Акустические характеристики ударных * музыкальных инструментов и шумовых источников

В инструментах ударного типа в качестве звукообразующего эле-
мента используются бруски, пластины или мембраны, а их возбуж-
дение осуществляется ударом пластин друг о друга, 1(тарелки) или
ударом колотушки (ксилофон, челеста; и др.). Очень тонкие,гибкие
пластины {мембраны) натягиваются на жесткие каркасы (литавры,
.барабаны).

Инструменты пластинчатого типа. Ударные инструменты, в ко-
торых используются упругие бруски или пластины, делятся на ин-
струменты с определенной частотой (ксилофон, челеста и др.) и с
неопределенной частотой колебаний при большом содержании негар-
монических составляющих (тарелки, кастаньеты).

Динамический диапазон этих инструментов зависит от материа-
ла пластин (их упругости, внутреннего сопротивления), силы и ха-
рактера удара. Для разных инструментов он неодинаков. Если для
тарелок диапазон очень широк и достигает 62 дБ, для ксилофона и
металлофона — 254-30 дБ, то для челесты он равен только 20 дБ.

При ударе посредине пластины, расположенной на опорах, в ней
возникают колебания, которые, считая толщину пластины малой,
будут распространяться вдоль двух координатных осей х и у. Сме-
щение каждой точки пластины, по подобию с (2.1) для линейной
системы, будет характеризоваться выражением:

(2.7)

где / и .Ъ — действующие длина и ширина пластины; я— любое?
число натурального ряда.

Из равенства (2.7) следует, что основная частота колебаний

{при п_х — 1 и п_у = 0) находится, как Д — ——, и что кроме ос-

' £1. _

новной и кратных ей частот будут еще частоты, зависящие от I и &~
Это делает частотные спектры звучания ксилофона и металлофона
нерегулярными, что хорошо замечается на слух..,

Основные звуки ксилофона, создаваемые набором все, укорачиваю-
щихся пластин, укладываются в диапазоне частот 5004-4500 Гц,
расширяясь из-за шумов и дополнительных тонов до 9000 Гц. Ме-
таллофон вместо деревянных имеет металлические пластины, а чет
леста — еще и резонаторы. Частотные диапазоны этих инструментов
равны соответственно 1050-=-4200 Гц, 260 -=-4200 Гц. Огибающие
частотного спектра для тарелок и треугольника (рис. 2.19), явля-
ющихся инструментами с неопределенной частотой звучания, пока-
зывают, что каждый из них имеет много гармонических и негармо-
нических составляющих, которые для тарелок укладываются в
пределах 304-16000 Гц, а для треугольника — от 800 до 16000 Гц.

Наименьшую длительность звучания имеют деревянные инстру-
менты этой группы, наибольшую — металлические.. Так; металло-
фон звучит после удара 3-ь4 с и последними затухают колебания с
частотами 5004-1000 Гц. Время послезвучания тарелок больше^ ж
особенно долго не затухают составляющие, лежащие в области⁴
10004-4000 Гц.

Мембранные инструменты. Эта группа инструментов даже от
ударных пластинчатых отличается своей большой мощностью в
широким динамическим диапазоном.

Литавры — единственные инструменты этой группы, имеющие оп-
ределенные частоты звучания. Это достигается использованием
трех различных по диаметру мембран, натяжение которых может
изменяться в процессе игры. Каждая из мембран имеет свой резо-
натор в виде металлического котла. Мощность инструмента;дости-г
гает 20^-25 Вт, что в два раза превосходит мощность органа и в
5fr раз — мощность фортепиано. Отношение между минимальной
(рр) и максимальной (fff) амплитудами сигнала достигает '1:10000*
а динамический диапазон — 80 дБ. Динамические диапазоны боль-
шого и малого барабанов, сигналы которых не имеют определенной
частоты, также велики и равны 72-и 70 дБ.. -

Возможность настройки литавр позволяет возбуждать колебание
в диапазоне частот от 30 до 1500 Гц. Наличие же в них гармоничес-

Рис. 2.19. Частотные спектры звучаний тарелок (о) и треугольника (б)

ких и негармонических составляющих делают спектр частот крайне
неравномерным, что можно заметить по кривой 1 рис. 2.20. Еще боль-
ше негармонических составляющих характерно для барабанов —
большого и малого (кривые 2 и 3). Их частотные диапазоны соот-
ветственно лежат в пределах 50—6000 Гц с наибольшей интенсив-

Рис. 2.20. Спектральные кривые литавр (1),
большого (г) и малого (£) барабанов

жостью в области 350—400 Гц и 1000—4000 Гц с максимумом вбли-
зи частот 500—1000 Гц.

Длительность послезвучания достигает нескольких секунд и за-
висит от массы и силы натяжения мембраны.

Шумовые источники, такие, как двигатели самолетов и автома-
шин, падающая вода, шелестящие листья, по своей природе более
всего похожи на ударные музыкальные инструменты. Звукообразу-
ющие элементы у этих источников — твердые или жидкие тела,
возбуждаемые ударом или трением. Они создают сигналы чаще все-
го негармонического типа. Уровни этих сигналов изменяются в широ-
ких пределах: от 110 дБ (мотор самолета, движущийся поезд) до
70-7-60 дБ (легковой транспорт) и даже до ЗО-т-25 дБ (шум дождя
и листьев). Частотный спектр этих сигналов также крайне разно-
образен. То он приближается к спектру «белого» шума с меняющей-
ся плотностью по частоте, то занимает сравнительно узкую частот-
ную полосу (гудки, сирены и др.).

,30

Дата добавления: 2015-11-16