej literatúre existoval štandard pre základné pojmy, ale teraz je to veľmi smutné, pretože sa nepracuje na vytvorení vhodnej ruskojazyčnej terminológie a mnohé pojmy sa používajú v rôznych, niekedy priamo opačných významoch.
V tejto súvislosti pri vývoji série noriem pre subjektívne hodnotenie kvality zvukových zariadení, zvukových záznamových systémov a pod. AES začala v prílohách noriem uvádzať definície subjektívnych pojmov a keďže normy sa vytvárajú v pracovných skupinách medzi ktorými sú poprední odborníci z rôznych krajín, vedie tento veľmi dôležitý postup k dôslednému pochopeniu základných pojmov na opis timbrov.
Ako príklad uvediem normu AES-20-96 - "Odporúčania pre subjektívne hodnotenie reproduktorov", - ktorá dáva dohodnutú definíciu pojmov ako "otvorenosť", "transparentnosť", "jasnosť", "napätie" , "ostrosť" atď.
Ak bude táto práca systematicky pokračovať, potom možno budú mať základné pojmy pre slovný opis zvukov rôznych nástrojov a iných zdrojov zvuku dohodnuté definície a špecialisti z rôznych krajín im budú jednoznačne alebo pomerne presne rozumieť.