От чего зависит тембр звука

Данная статья является частью цикла статей "Sytrus"

Что такое тембр

Перед началом чтения статьи скачайте этот проект => ПРОЕКТ.

Определение тембра является самым сложным и субъективно ощущаемым параметром. Чтобы понять что такое тембр, послушайте одинаковые мелодии сыгранные на фортепьяно и на скрипке. Мелодия одинаковая, но звучание фортепьяно и скрипки кардинально отличаются, это самое отличие и есть тембр. С тембром всё ясно, когда говорят "красивый тембр голоса", "глухой тембр инструмента" и т.д., но… О тембре нельзя сказать "больше-меньше", "выше-ниже", для его описания используются десятки слов: сухой, звонкий, мягкий, резкий, яркий и т.д.

Причин влияющих на восприятие тембра очень много, поэтому в данной статье остановимся только на некоторых из них, поскольку они оказывают наибольшее влияние на восприятие.

Влияние спектральной структуры звука

Восприятие тембра зависит от спектральной структуры звука (АЧХ), то есть от состава обертонов и соотношения их амплитуд. Напомним, что обертоны - это все составляющие спектра выше фундаментальной частоты (тона).

Послушайте на 1м паттерне 3 первых звука с различным количеством обертонов. 1 синус (только тон), 2 квадрат (нечётные гармоники), 3 пила (максимальное количество гармоник). Все эти 3 звука довольно сильно различаются тембром.

4м звучит звук которому добавлены более высокие гармоники, то есть звук по сути тот же что и 3й, но более высокие гармоники громче (добавлена амплитуда гармоник), что заметно изменяет звук (тембр). В данном случае тембр стал богаче, сочнее.

Если в спектре сигнала присутствует достаточно много гармоник с номерами от 7-ой до 15…18-ой, с достаточно большими амплитудами, то тембр воспринимается как яркий, звонкий, резкий. Если в спектре присутствуют в основном низшие гармоники, то тембр характеризуется как темный, глухой.

Пример: откройте паттерн 2 и послушайте сначала звук как есть, затем откройте синтезатор и уберите дополнительные гармоники в => . Тембр станет скучнее. Также на 3м паттерне к этому звуку прибавились чётные гармоники, путём добавления еще одного оператора, в итоге тембр стал более чёткий.

Вывод: экспериментируйте с количеством и амплитудой гармоник. В Sytrus хороших результатов можно добиться используя настройки осциллятора ( => ).

• при отсутствии или недостатке обертонов, особенно в нижнем регистре, тембр звука становится скучным, пустым;
• присутствие в спектре первых пяти-семи гармоник с достаточно большой амплитудой придает тембру полноту и сочность;
• ослабление первых гармоник и усиление высших гармоник (от шестой-седьмой и выше) придает тембру резкость, скрипучесть;

Также не стоит забывать, что для создания определённых качеств тембра можно использовать эквалайзер, пример на паттерне 4:

• подъём в области 200…700 Гц позволяет получить оттенки сочности, глубины;
• подъём в области 2,5…3 кГц придает тембру полетность, звонкость;
• подъём в области 3…4,5 кГц придает тембру резкость, пронзительность.

Ещё 1 из способов добавить в звук гармоник, это использование Distortion (дисторшина), Overdrive (овердрайва), Wave shaper и подобных им эффектов. Пример на паттерне 5. На канале на который послан синтезатор включен distortion, но можно воспользоваться встроенным в синтезатор Sytrus wave shaper-ом.

Начальная часть звука (щелчок)

Гораздо более существенную роль в распознавании тембра играет процесс развертывания во времени его спектра, в первую очередь на начальном этапе атаки звука. Если удалить часть атаки звука, то опознать тембр инструмента очень сложно. Давайте проведём эксперимент.

Скачайте этот файл и прослушайте его => Файл. У данного инструмента вырезана начальная атака (вырезано 0,1 секунды). Попытайтесь понять что это за инструмент, вероятность того, что вы сразу же сходу угадаете, что это за инструмент есть, если вы очень часто его слышите. Но, заметьте услышав звук вы задумались и не сразу выдвинули версию.

Запомните какой по вашему мнению это инструмент. А теперь скачайте файл, где у этого же инструмента не вырезана начальная атака (щелчок) => Файл. Услышав этот звук вы сходу не задумываясь подумали что это фортепьяно, и никаких сомнений не возникло!

Процесс атаки у большинства музыкальных инструментов и голоса продолжается несколько десятков миллисекунд. За этот период времени слух воспринимает постепенное расширение спектра во времени, поскольку вступают все новые обертоны с различной скоростью и амплитудой, и распознает тембр данного инструмента. На этот процесс распознавания оказывают влияние такие многочисленные факторы как: начальный скрип смычка, начало ноты на медном инструменте, шум дыхания, начальное прохлопывание язычка саксофона, ударный глухой звук молоточка в пианино и т.д.

Следовательно, для распознавания тембра, важен период формирования временной структуры. Не только щелчок является важным но и период период затухания (спада). Послушайте этот же звук фортепьяно где спада практически нет => Файл:

Не очень похоже на пианино, сходность звука есть но всё равно не то. Живая музыка - это непрерывная динамика, постоянное изменение, и это связано с глубинными свойствами слуховой системы.

Пример: откройте паттерн 6, и послушайте 2 звука. 1й простой синус, 2й тот же самый синус, но у него изменена начальная составляющая (воздействием на него ). Изменение начальной составляющей привело к кардинальному изменению тембра звука, причём изменено всего несколько миллисекунд в начале!

Откройте паттерн 7, и послушайте 2 звука. 1й квадрат, 2й тот же самый квадрат, но у него изменена огибающая ADSR.

Вывод: экспериментируйте с начальной составляющей звука (щелчком), к примеру воздействием оператора, данные манипуляции могут кардинально поменять тембр, т.к. в этот момент происходит распознавание тембра всего звука. Экспериментируйте с огибающей звука, этим можно придать мягкости или наоборот жёсткости тембру.

Поведение обертонов

Характер поведения каждого обертона во времени также несет важнейшую информацию о тембре. Т.е. продолжительность присутствия обертонов, их последующее появление или изменение их амплитуды с течением времени.

Пример: Откройте паттерн 8, и послушайте 3 звука. 1й обычная пила, 2й та же самая пила к которой применено фильтрование (быстрый срез высоких обертонов фильтром), 3й тот же самый что 2й, но фильтр работает в обратную сторону (постепенное добавление обертонов). 3 этих тембра довольно сильно отличаются по своему звучанию.

Откройте паттерн 9, и послушайте 2 звука. 1м звучит звук тембр которого "не очень", а у второго тембр интереснее. Единственная разница между этими звуками в том, что ко 2у применён фильтр! Этот пример показывает что характер поведения обертонов может кардинально поменять тембр звука, может заставить звучать звук гораздо интереснее! Не недооценивайте фильтр!

Вывод: экспериментируйте применяя различные типы фильтров, здесь важнейшую роль играет динамика изменения спектральной огибающей во времени на всех этапах звучания: ADSR (атаки, стационарной части, спада).

Фаза воздействующего оператора

Так же при синтезе звуков, довольно сильно на тембр звука влияет фаза воздействующего оператора.

Пример: откройте паттерн 10, и послушайте 2 звука. 1й, в синтезаторе на воздействует . 2й, также воздействует , но у немного изменена фаза, и это как вы слышите очень сильно влияет на тембр звука. Изменение фазы производится во вкладке => . Попробуйте поменять фазу второго оператора как показано на рисунке ниже:

Вывод: экспериментируйте с фазами воздействующего оператора, в некоторых случаях это также может кардинально изменить тембр или заставить звук звучать более живо.

Эффекты

При синтезе звуков очень часто применяются различные эффекты: Flanger, Phaser, Chorus и т.п.. Которые также очень сильно влияют на тембр звука.

Пример: откройте паттерн 11, и послушайте 4 звука. 1й без эффектов, остальные с различными эффектами на каналах посыла.

---

В данной статье приводились довольно упрощённые примеры, на практике применяются более сложные комбинации и приёмы. Также в данной статье были рассмотрены только те факторы, которые оказывают на тембр звука наиболее заметное влияние, их ещё много.

Источники

Статья частично составлена с использованием материалов:

• Основы психоакустики, часть 14. Тембр. Часть 1.
• Основы психоакустики, часть 14. Тембр. Часть 2.
• Основы психоакустики, часть 14. Тембр. Часть 3.