Тембр

Термины окраска звука и качество тона являются синонимами тембра, как и «текстура, приписываемая отдельному инструменту». Однако слово фактура также может относиться к аранжировке или композиции, например, к множеству переплетающихся мелодических линий или пению с аккомпанементом аккордов. Герман фон Гельмгольц использовал немецкий термин Klangfarbe (окраска звука), а Джон Тиндалл предложил английский перевод clangtint, но оба термина были отвергнуты Александром Эллисом, который также критиковал термины регистр и color из-за их других значений в английском языке^[1]. В зависимости от частотного состава звук музыкального инструмента может описываться словами яркий, тёмный, тёплый, резкий и другими. Существуют также цвета шума, такие как розовый и белый. В визуальных представлениях звука тембр соответствует форме изображения, громкость — яркости, а высота — вертикальному положению на спектрограмме.

Акустическое общество Америки (ASA) в определении 12.09 терминологии акустики описывает тембр как «ту характеристику слухового ощущения, которая позволяет слушателю судить, что два неидентичных звука, представленных одинаково и имеющих одинаковую громкость и высоту, различны», добавляя: «Тембр зависит в первую очередь от частотного спектра, хотя также зависит от звукового давления и временных характеристик звука».

Многие исследователи делили тембр на составные атрибуты. Например, Схаутен описал «неуловимые атрибуты тембра» как определяемые по меньшей мере пятью основными акустическими параметрами, которые, по мнению Роберта Эриксона, охватывают большую часть современной музыки:

• Диапазон между тональным и шумоподобным характером
• Спектральная огибающая
• Временная огибающая (атака, длительность, спад — attack, decay, sustain, release)
• Изменения как спектральной огибающей (формант-глайд), так и основной частоты (микроинтонация)
• Префикс, или атака звука, резко отличающаяся от последующего устойчивого звучания

Пример тонального звука — музыкальный звук с определённой высотой, например, при нажатии клавиши фортепиано; пример шумоподобного звука — белый шум.

Эриксон предложил таблицу субъективных ощущений и соответствующих физических явлений на основе этих атрибутов:

Богатство звука или ноты музыкального инструмента иногда описывается как сумма ряда отдельных частот. Самая низкая частота называется основной частотой, и по ней определяется высота ноты, но основная частота не всегда является доминирующей. Доминирующая частота — это та, которая наиболее слышна, и она всегда кратна основной. Например, для поперечной флейты доминирующая частота вдвое больше основной. Другие значимые частоты называются обертонами основной частоты, которые могут включать гармоники и частичные тоны. Гармоники — это целочисленные кратные основной частоты (×2, ×3, ×4 и т. д.). Частичные тоны — это другие обертоны. Иногда встречаются и субгармоники — целочисленные деления основной частоты. Большинство инструментов производят гармонические звуки, но многие инструменты создают частичные и негармонические тона, например, тарелки и другие ударные инструменты с неопределённой высотой.

Когда в оркестре или духовом оркестре звучит настройочная нота, звук представляет собой комбинацию 440 Гц, 880 Гц, 1320 Гц, 1760 Гц и так далее. Каждый инструмент в оркестре или ансамбле создаёт свою комбинацию этих частот, а также гармоник и обертонов. Волны разных частот накладываются и смешиваются, и соотношение их амплитуд — важнейший фактор индивидуального тембра каждого инструмента.

Уильям Сетарес писал, что чистая интонация и западная равномерно темперированная гамма связаны с гармоническим спектром/тембром многих западных инструментов так же, как негармонический тембр тайского рената (инструмент, похожий на ксилофон) связан с семитоновой почти равномерно темперированной пелог-гаммой, на которую он настраивается. Аналогично, негармонические спектры балийских металлофонов в сочетании с гармоническими инструментами, такими как струнный ребаб или голос, связаны с пятиступенной почти равномерно темперированной слендро-гаммой, распространённой в индонезийской музыке гамелан.

Тембр звука также зависит от следующих аспектов его огибающей: времени и характера атаки, спада, удержания, затухания (ADSR-огибающая) и транзиентов. Поэтому эти параметры часто регулируются на профессиональных синтезаторах. Например, если убрать атаку у звука фортепиано или трубы, становится сложнее опознать инструмент, поскольку звук удара молоточка по струнам или первый импульс губ на мундштуке трубы очень характерны для этих инструментов. Огибающая — это общая амплитудная структура звука.

Инструментальный тембр играл всё большую роль в практике оркестровки XVIII–XIX веков. Гектор Берлиоз и Рихард Вагнер внесли значительный вклад в развитие тембровой палитры XIX века. Например, «мотив сна» Вагнера из III акта оперы Валькирия построен на нисходящей хроматической гамме, проходящей через множество оркестровых тембров: сначала деревянные духовые (флейта, затем гобой), затем мощное звучание струнных с мелодией у скрипок, и медные духовые (валторны).

Музыка сна Вагнера из III акта Валькирии

Клод Дебюсси, творивший на рубеже XIX–XX веков, считается композитором, поднявшим роль тембра на новый структурный уровень: «В музыке Дебюсси тембр приобретает беспрецедентное структурное значение; уже в Прелюдии к послеполудню фавна окраска флейты и арфы становится референтной». Подход Густава Малера к оркестровке иллюстрирует возрастающую роль дифференцированных тембров в музыке начала XX века. Норман Дел Мар описывает следующий эпизод из скерцо его Шестой симфонии:

«семитактовое звено к трио, представляющее собой диминуэндо повторяющихся ля... теперь поднимающихся в последовательности наложенных октав, которые, кроме того, чередуются с до, добавленными к ля. Затем нижние октавы исчезают, и остаются только до, чтобы соединиться с первой фразой гобоя в трио».

В этих тактах Малер передаёт повторяющиеся ноты через гамму инструментальных красок, смешанных и сольных: начиная с валторн и пиццикато струнных, переходя к трубе, кларнету, флейте, пикколо и, наконец, гобою:

Малер, Симфония № 6, скерцо, фигура 55, такты 5–12

В рок-музыке с конца 1960-х по 2000-е годы тембр отдельных звуков стал важной частью песни. Например, в хеви-метале звуковое воздействие сильно усиленного, искажённого силового аккорда, сыгранного на электрогитаре через громкие усилители и ряды гитарных кабинетов, является неотъемлемой частью музыкального стиля.

Часто слушатели могут опознать инструмент даже при разной высоте, громкости, в разных условиях и у разных исполнителей. В случае с кларнетом акустический анализ показывает настолько нерегулярные волны, что можно предположить наличие трёх инструментов вместо одного. Дэвид Люс предположил, что

«[О]чевидно, что существуют определённые устойчивые закономерности в акустической волне этих инструментов, которые инвариантны относительно указанных переменных».

Однако Роберт Эриксон утверждает, что таких закономерностей мало, и они не объясняют наши «...способности к распознаванию и идентификации». Он предлагает заимствовать из исследований зрения и зрительного восприятия понятие субъективной константности^[2].

Психоакустические эксперименты с 1960-х годов пытались прояснить природу тембра. Один из методов — проигрывание пар звуков слушателям с последующим использованием алгоритма многомерное шкалирование для агрегирования их оценок различий в «пространстве тембров». Наиболее устойчивые результаты таких экспериментов показывают, что яркость или распределение спектральной энергии, а также «острота» (bite), скорость и синхронность и время атаки — важные факторы.

Понятие трёхстимульной модели заимствовано из теории цвета, где три основных цвета смешиваются для получения любого оттенка. По аналогии, музыкальная трёхстимульная модель измеряет соотношение гармоник в звуке, сгруппированных в три секции. Это попытка свести большое количество частичных тонов (иногда их десятки или сотни) к трём значениям. Первый стимул измеряет относительный вклад первой гармоники; второй — второй, третьей и четвёртой вместе; третий — всех остальных гармоник:

${\displaystyle T_{1}={\frac {a_{1}}{\sum _{h=1}^{H}a_{h}}},\quad T_{2}={\frac {a_{2}+a_{3}+a_{4}}{\sum _{h=1}^{H}a_{h}}},\quad T_{3}={\frac {\sum _{h=5}^{H}{a_{h}}}{\sum _{h=1}^{H}a_{h}}}.}$

Однако для валидации этой модели требуется больше исследований и практических применений.

Термин «яркость» также используется при обсуждении тембров, по аналогии с визуальной яркостью. Исследователи тембра считают яркость одной из наиболее сильных перцептивных различий между звуками и формализуют её как показатель содержания высоких частот, например, с помощью спектрального центра тяжести.