Do użytku wewnętrznego
Formy muzyczne 42
Gatunek a forma 42
1. Rodzaje zjawisk głosowych
· Dźwięk jest zjawiskiem falowym zdolnym do wywołania wrażenia słuchowego. Jest to zjawisko głosowe złożone z ograniczonego szeregu tonów zwanych tonami składowymi, tonami harmonicznymi lub alikwotami. Tony składowe dźwięku zestawione są w ten sposób, że częstotliwości ich niezależnie od siły brzmienia stanowią wielokrotność częstotliwości pierwszego (najniższego) tonu składowego. Częstotliwości te tworzą zatem szereg o stosunku liczbowym 1:2:3:4:5:6 itd. W szeregu takim zwanym szeregiem harmonicznym, każdy ton składowy numerowany jest kolejno według jego miejsca w szeregu.
Ucho ludzkie ma zdolność przyjmowania dźwięku jako jednego zjawiska, którego ogólną częstotliwość określa pierwszy ton składowy.
Szereg harmoniczny dźwięku C
· Ton jest prostym zjawiskiem głosowym, jego wykresem jest sinusoida. Posiada jedna ściśle wymierzalną częstotliwość. Uzyskanie oddzielnego tonu jest praktycznie niemal niewykonalne.
· Wieloton (mieszanina tonów) – jest złożonym zjawiskiem głosowym, pokrewnym dźwiękowi, a więc składającym się z ograniczonego szeregu tonów składowych. W wielotonie jednak częstotliwości poszczególnych tonów składowych nie pozostają z sobą w żadnym określonym stosunku liczbowym.
· Szmer – należy do zjawisk głosowych złożonych z nieskończonej ilości tonów składowych, zbliżonych do siebie częstotliwością. Ucho ludzkie przyjmuje szmer jako jedno łączne zjawisko o przybliżonej wysokości.
2. Drganie ciał sprężystych
Źródłem wszelkich zjawisk głosowych jest drganie ciał sprężystych. Sprężystość jest to właściwość ciała pozwalająca mu przeciwstawić się samorzutnie z większą lub mniejszą siłą wszelkim próbom zniekształcenia jego formy. Jeśli jednak takie zniekształcenie nastąpiło, sprężystość pozwala ciału powrócić do swej pierwotnej formy.
Sprężystość naturalną posiadają w większym (metale – a przede wszystkim stal) lub mniejszym (drzewo, szkło, masy plastyczne) stopniu ciała wyposażone w tę cechę ze swej natury.
Sprężystość sztuczną mogą posiadać ciała, które ze swej natury nie posiadają tej cechy, lub są mało sprężyste, a w sztuczny sposób mogą zostać wprowadzone w stan sprężysty, np.: sznurek, błona, skóra, płótno. Zazwyczaj sprężystość sztuczna danego ciała współdziała ze sprężystością innego ciała, na które zostało ono napięte (np. sznurek pełniący role cięciwy, napięty na łuk).
Dzięki cesze sprężystości możliwe jest drganie ciała. (patrz rysunek 2)
Wykres ruchu harmonicznego prostego
Ruch, w którym dowolna cząsteczka ciała sprężystego, przy użyciu siły zewnętrznej zostaje wytrącona ze stanu równowagi „0” do punktu „A”, następnie na skutek sprężystości ciała powraca do punktu „0” ruchem jednostajnie przyspieszonym, a następnie wychyla się zwolnionym ruchem do punktu „B” oddalonego od położenia równowagi w tej samej odległości co punkt „A”, po czym wraca do położenia równowagi – taki ruch nazywamy ruchem harmonicznie prostym.
Czas, w którym cząstka przebiega od punktu „A” poprzez „O”, „B” i „O” nazywamy okresem ruchu harmonicznego i oznaczamy T. Największe wychylenie cząstki, a więc do „A” lub do „B” nazywamy amplitudą ruchu harmonicznego.
Ruch harmoniczny prosty, ze względu na jego krótki czas trwania nazywamy drganiem prostym. Wówczas zamiast trudno wymierzalnego okresu T wprowadzamy pojęcie częstotliwości drgania f, stanowiącej odwrotność okresu: f = 1/T i określającej ilość drgań (okresów) przypadających na jedną sekundę. A więc jeśli okres drgania wynosi 1/10s sekundy, częstotliwość wyniesie 10 drgań na sekundę. Jednostką częstotliwości drgań wskazującą ilość drgań na sekundę jest 1 Hertz, w skrócie Hz.
W praktyce bardzo rzadko mamy do czynienia z drganiami prostymi o wykresie sinusoidalnym. Zdecydowanie częściej występują drgania złożone. Poszczególne cząstki ciał sprężystych wykonują zwykle szereg różnych drgań równocześnie, przy czym drgania te mogą odbywać się w tym samym lub różnych kierunkach, mogą mieć równą lub różną częstotliwość,
mogą mieć równe lub różne amplitudy.
Drganie tłumione powstaje zaś wtedy, gdy cząstka ciała sprężystego wprawiona w ruch drgający nie jest wspomagana przez żadna siłą zewnętrzną, równoważącą straty energii powstałe na skutek tarcia, oporu powietrza i niedoskonałej sprężystości materii. W drganiu tłumionym zmniejszeniu podlega jedynie amplituda, podczas gdy okres jest niezmienny aż do całkowitego stłumienia ruchu.
Wykres drgania tłumionego
3. Fala głosowa
Drgania jednej cząstki ciała sprężystego udzielają się także sąsiednim cząstkom tego ciała, a jeśli drgająca cząstka znajduje się na powierzchni ciała – także sąsiadującym z nią cząstkom otaczającego powietrza. Każde wychylenie cząstki ciała drgającego na zewnątrz wywołuje lokalne zwiększenie gęstości i ciśnienia w przyległej warstwie powietrza. Nie mogąc rozładować nadmiaru ciśnienia w kierunku drgającego ciała, cząstki powietrza wywierają z kolei nacisk na dalej położne cząstki, te znów podają impuls coraz dalszym cząstkom i przez całe otaczające powietrze przebiega fala zgęszczeń. Tymczasem drgająca cząstka ciała sprężystego wróciła do położenia wyjściowego, a następnie wykonała kolejną część ruchu drgającego: wychylenie w głąb tego ciała. Cząstki gazu wypełniają natychmiast powstającą próżnię, powodując rozrzedzenie w pierwszej warstwie powietrza. Również i to zjawisko udziela się sąsiednim cząstkom powietrza, a w ślad za falą zgęszczeń przebiega fala rozrzedzeń. Ponieważ zaś ruch drgający odbywa się nadal regularnie, w otaczającym powietrzu powstaje również regularne następstwo fal zgęszczeń i rozrzedzeń, zwana jako całość falą podłużną. Za pośrednictwem fal podłużnych w naturze rozchodzi się głos, dlatego też falę podłużną nazywamy falą głosową. Prędkość rozchodzenia się fali głosowej jest różna. W powietrzu = 340 m/s (przy temperaturze powietrza ok. 15 st. C; przy -40 st. C prędkość=306,5 m/s, a przy +40 st. C = 355,3 m/sek.). W wodorze= 1261m/s; w jodzie (gaz)= 108 m/s; w wodzie (destylowanej) 1432 m/s; w wodzie morskiej 1481m/s; w ołowiu-1320m/s.; w aluminium 5105 m/s; w cegle 3600 m/s.; w betonie 4000 m/s; w szkle 5190 m/s; w drzewie 2500-5260 m/s; w korku 500 m/s; w gumie zaledwie 70 m/s.
4. Zjawisko odbicia, załamania, uginania i nakładania się fal głosowych.
Gdy fala głosowa natrafia na granicę dwóch ośrodków (np. powietrze-woda; powietrze-ściana), następuje rozbicie jej na dwie części, z których jedna odbija się od granicy z powrotem w głąb pierwszego ośrodka, druga zaś przenika poprzez granicę w głąb drugiego ośrodka. Stosunek wzajemny tych dwu części może być różny w zależności od właściwości fizycznych obu ośrodków i od kąta padania fali na granicę ośrodków (Jeżeli fala padnie pod katem większym niż g to fala nie przeniknie, lecz w całości zostanie odbita – w betonie kąt graniczny jest kilkustopniowy, stąd jego oporność falowa jest ogromnie duża, wskutek czego beton odbija dźwięki). Powierzchnie wklęsłe mają właściwości skupiania, a powierzchnie wypukłe rozpraszania fali głosowej.
Częściej jednak dochodzi do tego, że w odróżnieniu od światła fala głosowa, w zetknięciu z przeszkodami łatwo ulega ugięciu, czyli nieprostolinijnemu rozchodzeniu się. W ten sposób głos obiega wokół ścian i mebli, dociera do przestrzeni zasłoniętych itd. Długie fale nie przejmują się przeszkodami, dla krótkich drzewo może spowodować ich zniknięcie. Za filarami w filharmonii, górne tony znikną, lub będą słabiej słyszalne, niskie częstotliwości ugną się i będą słyszalne.
Jeżeli do tych samych cząstek powietrza docierają dwie lub więcej fal głosowych, będą one oddziaływać równocześnie nakładając się. Jeżeli nakładające się fale posiadają równe częstotliwości, fala wypadkowa będzie miała również te samą częstotliwość. W wyniku nałożenia się dwu fal o zbliżonych częstotliwościach i powstawania okresowych zmian amplitudy fali mamy do czynienia z dudnieniem. Przy nakładaniu się dwu fal o równych częstotliwościach i amplitudach, lecz przesuwających się w przeciwnych kierunkach mamy do czynienia z tzw. Falą stojącą 9zachodzi to najczęściej wtedy, gdy jakaś fala spotyka się z własnym odbiciem od prostopadłej płaszczyzny).
5. Rezonans
Rezonansem nazywamy zjawisko powstawania ruchu drgającego ciał sprężystych pod wpływem fali głosowej. Jeśli w polu działania fali głosowej znajdzie się ciało sprężyste zdolne do wykonywania drgań o tej samej częstotliwości co częstotliwość fali, wówczas ciało to pod wpływem impulsów fali zacznie ruch drgający o tej właśnie częstotliwości.
Rezonans wymuszony zachodzi wtedy, gdy ciało nie posiada określonej częstotliwości swych drgań i drgać może z różnymi częstotliwościami. Fala głosowa narzuci mu wtedy swoja częstotliwość. To samo ciało sprężyste może rezonować na wiele różnych fal głosowych. Niektóre wymuszone rezonatory mogą rezonować tylko w ściśle określonym rejonie częstotliwości. Wówczas wzmocnieniu rezonansowemu podlegają nie tylko dźwięki tego rejonu, ale i tony składowe niższych dźwięków. Zjawisko wzmacniania dźwięków i tonów składowych w określonym rejonie częstotliwości przez rezonans wymuszony nazywamy formantem (instrumenty w danym obszarze formantowym nie tylko wzmacniają dane dźwięki – piękniej brzmią – ale i tony składowe). Po obszarach formanowych rozpoznaje się głos szkolony lub nieszkolony. Im wyżej istnieje II obszar formantowy, tym korzystniej dla brzmienia. Samogłoski powstają przez wzmocnienie alikwotów w określonym obszarze formantowym. Np. dla zaistnienia samogłoski „i” pierwszy obszar formantowy to 300 Hz, a drugi 2000 Hz.
Rezonans swobodny jest wtedy, gdy ciało rezonujące posiada ze swej natury określoną częstotliwość drgań i tylko fala głosowa o tej właśnie częstotliwości jest w stanie wywołać drgania (dźwięczenie szyby).
II Cechy dźwięku
Istnieją cztery fundamentalne cechy dźwięku: wysokość, głośność, barwa i czas trwania. Dźwięk postrzegamy nie w skali liniowej ale w skali logarytmicznej. Np. wysokość to logarytm o podstawie 2, głośność to logarytm o podstawie 10.
1. Wysokość
Wysokość dźwięku zależy od częstości drgań. Wysokości nie wyrażamy jednak w Hz, ale nazwami dźwięków i zapisujemy je na pięciolinii. Określenia wysokości są jednak względne, to znaczy że określają one nie bezwzględną częstotliwość, lecz stosunek częstotliwości do częstotliwości tonu wzorcowego, zwanego kamertonem. Od 1939 roku na mocy konwencji zawartej w Londynie obowiązuje na całym świecie kamerton 440 Hz dla tonu a1. Za Napolena III a1 miało 435 Hz. W baroku dla chórów (chorton) a1 wynosiło 495 Hz, a dla instrumentów 390 Hz (pomiędzy 390 Hz a 440 istieje różnica 348 centów, czyli mała tercja w dół).
Zjawisko głosowe posiada w zasadzie tę samą częstotliwość co źródło fali głosowej. Gdy jednak źródło głosu przybliża się do obserwatora (lub obserwator do źródła) – wówczas pozorna wysokość zjawiska głosowego bęedzie nieco wyższa od wysokości pierwotnej. Jeśłi natomiast odległosć między obserwatorem a źródłem wzrasta – wysokość ta będzie nieco niższa niż wynikająca z częstotliwości drgań źródła. Zjawisko to nazywamy zjawiskiem Dopplera.
Jeżeli chodzi o dostrzeganie przez ludzi różnicy częstotliwości, to granicą progową jest różnica 1 centa (cent = 1/100 półtonu; półton = 1/12 oktawy). Połowa wychwytuje różnicę.
Najniższą granicą przechodzenia impulsów w ciągłość jest tzw. stała całkowania naszego ucha ok. 20Hz. Poniżej są infradźwięki. Górną granicą jest częstotliwość 20 000Hz – zależna od indywidualnych zdolności. Powyzej są ultradźwięki. Górna granica do 27 roku życia pozostaje na tym poziomie. Potem co roku górny próg obniża się o 150 Hz.
Im wyżej jest grany jakiś interwał może się zawężać jego percepcja. Np. im wyżej grana jest oktawa możemy ją odbierać jako septymę wielką. Średnie wysokości w różnych głośnościach słyszymy tak samo. Niskie dźwięk głośniej zagrany wdaje się niższy niż jest w rzeczywistości. Podobnie wysoki dźwięk zagrany głośniej wydaje się niższy.
2. Głośność
...
sebastianlesiczka