Что такое обертон и гармоника?

Каждый звук, который мы слышим — это больше, чем просто одна частота. За внешней простотой звука скрывается его богатый спектральный состав, который определяет тембр, глубину и характер звучания. Именно благодаря этому мы можем отличить гитару от скрипки или голос певца от звука трубы, даже если они исполняют одну и ту же ноту.

 
Основную роль в этой звуковой сложности играют обертоны и гармоники — дополнительные частоты, которые сопровождают основной тон. Они являются строительными блоками музыкального звука, создавая его индивидуальность и выразительность. От понимания этих явлений зависит многое: от создания музыкальных инструментов и акустических систем до анализа речи и работы звуковых эффектов в кино.

Разбираемся с терминологией

Обертон и гармоника — это основные понятия в теории звука, описывающие его частотный состав. Эти явления объясняют, почему одни музыкальные инструменты звучат «теплее» или «ярче», чем другие, и как создаётся богатство звука в акустических системах.

Основной тон (основная частота)

Когда музыкальный инструмент издаёт звук (например, струна колеблется, голосовые связки вибрируют, или колонка воспроизводит аудиосигнал), возникает частота, которую мы воспринимаем как высоту звука. Эта частота называется основной частотой. Например, когда фортепиано играет ноту «ля» первой октавы, основная частота составляет 440 Гц. Это и есть основной тон.

Основной тон задаёт базовую высоту звука, но он никогда не звучит изолированно. Вместе с ним возникают дополнительные частоты, которые формируют полный спектр звучания. Эти частоты и называются обертонами.

Обертон

Обертон (от нем. ober — "высокий" и ton — "звук") представляет собой дополнительный тон, который звучит выше основного и связан с ним целочисленными кратными. У каждого звука есть свои обертоны, возникающие на строго определённых частотах.

Обертоны — это дополнительные частоты, которые звучат одновременно с основной частотой. Они появляются из-за сложных колебаний звукового источника, таких как струна, мембрана барабана или воздушный столб в трубе.

Обертоны могут быть гармоническими (кратными основной частоте) или негармоническими (не кратными). Например, если основной тон звучит на частоте 100 Гц, то обертоны могут быть как 200 Гц, 300 Гц (гармонические), так и 275 Гц или 390 Гц (негармонические). Гармонические частоты образуют «упорядоченную» часть спектра, а негармонические — «хаотичную».

Гармоника

Гармоника — это частота, выраженная является целым числом герц, кратным основной частоте. Гармоники входят в группу обертонов, но только тех, которые строго соответствуют кратным значениям.

• Первая гармоника = основной тон (например, 100 Гц).

• Вторая гармоника = 2×100 = 200 Гц.

• Третья гармоника = 3×100 = 300 Гц и так далее.

Гармоники определяют музыкальность и стройность звука, особенно в музыкальных инструментах. Негармонические обертоны, наоборот, могут создавать ощущение шума или нестабильности звука.

Нумерация обертонов и гармоник

Часто обертоны и гармоники путают из-за различной нумерации. Первая гармоника — это сам основной тон. Первый обертон — это частота, следующая за основной, то есть вторая гармоника.

Например, основной тон имеет частоту 100 Гц, первый обертон – это вторая гармоника - 200 Гц, а второй обертон – это третья гармоника - 300 Гц и т.д.

Роль обертонов и гармоник в музыкальных инструментах

1. Струнные инструменты

Частота колебаний струны зависит от множества факторов: её натяжения, материала и длины. Особое значение имеет длина струны, поскольку её изменение напрямую влияет на характер звучания, позволяя извлекать дополнительные звуки, известные как обертоны или гармоники.

На таких инструментах, как гитара или скрипка, обертоны можно услышать, если извлечь флажолет. Для этого нужно лишь слегка прикоснуться к струне (не прижимая её) и защипнуть её. Гитаристы знают, что самые яркие флажолеты можно получить над 12, 7 и 5 ладом, хотя технически их возможно извлечь в любой точке грифа.

Когда струна вибрирует, она колеблется не только целиком, но и делится на части (половины, трети, четверти). Эти частичные колебания порождают обертоны. Место, где вы касаетесь струны, называют узлом. Узел делит струну на равные части, что сокращает её длину и приводит к появлению новых обертонов и гармоник. Каждый такой узел создаёт определённую комбинацию частот, формируя характерное звучание.

• Колебание целой струны даёт основной тон.

• Половинки струны создают первую гармонику.

• Третья часть — вторую гармонику и так далее.

Каждая гармоника вносит свой вклад в тембр инструмента: гитара даёт мягкий, богатый обертонами звук, скрипка создаёт более яркое звучание с выраженными высокими обертонами.

2. Духовые инструменты

У духовых инструментов обертоны зависят от формы и длины воздушного столба. Например, в трубе сильны гармоники, придающие ей яркость, а флейта имеет более «чистый» звук из-за меньшего количества высоких обертонов.

3. Ударные инструменты

Мембрана барабана создаёт сложный набор обертонов. Часть из них негармоническая, что даёт ударным инструментам богатое, но менее музыкальное звучание по сравнению с духовыми или струнными инструментами.

Роль обертонов и гармоник в акустических системах

В акустике важно понимать, как воспроизводятся обертоны. Хорошие акустические системы воспроизводят обертоны точно, сохраняя тембр музыки. Плохие колонки могут искажать спектр звука, из-за чего инструменты звучат «плоско» или неестественно. Если акустическая система усиливает определённые частоты (например, низкие или высокие гармоники), это меняет восприятие звучания.

Для настройки звука важно учитывать гармоники, используя эквалайзер. Усиление или подавление обертонов позволяет добиться нужного оттенка звука.

Почему важны обертоны и гармоники

1.                Они формируют тембр. Без обертонов звуки инструментов были бы однообразными и похожими. Например, фортепиано и скрипка, играющие одну и ту же ноту, звучали бы одинаково.

2.                Гармоники помогают инструментам сочетаться в ансамбле. Они создают ощущение «полноты» и богатства звучания.

3.                Музыканты используют обертоны для точной настройки (например, флажолеты на струнах).

4.                В студийной записи обертоны могут быть усилены для создания особого звукового характера.

Как использовать обертоны в музыке

Для музыканта обертоны — это не только физическое явление, но и мощный художественный инструмент. Например, гитаристы часто добавляют их в свои партии, чтобы сделать звук выразительнее. Эти необычные, порой визжащие призвуки создают эффект неожиданности и легко запоминаются слушателями.

Обертоны можно использовать не только в соло, но и в риффах, чтобы эффектно завершать музыкальные фразы или добавлять выразительные акценты в конце квадратов. Благодаря обертонному звучанию, партии приобретают индивидуальность, а музыка — глубину и насыщенность.

Знания об обертонах и гармониках могут значительно расширить возможности игры на струнных инструментах, особенно на гитаре. Вот несколько способов, как их можно использовать на практике.

1. Извлечение флажолетов. Флажолеты — это обертоны, которые можно извлечь, слегка касаясь струны в определённых точках. Они добавляют воздушное, светящееся звучание и часто используются для украшения мелодий. Включение флажолетов в мелодическую линию делает её более яркой и выразительной. Добавление флажолетов разнообразит текстуру гитарного соло.

2. Сочетание флажолетов с техникой игры. Комбинация глухого пиццикато с яркими флажолетами создаёт контраст, добавляя драматизм. При правильной технике игры медиатором можно извлекать яркие, резкие гармоники. Они особенно эффектны в роке и металле.

3. Создание текстур и атмосферы. Вы можете использовать флажолеты для создания мягких, «парящих» аккордов, которые добавляют глубину и объём в аранжировку. Низкие ноты основной мелодии можно подчеркнуть высокими обертонами, что создаёт ощущение многослойности.

4. Улучшение интонации и настройки. Совпадение обертонов между разными струнами (например, 7 лад на одной струне и 5 лад на другой) позволяет точно настроить инструмент. Если обертоны «дрожат», это указывает на проблемы со строем.

5. Углубление знаний о строении инструмента. Понимание обертонов помогает музыканту лучше понимать физику струн: материал струн, длина мензуры, сила натяжения струн и т.д.

6. Эксперименты с гармоническими аккордами. На гитаре можно извлекать гармонические аккорды, используя обертоны, играть флажолеты одновременно на нескольких струнах для создания уникального звучания, смешивать обычные ноты с флажолетами, чтобы добиться контрастного звучания.

7. Композиция и аранжировка. Использование обертонов в кульминации или для завершения произведения добавляет изысканности. Некоторые произведения можно построить полностью из обертонов, что создаёт необычное, «неземное» звучание.

8. Использование в эффектных трюках. В быстрых пассажах или соло добавление искусственных обертонов (извлечённых с помощью медиатора или пальца) часто впечатляет слушателей. Эксперименты с обратной связью (feedback) и эффектами дисторшна или реверба раскрывают потенциал обертонов в рок-музыке.

Легендарные музыканты, такие как Жако Пасториус, показывают, как обертоны могут стать важным элементом стиля. Он использовал флажолеты для создания мелодий и даже для формирования аккордов, превращая бас-гитару в полноценный мелодический инструмент.

Знания об обертонах и гармониках — это ключ к расширению музыкальной палитры, позволяющий превращать привычные инструменты в источник необычного и вдохновляющего звучания. В музыкальных инструментах и акустических системах эти явления играют важную роль в формировании тембра, глубины и яркости звучания. Понимание обертонов помогает создавать инструменты с уникальным звучанием, настраивать акустику помещений и проектировать аудиосистемы высокого качества.