Скрипка и труба играют одну и ту же ноту, а ты с закрытыми глазами без труда отличишь одну от другой. Частота одна, громкость одна. Разница в обертонах, и от того, как система их передаёт, зависит, будет ли у тебя в машине живая труба или пластиковая дудка.
Нота ля и её лесенка
Возьмём ля большой октавы, 110 Гц. Её гармоники стоят на 220, 330, 440, 550 Гц и дальше, через каждые 110 Гц. Все вместе они и есть звук струны или трубы. Какие из них громче, какие тише, это и есть тембр. У кларнета, например, в нижнем регистре слабые чётные гармоники, поэтому он звучит «полым». Семь лет в духовом оркестре научили меня слышать это без спектра: одна и та же нота у разных инструментов ощущается как разные краски.
Какой динамик в машине играет обертоны?
Раскидаем эту ноту по полосам моей Mark X. Там мидбасы играют до раздела, СЧ динамики ESB 9.4m от ~150 Гц, твитеры ESB 9.1T-28 от ~2,5 кГц.
| Полоса | Что достаётся от ноты 110 Гц | Что это для звука |
|---|---|---|
| Мидбас (до ~150 Гц) | Только основной тон 110 Гц | Высота и «тело» ноты |
| СЧ динамик (150–2500 Гц) | Гармоники со 2-й по 22-ю | Почти весь тембр: узнаваемость инструмента |
| Твитер (от 2,5 кГц) | С 23-й гармоники и выше | Призвуки, атака, «воздух» |
Вывод неожиданный для многих: даже у басовой ноты тембр делает СЧ динамик. Поэтому он в системе важнее, чем кажется по его скромному размеру. Если на стыке мидбаса и СЧ провал, нота не пропадёт, но инструмент поменяет характер. У меня в машине как раз был провал ближнего мидбаса 160–190 Гц, и СЧ, пущенные с 150 Гц, его закрыли. Бас-гитара после этого перестала звучать «картонно».
Короткие уточнения про обертоны и полосу СЧ
Обертоны - это все частоты над основным тоном, а гармоники - те обертоны, что кратны ему ровно в 2, 3, 4 раза и дальше. У струнных и духовых обертоны почти точно гармонические. У колокола, тарелок и многих барабанов обертоны негармонические, поэтому у них нет такой чёткой высоты ноты, как у струны.
Нота ля первой октавы по стандарту ISO 16 настроена на 440 Гц, это опорная частота строя. Каждая октава удваивает или делит частоту пополам: ля малой октавы 220 Гц, ля большой 110 Гц, ля второй 880 Гц. Ля большой октавы удобна для примеров, её основной тон попадает в мидбас, а гармоники уходят в СЧ и выше.
Вторая гармоника стоит ровно на октаву выше основного тона и сливается с ним, добавляя «теплоту». Третья приходится на октаву плюс квинту, она тоже созвучна, но уже окрашивает звук жёстче. Высокие нечётные гармоники, пятая, седьмая и дальше, с основным тоном почти не сливаются и слышны как грязь. Поэтому искажения системы с высокими гармониками раздражают сильнее.
Хотя бы от 200 Гц, это ориентир: СЧ динамик должен уверенно играть отсюда, потому что большая часть тембра мужского голоса и гитары лежит в 200–1000 Гц. В Mark X автора СЧ динамики пущены от ~150 Гц и закрывают провал мидбаса 160–190 Гц. Чем ниже без искажений играет СЧ, тем меньше тембра ложится на стык с мидбасом. Модели под такую задачу есть в разделе СЧ динамиков.
Тембр системы проверяют на знакомых записях живых инструментов, звучание которых ты помнишь вживую: голос, фортепиано, виолончель, акустическая гитара. Если голос стал «носовым», а гитара «картонной», где-то на середине пик или провал. Замер АЧХ подскажет, где искать, но окончательно тембральную точность оценивают ушами.
Эффект пропавшей основной частоты
Слух умеет достраивать основной тон по обертонам. Если убрать 110 Гц, а 220, 330, 440 оставить, мозг всё равно услышит ноту ля, только тоньше. На этом держится звук басов в телефонном динамике, который 110 Гц сыграть не может физически. В машине это значит простую вещь: высоту бас-гитары ты узнаёшь и через СЧ, а мидбас и сабвуфер добавляют массу и давление. Подробнее о таких трюках слуха в статье Психоакустика.
Гармоники от инструмента и гармоники от системы
Обертоны инструмента это музыка. Гармоники, которые добавляют динамик или усилитель, это искажения: они меняют соотношение обертонов и, значит, тембр. Вторая гармоника звучит мягко и «тепло», третья и выше жёстче. Поэтому я держу принцип: все компоненты с искажениями меньше 1% в рабочей полосе. Тогда тембр определяет запись, а не железо.
Как тембр оценивают на соревнованиях?
В оценке SQ есть тональный баланс и натуральность тембра. Судья слушает, звучит ли фортепиано фортепиано, а виолончель виолончелью. Перекос на середине, будь то пик или провал, меняет соотношение обертонов, и инструмент становится «не тем». Это слышно быстрее, чем любая цифра на графике.
Как теряют тембр при настройке
- Резать СЧ динамик слишком высоко «чтобы не напрягать». Большая часть тембра мужского голоса и гитары лежит в 200–1000 Гц.
- Считать, что верх это только тарелки. Высокие обертоны дают атаку и разборчивость согласных.
- Ровнять АЧХ по замеру и ни разу не послушать живые инструменты. Тембр проверяют ушами на знакомых записях.
Понимание обертонов помогает на шаге «Оценка звучания и участие в соревнованиях»: слушаешь уже не «громко-тихо», а правильный ли тембр у инструмента. А собрать целевую АЧХ, при которой обертоны не перекошены, поможет E.BAEV.Targets.
Какой трек ты используешь, чтобы проверить тембр? Поделись в чате EBAEVSQ, соберём общий плейлист для проверки.
Источники
- И. А. Алдошина, «Основы психоакустики» (цикл статей, журнал «Звукорежиссёр», 1999–2000)
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- В. К. Иофе, В. Г. Корольков, М. А. Сапожков, «Справочник по акустике», 1979
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- ISO 16:1975, «Acoustics: Standard tuning frequency (Standard musical pitch)»
См. также: Спектр, Октава, Частотные полосы, СЧ динамик.