Timbre adalah warna musik. Sarana musik ekspresif: Timbre Timbres - warna musik

Warnanada

Parameter yang paling sulit dirasakan secara subyektif adalah timbre. Dengan definisi istilah ini, timbul kesulitan yang sebanding dengan definisi konsep “kehidupan”: semua orang memahami apa itu kehidupan, namun sains telah berjuang dengan definisi ilmiah selama beberapa abad. Demikian pula dengan istilah "timbre": semua orang memahami apa yang kita bicarakan ketika mereka mengatakan "timbre suara yang indah", "timbre instrumen yang membosankan", dll., tapi... Anda tidak bisa mengatakan "lebih atau kurang", "lebih tinggi atau lebih rendah" tentang timbre ", lusinan kata digunakan untuk mendeskripsikannya: kering, nyaring, lembut, tajam, cerah, dll. (Kita akan membicarakan istilah untuk mendeskripsikan timbre secara terpisah).

Warnanada(timbre-Prancis) berarti “kualitas nada”, “warna nada” (kualitas nada).

Karakteristik timbre dan akustik suara
Teknologi komputer modern memungkinkan untuk melakukan analisis terperinci terhadap struktur temporal sinyal musik apa pun - ini dapat dilakukan oleh hampir semua editor musik, misalnya Sound Forge, Wave Lab, SpectroLab, dll. Contoh struktur temporal (osilogram ) bunyi dengan nada yang sama (nada “C” pada oktaf pertama) yang diciptakan oleh berbagai instrumen (organ, biola).
Seperti dapat dilihat dari bentuk gelombang yang disajikan (yaitu ketergantungan perubahan tekanan suara terhadap waktu), tiga fase dapat dibedakan dalam masing-masing suara ini: serangan suara (proses pembentukan), bagian diam, dan proses pembusukan. Pada instrumen yang berbeda, bergantung pada metode produksi suara yang digunakan di dalamnya, interval waktu fase-fase ini berbeda-beda - hal ini dapat dilihat pada gambar.

Alat musik perkusi dan petik, seperti gitar, mempunyai periode waktu fase diam dan serangan yang singkat serta periode fase peluruhan yang lama. Dalam bunyi pipa organ, Anda dapat melihat segmen fase diam yang cukup panjang dan periode peluruhan yang pendek, dll. Jika Anda membayangkan segmen bagian diam dari suara yang lebih panjang dalam waktu, Anda dapat dengan jelas melihat periodiknya. struktur suara. Periodisitas ini pada dasarnya penting untuk menentukan nada musik, karena sistem pendengaran hanya dapat menentukan nada untuk sinyal periodik, dan sinyal non-periodik dianggap sebagai kebisingan.

Menurut teori klasik, yang dikembangkan sejak Helmholtz selama hampir seratus tahun berikutnya, persepsi timbre bergantung pada struktur spektral suara, yaitu komposisi nada tambahan dan rasio amplitudonya. Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa nada tambahan adalah semua komponen spektrum di atas frekuensi dasar, dan nada tambahan yang frekuensinya dalam rasio bilangan bulat dengan nada dasar disebut harmonik.
Sebagaimana diketahui, untuk memperoleh amplitudo dan spektrum fasa perlu dilakukan transformasi Fourier pada fungsi waktu (t), yaitu ketergantungan tekanan bunyi p terhadap waktu t.
Dengan menggunakan transformasi Fourier, setiap sinyal waktu dapat direpresentasikan sebagai jumlah (atau integral) dari sinyal harmonik sederhana (sinusoidal) penyusunnya, dan amplitudo serta fase dari komponen-komponen ini masing-masing membentuk spektrum amplitudo dan fase.

Menggunakan algoritma digital Fast Fourier Transform (FFT) yang dibuat selama beberapa dekade terakhir, pengoperasian penentuan spektrum juga dapat dilakukan di hampir semua program pemrosesan audio. Misalnya, program SpectroLab umumnya merupakan penganalisis digital yang memungkinkan Anda menyusun spektrum amplitudo dan fase sinyal musik dalam berbagai bentuk. Bentuk penyajian spektrumnya bisa berbeda-beda, meskipun mewakili hasil perhitungan yang sama.

Gambar tersebut menunjukkan spektrum amplitudo berbagai alat musik (osilogramnya ditunjukkan pada gambar sebelumnya) dalam bentuk respon frekuensi. Respon frekuensi di sini merepresentasikan ketergantungan amplitudo nada tambahan berupa tingkat tekanan suara dalam dB pada frekuensi.

Terkadang spektrum direpresentasikan sebagai kumpulan nada tambahan yang terpisah dengan amplitudo berbeda. Spektra dapat disajikan dalam bentuk spektogram, dimana sumbu vertikal adalah frekuensi, sumbu horizontal adalah waktu, dan amplitudo dinyatakan dengan intensitas warna.

Selain itu, terdapat bentuk representasi berupa spektrum tiga dimensi (kumulatif), yang akan dibahas di bawah ini.
Untuk membangun spektrum yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya, interval waktu tertentu dipilih di bagian stasioner osilogram, dan spektrum rata-rata pada interval ini dihitung. Semakin besar segmen ini, semakin akurat resolusi frekuensinya, tetapi pada saat yang sama, detail individual dari struktur temporal sinyal mungkin hilang (dihaluskan). Spektrum stasioner tersebut memiliki ciri-ciri tersendiri yang menjadi ciri khas masing-masing alat musik dan bergantung pada mekanisme pembentukan bunyi di dalamnya.

Misalnya, seruling menggunakan pipa yang kedua ujungnya terbuka sebagai resonator, dan oleh karena itu mengandung semua harmonik genap dan ganjil dalam spektrumnya. Dalam hal ini, tingkat (amplitudo) harmonik menurun dengan cepat seiring dengan frekuensi. Klarinet menggunakan pipa sebagai resonator, ditutup di salah satu ujungnya, sehingga spektrumnya sebagian besar mengandung harmonik ganjil. Pipa ini memiliki banyak harmonisa frekuensi tinggi dalam spektrumnya. Oleh karena itu, warna nada semua instrumen ini sangat berbeda: serulingnya lembut, lembut, klarinetnya tumpul, tumpul, terompetnya cerah, tajam.

Ratusan karya telah dikhususkan untuk mempelajari pengaruh komposisi spektral nada tambahan pada timbre, karena masalah ini sangat penting baik untuk desain alat musik maupun peralatan akustik berkualitas tinggi, terutama yang berkaitan dengan perkembangan Hi- Peralatan Fi dan High-End, dan untuk evaluasi pendengaran rekaman suara dan tugas lainnya berdiri di depan sound engineer. Akumulasi pengalaman pendengaran yang luas dari sound engineer kami yang luar biasa - P.K. Kondrashina, V.G. Dinova, E.V. Nikulsky, S.G. Shugal dan lainnya - dapat memberikan informasi yang sangat berharga tentang masalah ini (terutama jika mereka menulis tentang hal ini di buku mereka, yang saya harapkan dari mereka).

Karena jumlah informasi ini sangat banyak dan sering kali saling bertentangan, kami hanya akan menyajikan sebagian saja.
Analisis struktur umum spektrum berbagai instrumen yang ditunjukkan pada Gambar 5 memungkinkan kita untuk menarik kesimpulan berikut:
- dengan tidak adanya atau kurangnya nada tambahan, terutama pada register bawah, timbre suara menjadi membosankan, kosong - contohnya adalah sinyal sinusoidal dari generator;
- Kehadiran spektrum lima hingga tujuh harmonik pertama dengan amplitudo yang cukup besar memberikan kepenuhan dan kekayaan timbre;
- melemahnya harmonik pertama dan penguatan harmonik yang lebih tinggi (dari keenam-tujuh ke atas) menghasilkan timbre

Analisis selubung spektrum amplitudo untuk berbagai alat musik memungkinkan untuk menetapkan (Kuznetsov “Akustik Alat Musik”):
- kenaikan halus dalam amplop (meningkatkan amplitudo kelompok nada tambahan tertentu) di wilayah 200...700 Hz memungkinkan Anda memperoleh nuansa kekayaan dan kedalaman;
- peningkatan di wilayah 2,5…3 kHz memberikan kualitas timbre yang nyaring dan nyaring;
- peningkatan di wilayah 3…4,5 kHz memberikan ketajaman timbre, melengking, dll.

Salah satu dari banyak upaya untuk mengklasifikasikan kualitas timbre berdasarkan komposisi spektral suara ditunjukkan pada gambar.

Banyak eksperimen yang menilai kualitas suara (dan, akibatnya, timbre) sistem akustik memungkinkan untuk menetapkan pengaruh berbagai puncak dan penurunan respons frekuensi terhadap perubahan timbre yang terlihat. Secara khusus, terlihat bahwa keterlihatan bergantung pada amplitudo, lokasi pada skala frekuensi, dan faktor kualitas puncak dan penurunan pada selubung spektrum (yaitu, pada respons frekuensi). Dalam rentang frekuensi menengah, ambang batas keterlihatan puncak, yaitu penyimpangan dari tingkat rata-rata, adalah 2...3 dB, dan keterlihatan perubahan timbre di puncak lebih besar daripada di palung. Celah lebar yang sempit (kurang dari 1/3 oktaf) hampir tidak terlihat oleh telinga - rupanya, hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa celah sempit inilah yang menyebabkan ruangan memasukkan respons frekuensi berbagai sumber suara, dan telinga sudah terbiasa dengan mereka.

Pengelompokan nada tambahan ke dalam kelompok formant mempunyai pengaruh yang signifikan, terutama pada daerah sensitivitas pendengaran maksimal. Karena lokasi area formatlah yang berfungsi sebagai kriteria utama untuk membedakan bunyi ujaran, keberadaan rentang frekuensi forman (yaitu nada tambahan yang ditekankan) secara signifikan mempengaruhi persepsi timbre alat musik dan suara nyanyian: untuk Misalnya, grup formant di wilayah 2 ... 3 kHz memberikan terbang, kemerduan pada suara nyanyian dan suara biola. Forman ketiga ini terutama terlihat pada spektrum biola Stradivarius.

Dengan demikian, pernyataan teori klasik memang benar bahwa warna suara yang dirasakan bergantung pada komposisi spektralnya, yaitu lokasi nada tambahan pada skala frekuensi dan rasio amplitudonya. Hal ini ditegaskan oleh berbagai praktik bekerja dengan suara di berbagai bidang. Program musik modern memudahkan pemeriksaan ini menggunakan contoh sederhana. Misalnya, di Sound Forge, menggunakan generator bawaan, Anda dapat mensintesis varian suara dengan komposisi spektral berbeda, dan mendengarkan bagaimana timbre suaranya berubah.

Dua kesimpulan yang sangat penting mengikuti dari ini:
- timbre musik dan ucapan berubah tergantung pada perubahan volume dan transposisi ketinggian.

Saat Anda mengubah volume, persepsi timbre berubah. Pertama, dengan peningkatan amplitudo getaran vibrator berbagai alat musik (string, membran, papan suara, dll.), efek nonlinier mulai muncul di dalamnya, dan ini mengarah pada pengayaan spektrum dengan nada tambahan tambahan. Gambar tersebut menunjukkan spektrum piano pada gaya tumbukan yang berbeda, dengan tanda hubung menandai bagian kebisingan dari spektrum tersebut.

Kedua, seiring dengan peningkatan tingkat volume, sensitivitas sistem pendengaran terhadap persepsi frekuensi rendah dan tinggi berubah (kurva kenyaringan yang sama telah ditulis di artikel sebelumnya). Oleh karena itu, ketika volume dinaikkan (sampai batas wajar 90...92 dB), timbre menjadi lebih penuh, lebih kaya dibandingkan dengan suara yang pelan. Dengan peningkatan volume lebih lanjut, distorsi yang kuat mulai mempengaruhi sumber suara dan sistem pendengaran, yang menyebabkan penurunan timbre.

Transposisi melodi dalam nada juga mengubah timbre yang dirasakan. Pertama, spektrumnya habis, karena beberapa nada tambahan berada dalam kisaran tak terdengar di atas 15...20 kHz; kedua, di wilayah frekuensi tinggi, ambang pendengaran jauh lebih tinggi, dan nada tambahan frekuensi tinggi menjadi tidak terdengar. Dalam suara tingkat rendah (misalnya, dalam organ), nada tambahan ditingkatkan karena peningkatan sensitivitas pendengaran hingga frekuensi menengah, sehingga suara tingkat rendah terdengar lebih kaya daripada suara tingkat menengah, di mana tidak ada peningkatan nada tambahan seperti itu. Perlu dicatat bahwa karena kurva kenyaringan yang sama, serta hilangnya kepekaan pendengaran terhadap frekuensi tinggi, sebagian besar bersifat individual, perubahan persepsi timbre dengan perubahan volume dan nada juga sangat bervariasi pada orang yang berbeda.
Namun, data eksperimen yang dikumpulkan hingga saat ini memungkinkan untuk mengungkapkan invarian (stabilitas) timbre tertentu dalam sejumlah kondisi. Misalnya, ketika mengubah urutan melodi sepanjang skala frekuensi, corak timbre tentu saja berubah, tetapi secara umum timbre suatu instrumen atau suara mudah dikenali: saat mendengarkan, misalnya, saksofon atau instrumen lain melalui a radio transistor, Anda dapat mengenali timbre-nya, meskipun spektrumnya telah terdistorsi secara signifikan. Saat mendengarkan instrumen yang sama di berbagai titik di aula, timbrenya juga berubah, tetapi sifat dasar timbre yang melekat pada instrumen ini tetap ada.

Beberapa kontradiksi ini sebagian dijelaskan dalam kerangka teori spektral klasik tentang timbre. Misalnya, telah ditunjukkan bahwa untuk mempertahankan karakteristik dasar timbre selama transposisi (transfer sepanjang skala frekuensi), pada dasarnya penting untuk mempertahankan bentuk selubung spektrum amplitudo (yaitu, struktur formantnya). Misalnya, gambar menunjukkan bahwa ketika spektrum ditransfer satu oktaf dalam kasus di mana struktur selubung dipertahankan (opsi “a”), variasi timbre menjadi kurang signifikan dibandingkan ketika spektrum ditransfer dengan tetap mempertahankan rasio amplitudo (opsi "B").

Hal ini menjelaskan fakta bahwa bunyi ujaran (vokal, konsonan) dapat dikenali terlepas dari nada (frekuensi nada dasar) yang diucapkan, jika lokasi daerah formannya relatif satu sama lain dipertahankan.

Jadi, menyimpulkan hasil yang diperoleh teori timbre klasik, dengan mempertimbangkan hasil beberapa tahun terakhir, kita dapat mengatakan bahwa timbre, tentu saja, sangat bergantung pada komposisi spektral rata-rata suara: jumlah nada tambahan, lokasi relatifnya. pada skala frekuensi, pada rasio amplitudonya, yaitu bentuk selubung spektral (AFC), atau lebih tepatnya, pada distribusi spektral energi terhadap frekuensi.
Namun, ketika percobaan pertama dalam mensintesis suara alat musik dimulai pada tahun 60an, upaya untuk menciptakan kembali suara, khususnya, terompet berdasarkan komposisi spektrum rata-rata yang diketahui ternyata tidak berhasil - timbrenya benar-benar berbeda. dari suara alat musik tiup. Hal yang sama berlaku untuk upaya pertama sintesis suara. Selama periode inilah, dengan mengandalkan kemungkinan yang diberikan oleh teknologi komputer, pengembangan arah lain dimulai - membangun hubungan antara persepsi timbre dan struktur temporal sinyal.
Sebelum beralih ke hasil yang diperoleh dalam arah ini, hal berikut harus disampaikan.
Pertama. Dipercaya secara luas bahwa ketika bekerja dengan sinyal audio, cukup memperoleh informasi tentang komposisi spektralnya, karena bentuk temporalnya selalu dapat diubah menggunakan transformasi Fourier, dan sebaliknya. Namun, hubungan yang jelas antara representasi temporal dan spektral sinyal hanya ada dalam sistem linier, dan sistem pendengaran pada dasarnya adalah sistem nonlinier, baik pada level sinyal tinggi maupun rendah. Oleh karena itu, pemrosesan informasi dalam sistem pendengaran terjadi secara paralel baik dalam domain spektral maupun temporal.

Pengembang peralatan akustik berkualitas tinggi terus-menerus menghadapi masalah ini, ketika distorsi respons frekuensi sistem akustik (yaitu, ketidakrataan selubung spektral) dibawa hampir ke ambang pendengaran (ketidakrataan 2 dB, bandwidth 20 Hz. ..20 kHz, dll.), dan para ahli atau sound engineer mengatakan: "biola terdengar dingin" atau "suaranya metalik", dll. Dengan demikian, informasi yang diperoleh dari wilayah spektral tidak cukup untuk sistem pendengaran; diperlukan informasi tentang struktur temporal. Tidak mengherankan bahwa metode pengukuran dan evaluasi peralatan akustik telah berubah secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir - metrologi digital baru telah muncul, yang memungkinkan untuk menentukan hingga 30 parameter, baik dalam domain waktu maupun spektral.
Akibatnya, sistem pendengaran harus menerima informasi tentang timbre sinyal musik dan ucapan baik dari struktur temporal maupun spektral sinyal.
Kedua. Semua hasil yang diperoleh di atas dalam teori timbre klasik (teori Helmholtz) didasarkan pada analisis spektrum stasioner yang diperoleh dari bagian stasioner sinyal dengan rata-rata tertentu, tetapi faktanya dalam musik nyata dan sinyal ucapan praktis tidak ada. bagian yang konstan dan tidak bergerak pada dasarnya penting. Musik live adalah dinamika yang berkelanjutan, perubahan yang konstan, dan ini disebabkan oleh sifat mendalam dari sistem pendengaran.

Studi tentang fisiologi pendengaran telah memungkinkan untuk menetapkan bahwa dalam sistem pendengaran, terutama di bagian yang lebih tinggi, terdapat banyak yang disebut neuron “kebaruan” atau “pengenalan”, yaitu neuron yang menyala dan mulai menghantarkan muatan listrik. hanya jika ada perubahan sinyal (nyalakan, matikan, ubah level volume, nada, dll). Jika sinyalnya stasioner, maka neuron-neuron ini tidak dihidupkan, dan sinyal dikendalikan oleh sejumlah neuron yang terbatas. Fenomena ini diketahui secara luas dari kehidupan sehari-hari: jika sinyal tidak berubah, sering kali sinyal tersebut tidak lagi diperhatikan.
Untuk pertunjukan musik, segala jenis monoton dan keteguhan adalah bencana: neuron kebaruan pendengar dimatikan dan dia berhenti memahami informasi (estetika, emosional, semantik, dll.), sehingga dalam pertunjukan langsung selalu ada dinamika (musisi dan penyanyi secara luas menggunakan berbagai modulasi sinyal - vibrato, tremolo dll.).

Selain itu, setiap alat musik, termasuk suara, memiliki sistem produksi suara khusus, yang menentukan struktur temporal sinyal dan dinamika perubahannya. Perbandingan struktur temporal suara menunjukkan perbedaan mendasar: khususnya, durasi ketiga bagian - serangan, bagian stasioner, dan peluruhan - berbeda dalam durasi dan bentuk untuk semua instrumen. Instrumen perkusi memiliki bagian stasioner yang sangat pendek, waktu serang 0,5...3 ms dan waktu peluruhan 0,2...1 s; untuk instrumen membungkuk, waktu serangannya adalah 30...120 ms, waktu peluruhannya adalah 0,15...0,5 detik; organ memiliki serangan 50...1000 ms dan peluruhan 0,2...2 s. Selain itu, bentuk selubung waktu pada dasarnya berbeda.
Eksperimen telah menunjukkan bahwa jika Anda menghilangkan bagian dari struktur sementara yang terkait dengan serangan suara, atau menukar serangan dan peluruhan (bermain dalam arah yang berlawanan), atau mengganti serangan dari satu instrumen dengan serangan dari instrumen lain, maka mengidentifikasi timbre instrumen tertentu menjadi hampir mustahil. Oleh karena itu, untuk pengenalan timbre, tidak hanya bagian diam (spektrum rata-rata yang menjadi dasar teori klasik timbre), tetapi juga periode pembentukan struktur sementara, serta periode redaman (peluruhan). merupakan elemen penting.

Memang benar, ketika mendengarkan di ruangan mana pun, pantulan pertama tiba di sistem pendengaran setelah serangan dan bagian awal dari bagian stasioner sudah terdengar. Pada saat yang sama, pembusukan suara dari instrumen ditumpangkan oleh proses gaung ruangan, yang secara signifikan menyamarkan suara dan, tentu saja, menyebabkan perubahan persepsi timbre-nya. Pendengaran memiliki kelembaman tertentu, dan suara pendek dianggap sebagai bunyi klik. Oleh karena itu, durasi suara harus lebih dari 60 ms untuk mengenali nada, dan karenanya, timbre. Tampaknya konstanta harusnya dekat.
Namun demikian, waktu antara awal datangnya bunyi langsung dan saat tibanya pantulan pertama ternyata cukup untuk mengenali timbre bunyi suatu instrumen - jelas, keadaan ini menentukan invarian (stabilitas) pengenalan suara. warna nada instrumen yang berbeda dalam kondisi mendengarkan yang berbeda. Teknologi komputer modern memungkinkan untuk menganalisis secara cukup rinci proses pembentukan suara instrumen yang berbeda, dan untuk menyoroti fitur akustik paling signifikan yang paling penting untuk menentukan timbre.

Struktur spektrum stasioner (rata-rata) mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap persepsi timbre suatu alat musik atau suara: komposisi nada tambahan, lokasinya pada skala frekuensi, rasio frekuensinya, distribusi amplitudo, dan bentuk spektrum. selubung, keberadaan dan bentuk daerah forman, dll, yang sepenuhnya menegaskan ketentuan teori timbre klasik, yang dituangkan dalam karya Helmholtz.
Namun, bahan eksperimental yang diperoleh selama beberapa dekade terakhir telah menunjukkan bahwa peran yang sama pentingnya, dan mungkin jauh lebih signifikan dalam pengenalan timbre, dimainkan oleh perubahan non-stasioner dalam struktur suara dan, dengan demikian, proses perluasan spektrumnya dalam waktu. , terutama pada tahap awal serangan suara.

Proses perubahan spektrum dari waktu ke waktu dapat “dilihat” dengan sangat jelas menggunakan spektogram atau spektrum tiga dimensi (dapat dibuat menggunakan sebagian besar editor musik Sound Forge, SpectroLab, Wave Lab, dll.). Analisis mereka terhadap suara berbagai instrumen memungkinkan untuk mengidentifikasi ciri-ciri khas dari proses “pembukaan” spektrum. Misalnya, gambar menunjukkan spektrum tiga dimensi suara bel, dengan frekuensi dalam Hz diplot pada satu sumbu, waktu dalam detik di sumbu lainnya; pada amplitudo ketiga dalam dB. Grafik tersebut dengan jelas menunjukkan bagaimana proses pertumbuhan, pembentukan dan peluruhan selubung spektral terjadi dari waktu ke waktu.

Perbandingan serangan nada C4 pada berbagai alat musik kayu menunjukkan bahwa proses pembentukan getaran pada setiap alat musik mempunyai ciri khas tersendiri:

Klarinet didominasi oleh harmonik ganjil 1/3/5, dengan harmonik ketiga muncul dalam spektrum 30 ms lebih lambat dari harmonik pertama, kemudian harmonik yang lebih tinggi secara bertahap “berbaris”;
- pada obo, pembentukan osilasi dimulai dengan harmonik kedua dan ketiga, kemudian harmonik keempat muncul, dan hanya setelah 8 ms harmonik pertama mulai muncul;
- harmonik pertama dari seruling muncul terlebih dahulu, kemudian hanya setelah 80 ms semua yang lain secara bertahap masuk.

Gambar tersebut menunjukkan proses pembentukan getaran pada sekelompok alat musik tiup: terompet, trombon, terompet, dan tuba.

Perbedaannya terlihat jelas:
- terompet memiliki tampilan kompak dari sekelompok harmonik yang lebih tinggi, trombon memiliki harmonik kedua yang muncul pertama, kemudian yang pertama, dan setelah 10 ms yang kedua dan ketiga. Tuba dan klakson menunjukkan konsentrasi energi pada tiga harmonik pertama; praktis tidak ada harmonik yang lebih tinggi.

Analisis hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa proses serangan bunyi sangat bergantung pada sifat fisik produksi bunyi pada instrumen tertentu:
- dari penggunaan bantalan telinga atau tongkat, yang selanjutnya dibagi menjadi tunggal atau ganda;
- dari berbagai bentuk pipa (lurus sempit atau kerucut lebar), dll.

Hal ini menentukan jumlah harmonik, waktu kemunculannya, kecepatan peningkatan amplitudonya, dan, karenanya, bentuk selubung struktur temporal suara. Beberapa instrumen, seperti seruling,

Amplop selama periode serangan memiliki karakter eksponensial yang halus, dan di beberapa, misalnya bassoon, ketukan terlihat jelas, yang merupakan salah satu alasan perbedaan timbre yang signifikan.

Selama serangan, harmonik yang lebih tinggi terkadang mendahului nada dasar, sehingga fluktuasi tinggi nada dapat terjadi secara periodik, dan oleh karena itu tinggi nada total, meningkat secara bertahap; Terkadang perubahan periodisitas ini bersifat kuasi-acak. Semua tanda ini membantu sistem pendengaran untuk “mengidentifikasi” timbre instrumen tertentu pada saat awal bunyi.

Untuk menilai timbre suatu bunyi, yang penting tidak hanya momen pengenalannya (yaitu, kemampuan membedakan satu instrumen dari instrumen lainnya), tetapi juga kemampuan untuk mengevaluasi perubahan timbre selama pertunjukan. Di sini, peran paling penting dimainkan oleh dinamika perubahan selubung spektral dari waktu ke waktu di semua tahap suara: serangan, bagian diam, peluruhan.
Perilaku setiap nada tambahan dari waktu ke waktu juga membawa informasi penting tentang timbre. Misalnya, dalam bunyi lonceng, dinamika perubahan sangat jelas terlihat, baik dalam komposisi spektrum maupun dalam sifat perubahan amplitudo nada tambahan individual seiring waktu: jika pada saat pertama setelah bunyi beberapa selusin komponen spektral terlihat jelas dalam spektrum, yang menciptakan karakter noise timbre, kemudian setelah beberapa detik, beberapa nada tambahan dasar tetap berada dalam spektrum (nada fundamental, oktaf, duodecima dan sepertiga minor setelah dua oktaf), sisanya memudar keluar, dan ini menciptakan timbre suara berwarna khusus.

Contoh perubahan amplitudo nada tambahan utama dari waktu ke waktu untuk bel ditunjukkan pada gambar. Dapat dilihat bahwa ia dicirikan oleh serangan yang singkat dan periode peluruhan yang lama, sedangkan kecepatan masuk dan peluruhan nada tambahan dari orde yang berbeda dan sifat perubahan amplitudonya dari waktu ke waktu berbeda secara signifikan. Perilaku berbagai nada tambahan dari waktu ke waktu bergantung pada jenis instrumen: dalam bunyi piano, organ, gitar, dll., proses perubahan amplitudo nada tambahan memiliki karakter yang sama sekali berbeda.

Pengalaman menunjukkan bahwa sintesis suara komputer aditif, dengan mempertimbangkan perkembangan spesifik nada tambahan individu dari waktu ke waktu, memungkinkan seseorang memperoleh suara yang jauh lebih “nyata”.

Pertanyaan tentang dinamika perubahan nada tambahan yang membawa informasi tentang timbre terkait dengan keberadaan pita pendengaran kritis. Membran basilar di koklea bertindak sebagai serangkaian filter bandpass, yang lebarnya bergantung pada frekuensi: di atas 500 Hz kira-kira 1/3 oktaf, di bawah 500 Hz kira-kira 100 Hz. Bandwidth filter pendengaran ini disebut "bandwidth pendengaran kritis" (ada satuan pengukuran khusus sebesar 1 gonggongan, sama dengan lebar pita kritis pada seluruh rentang frekuensi suara).
Dalam pita kritis, pendengaran mengintegrasikan informasi suara yang masuk, yang juga memainkan peranan penting dalam proses penyembunyian pendengaran. Jika Anda menganalisis sinyal pada keluaran filter pendengaran, Anda dapat melihat bahwa lima hingga tujuh harmonik pertama dalam spektrum suara instrumen apa pun biasanya termasuk dalam pita kritisnya sendiri, karena jaraknya cukup jauh satu sama lain; mereka mengatakan bahwa harmonik “membuka” sistem pendengaran. Pelepasan neuron pada keluaran filter tersebut disinkronkan dengan periode setiap harmonik.

Harmonik di atas ketujuh biasanya cukup dekat satu sama lain pada skala frekuensi, dan tidak “tersapu” oleh sistem pendengaran; beberapa harmonik berada dalam satu pita kritis, dan sinyal kompleks diperoleh pada keluaran filter pendengaran. Pelepasan neuron dalam hal ini disinkronkan dengan frekuensi selubung, yaitu. nada mendasar.

Oleh karena itu, mekanisme pemrosesan informasi oleh sistem pendengaran untuk harmonik yang diperluas dan tidak diperluas agak berbeda: dalam kasus pertama, informasi digunakan “dalam waktu”, dalam kasus kedua “di tempat”.

Peran penting dalam pengenalan nada, seperti yang ditunjukkan dalam artikel sebelumnya, dimainkan oleh lima belas hingga delapan belas harmonik pertama. Eksperimen yang menggunakan sintesis suara aditif komputer menunjukkan bahwa perilaku harmonik khusus ini juga memiliki dampak paling signifikan terhadap perubahan timbre.
Oleh karena itu, dalam sejumlah penelitian diusulkan untuk mempertimbangkan dimensi timbre sama dengan lima belas hingga delapan belas, dan untuk mengevaluasi perubahannya menurut jumlah skala ini, inilah salah satu perbedaan mendasar antara timbre dan karakteristik persepsi pendengaran seperti nada atau kenyaringan, yang dapat diskalakan menurut dua atau tiga parameter (misalnya, volume), terutama bergantung pada intensitas, frekuensi, dan durasi sinyal.

Diketahui bahwa jika spektrum sinyal mengandung cukup banyak harmonik dengan angka dari 7 sampai 15...18, dengan amplitudo yang cukup besar, misalnya pada terompet, biola, pipa buluh suatu organ, dll., kemudian timbre dianggap cerah, nyaring, tajam, dll. Jika spektrumnya sebagian besar mengandung harmonik yang lebih rendah, misalnya tuba, klakson, trombon, maka timbre tersebut dicirikan sebagai gelap, kusam, dll. Klarinet, di mana harmonik ganjil mendominasi spektrumnya , memiliki timbre yang agak "nasal", dll.
Sesuai dengan pandangan modern, peran terpenting dalam persepsi timbre adalah perubahan dinamika distribusi energi maksimum antara nada-nada spektrum.

Untuk mengevaluasi parameter ini, konsep “spektrum centroid” diperkenalkan, yang didefinisikan sebagai titik tengah distribusi energi spektral suara; Cara menentukannya adalah dengan menghitung nilai frekuensi rata-rata tertentu:

Dimana Ai adalah amplitudo komponen spektrum, fi adalah frekuensinya.
Misalnya pada gambar, nilai centroid ini adalah 200 Hz.

F =(8 x 100 + 6 x 200 + 4 x 300 + 2 x 400)/(8 + 6 + 4 + 2) = 200.

Pergeseran pusat massa ke arah frekuensi tinggi dirasakan sebagai peningkatan kecerahan timbre.
Pengaruh signifikan dari distribusi energi spektral pada rentang frekuensi dan perubahannya dari waktu ke waktu terhadap persepsi timbre mungkin terkait dengan pengalaman mengenali bunyi ujaran dengan fitur formant, yang membawa informasi tentang konsentrasi energi di berbagai area di wilayah tersebut. spektrum (namun tidak diketahui mana yang utama).
Kemampuan pendengaran ini sangat penting ketika menilai warna nada suatu alat musik, karena keberadaan daerah forman merupakan ciri khas sebagian besar alat musik, misalnya pada biola pada daerah 800...1000 Hz dan 2800...4000 Hz, dalam klarinet 1400...2000 Hz, dll.
Oleh karena itu, posisi mereka dan dinamika perubahan dari waktu ke waktu mempengaruhi persepsi karakteristik timbre individu.
Diketahui betapa besar pengaruh signifikan kehadiran formant nyanyian tinggi terhadap persepsi timbre suara nyanyian (di wilayah 2100...2500 Hz untuk bass, 2500...2800 Hz untuk tenor, 3000. ..3500 Hz untuk sopran). Di area ini, penyanyi opera memusatkan hingga 30% energi akustik mereka, yang menjamin kemerduan dan kejernihan suara mereka. Penghilangan formant nyanyian dari rekaman berbagai suara dengan menggunakan filter (percobaan ini dilakukan dalam penelitian Prof. V.P. Morozov) menunjukkan bahwa timbre suara menjadi tumpul, tumpul dan lamban.

Perubahan timbre ketika mengubah volume suatu pertunjukan dan mengubah ketinggian juga disertai dengan pergeseran pusat massa karena perubahan jumlah nada tambahan.
Contoh perubahan posisi pusat massa untuk bunyi biola dengan ketinggian berbeda ditunjukkan pada gambar (frekuensi lokasi pusat massa dalam spektrum diplot sepanjang sumbu absis).
Penelitian telah menunjukkan bahwa pada banyak alat musik terdapat hubungan yang hampir monoton antara peningkatan intensitas (kenyaringan) dan pergeseran pusat massa ke wilayah frekuensi tinggi, yang menyebabkan timbre menjadi lebih cerah.

Rupanya, saat mensintesis suara dan membuat berbagai komposisi komputer, hubungan dinamis antara intensitas dan posisi pusat massa dalam spektrum harus diperhitungkan untuk mendapatkan timbre yang lebih natural.
Terakhir, perbedaan persepsi warna nada bunyi nyata dan bunyi dengan “ketinggian maya”, yaitu. suara, yang ketinggiannya “diselesaikan” oleh otak menurut beberapa nada tambahan spektrum (ini tipikal, misalnya, untuk suara lonceng), dapat dijelaskan dari posisi pusat massa spektrum. Karena bunyi-bunyi ini mempunyai nilai frekuensi dasar, yaitu. tingginya mungkin sama, tetapi posisi pusat massanya berbeda karena komposisi nada tambahan yang berbeda, maka timbre akan dirasakan secara berbeda.
Menarik untuk dicatat bahwa lebih dari sepuluh tahun yang lalu, parameter baru diusulkan untuk mengukur peralatan akustik, yaitu spektrum tiga dimensi distribusi energi dalam frekuensi dan waktu, yang disebut distribusi Wigner, yang cukup aktif digunakan oleh berbagai pihak. perusahaan untuk mengevaluasi peralatan, karena, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, memungkinkan Anda untuk membuat kecocokan terbaik dengan kualitas suaranya. Mengingat sifat sistem pendengaran yang disebutkan di atas dalam menggunakan dinamika perubahan karakteristik energi sinyal suara untuk menentukan timbre, dapat diasumsikan bahwa parameter distribusi Wigner ini juga dapat berguna untuk menilai alat musik.

Penilaian warna nada berbagai instrumen selalu subjektif, tetapi jika, ketika menilai nada dan volume, dimungkinkan, berdasarkan penilaian subjektif, untuk mengatur suara pada skala tertentu (dan bahkan memperkenalkan satuan pengukuran khusus “anak” untuk kenyaringan dan “mel” untuk nada), maka penilaian timbre merupakan tugas yang jauh lebih sulit. Biasanya, untuk menilai timbre secara subyektif, pendengar disajikan dengan pasangan suara yang nada dan kenyaringannya identik, dan diminta untuk menempatkan suara-suara ini pada skala yang berbeda di antara berbagai fitur deskriptif yang berlawanan: “terang”/”gelap”, “bersuara”/ "membosankan", dll. . (Kami pasti akan membicarakan pilihan berbagai istilah untuk menggambarkan warna suara dan rekomendasi standar internasional mengenai masalah ini di masa depan).
Pengaruh signifikan terhadap penentuan parameter suara seperti nada, timbre, dll., diberikan oleh perilaku waktu dari lima hingga tujuh harmonik pertama, serta sejumlah harmonik yang “tidak diperluas” hingga tanggal 15...17 .
Namun, sebagaimana diketahui dari hukum umum psikologi, ingatan jangka pendek seseorang dapat beroperasi secara bersamaan dengan tidak lebih dari tujuh hingga delapan simbol. Oleh karena itu, jelas bahwa ketika mengenali dan menilai timbre, tidak lebih dari tujuh atau delapan fitur penting yang digunakan.
Upaya untuk menetapkan karakteristik ini dengan mensistematisasikan dan merata-ratakan hasil eksperimen, untuk menemukan skala umum yang memungkinkan untuk mengidentifikasi warna nada suara dari berbagai instrumen, dan untuk mengasosiasikan skala ini dengan berbagai karakteristik spektral waktu suara telah dilakukan. untuk waktu yang lama.

Salah satu yang paling terkenal adalah karya Gray (1977), di mana perbandingan statistik dibuat dari perkiraan berbagai karakteristik warna nada suara berbagai instrumen senar, kayu, perkusi, dll. Suara tersebut disintesis di komputer , yang memungkinkan untuk mengubah nilai temporal dan spektralnya dalam karakteristik arah yang diperlukan. Klasifikasi ciri-ciri timbral dilakukan dalam ruang tiga dimensi (ortogonal), dimana berikut ini dipilih sebagai skala yang digunakan untuk melakukan penilaian komparatif terhadap derajat kemiripan ciri-ciri timbral (berkisar antara 1 sampai 30):

Skala pertama adalah nilai pusat massa spektrum amplitudo (skala menunjukkan perpindahan pusat massa, yaitu energi spektral maksimum dari harmonik rendah ke tinggi);
- kedua - sinkronisitas fluktuasi spektral, mis. tingkat sinkronisitas dalam masuk dan berkembangnya nada-nada individu dari spektrum;
- ketiga - tingkat keberadaan energi kebisingan frekuensi tinggi non-harmonik amplitudo rendah selama periode serangan.

Pemrosesan hasil yang diperoleh dengan menggunakan paket perangkat lunak khusus untuk analisis cluster mengungkapkan kemungkinan klasifikasi instrumen yang cukup jelas berdasarkan timbre dalam ruang tiga dimensi yang diusulkan.

Upaya memvisualisasikan perbedaan timbral bunyi alat musik sesuai dengan dinamika perubahan spektrumnya selama periode serangan dilakukan dalam karya Pollard (1982), hasilnya ditunjukkan pada gambar.

Ruang warna tiga dimensi

Pencarian metode penskalaan warna nada multidimensi dan pembentukan hubungannya dengan karakteristik spektral-temporal suara terus berlanjut secara aktif. Hasil ini sangat penting untuk pengembangan teknologi sintesis suara komputer, untuk pembuatan berbagai komposisi musik elektronik, untuk koreksi dan pemrosesan suara dalam praktik rekayasa suara, dll.

Menarik untuk dicatat bahwa pada awal abad ini, komposer besar abad ke-20 Arnold Schoenberg mengungkapkan gagasan bahwa “... jika kita menganggap nada sebagai salah satu dimensi timbre, dan musik modern dibangun di atas variasi dimensi ini, lalu mengapa tidak mencoba menggunakan dimensi timbre lain untuk membuat komposisi." Ide ini saat ini diterapkan dalam karya komposer yang menciptakan musik spektral (elektroakustik). Inilah sebabnya mengapa minat terhadap masalah persepsi timbre dan hubungannya dengan karakteristik objektif bunyi sangat tinggi.

Dengan demikian, hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa jika pada periode pertama mempelajari persepsi timbre (berdasarkan teori klasik Helmholtz) terjalin hubungan yang jelas antara perubahan timbre dan perubahan komposisi spektral bagian diam dari timbre. suara (komposisi nada tambahan, rasio frekuensi dan amplitudonya, dll.), maka periode kedua studi ini (sejak awal tahun 60an) memungkinkan untuk menetapkan pentingnya karakteristik spektral-temporal yang mendasar.

Ini adalah perubahan struktur selubung waktu di semua tahap perkembangan suara: serangan (yang sangat penting untuk mengenali warna nada dari berbagai sumber), bagian stasioner, dan peluruhan. Ini adalah perubahan dinamis dalam waktu selubung spektral, termasuk. pergeseran pusat massa spektrum, yaitu pergeseran energi spektral maksimum dalam waktu, serta perkembangan amplitudo komponen spektral dalam waktu, terutama lima hingga tujuh harmonik spektrum yang “belum berkembang”.

Saat ini, studi periode ketiga tentang masalah timbre telah dimulai, fokus penelitian telah beralih ke studi pengaruh spektrum fase, serta penggunaan kriteria psikofisik dalam mengenali timbre yang mendasari mekanisme umum pengenalan gambar suara ( mengelompokkan ke dalam aliran, menilai sinkronisitas, dll.).

Spektrum timbre dan fase

Semua hasil yang disajikan dalam membangun hubungan antara timbre yang dirasakan dan karakteristik akustik sinyal terkait dengan spektrum amplitudo, lebih tepatnya, dengan perubahan temporal dalam selubung spektral (terutama perpindahan pusat energi spektrum amplitudo- centroid) dan perkembangan waktu dari nada tambahan individu.

Upaya terbesar telah dilakukan ke arah ini dan banyak hasil menarik telah diperoleh. Seperti yang telah disebutkan, selama hampir seratus tahun dalam psikoakustik, pendapat Helmholtz berlaku bahwa sistem pendengaran kita tidak sensitif terhadap perubahan dalam hubungan fase antara nada tambahan individu. Namun, bukti eksperimental secara bertahap dikumpulkan bahwa alat bantu dengar sensitif terhadap perubahan fase antara berbagai komponen sinyal (karya Schroeder, Hartman, dll.).

Secara khusus, ditemukan bahwa ambang pendengaran untuk pergeseran fasa dalam sinyal dua dan tiga komponen pada frekuensi rendah dan menengah adalah 10...15 derajat.

Pada tahun 1980an, hal ini menyebabkan terciptanya sejumlah sistem loudspeaker dengan respons fase linier. Seperti diketahui dari teori umum sistem, untuk transmisi sinyal yang tidak terdistorsi modulus fungsi transfer perlu dijaga konstan, yaitu. karakteristik frekuensi amplitudo (selubung spektrum amplitudo), dan ketergantungan linier spektrum fase pada frekuensi, yaitu. φ(ω) = -ωТ.

Memang, jika amplop amplitudo spektrum tetap konstan, maka, seperti disebutkan di atas, distorsi sinyal audio tidak akan terjadi. Persyaratan untuk mempertahankan linearitas fase pada seluruh rentang frekuensi, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian Blauert, ternyata berlebihan. Telah ditemukan bahwa pendengaran terutama merespons laju perubahan fasa (yaitu turunan frekuensinya), yang disebut " waktu tunda kelompok ": τ = dφ(ω)/dω.

Sebagai hasil dari berbagai pemeriksaan subjektif, ambang batas audibilitas untuk distorsi penundaan kelompok (yaitu, besarnya deviasi Δτ dari nilai konstannya) dibuat untuk berbagai sinyal ucapan, musik, dan kebisingan. Ambang batas pendengaran ini bergantung pada frekuensi, dan di wilayah sensitivitas pendengaran maksimum, ambang batas tersebut adalah 1...1,5 ms. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, ketika membuat peralatan akustik Hi-Fi, mereka terutama dipandu oleh ambang batas pendengaran di atas untuk distorsi penundaan kelompok.

Tampilan bentuk gelombang pada rasio fase nada atas yang berbeda; merah - semua nada tambahan memiliki fase awal yang sama, biru - fase didistribusikan secara acak.

Jadi, jika hubungan fase mempunyai efek suara pada deteksi nada, maka hubungan tersebut diharapkan memiliki efek signifikan pada pengenalan timbre.

Untuk percobaan, kami memilih suara dengan nada dasar 27,5 dan 55 Hz dan dengan seratus nada tambahan, dengan rasio amplitudo seragam yang merupakan karakteristik suara piano. Pada saat yang sama, nada-nada dengan nada-nada yang sangat harmonis dan dengan karakteristik ketidakharmonisan tertentu dari suara piano, yang muncul karena kekakuan senar yang terbatas, heterogenitasnya, adanya getaran longitudinal dan puntir, dll., dipelajari.

Bunyi yang diteliti disintesis sebagai jumlah nada tambahannya: X(t)=ΣA(n)sin
Untuk eksperimen pendengaran, hubungan fase awal berikut dipilih untuk semua nada tambahan:
- A - fase sinusoidal, fase awal diambil sama dengan nol untuk semua nada tambahan φ(n,0) = 0;
- B - fase alternatif (sinusoidal untuk genap dan kosinus untuk ganjil), fase awal φ(n,0)=π/4[(-1)n+1];
- C - distribusi fase acak; fase awal bervariasi secara acak dalam kisaran dari 0 hingga 2π.

Pada rangkaian percobaan pertama, semua seratus nada tambahan memiliki amplitudo yang sama; hanya fasenya saja yang berbeda (nada dasar 55 Hz). Pada saat yang sama, warna nada yang didengarkan ternyata berbeda:
- dalam kasus pertama (A), periodisitas yang berbeda terdengar;
- pada nada kedua (B), timbrenya lebih cerah dan nada lain terdengar satu oktaf lebih tinggi dari nada pertama (meskipun nadanya tidak jelas);
- di bagian ketiga (C) - timbrenya menjadi lebih seragam.

Perlu dicatat bahwa nada kedua hanya didengarkan di headphone; saat mendengarkan melalui pengeras suara, ketiga sinyal hanya berbeda dalam timbre (terpengaruh pada gema).

Fenomena ini - perubahan nada ketika fase beberapa komponen spektrum berubah - dapat dijelaskan oleh fakta bahwa ketika secara analitis mewakili transformasi Fourier dari sinyal tipe B, ini dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua kombinasi nada tambahan: seratus nada tambahan dengan fase tipe A, dan lima puluh nada tambahan dengan fase berbeda 3π/4, dan dengan amplitudo lebih besar dari √2. Telinga memberikan nada terpisah pada kelompok nada tambahan ini. Selain itu, ketika berpindah dari fase A ke fase B, pusat massa spektrum (energi maksimum) bergeser ke arah frekuensi yang lebih tinggi, sehingga timbre tampak lebih cerah.

Eksperimen serupa dengan pergeseran fase kelompok nada tambahan individu juga menyebabkan munculnya nada virtual tambahan (kurang jelas). Sifat pendengaran ini disebabkan oleh fakta bahwa telinga membandingkan suara dengan sampel nada musik tertentu yang dimilikinya, dan jika ada harmonik yang keluar dari rangkaian karakteristik sampel ini, maka telinga mengidentifikasinya secara terpisah dan menetapkannya secara terpisah. melempar.

Jadi, hasil penelitian Galembo, Askenfeld, dan lain-lain menunjukkan bahwa perubahan fase dalam rasio nada tambahan individu cukup jelas terdengar saat perubahan timbre, dan dalam beberapa kasus, nada.

Hal ini terutama terlihat ketika mendengarkan nada musik piano yang sebenarnya, di mana amplitudo nada tambahan berkurang seiring dengan bertambahnya jumlahnya, terdapat bentuk khusus dari selubung spektrum (struktur formant), dan ketidakharmonisan spektrum yang jelas terlihat ( yaitu, pergeseran frekuensi nada tambahan individu sehubungan dengan deret harmonik).

Dalam domain waktu, adanya ketidakharmonisan menyebabkan dispersi, yaitu komponen frekuensi tinggi merambat sepanjang string dengan kecepatan lebih tinggi daripada komponen frekuensi rendah, dan bentuk gelombang sinyal berubah. Adanya sedikit ketidakharmonisan dalam suara (0,35%) menambah kehangatan dan vitalitas pada suara, namun, jika ketidakharmonisan ini menjadi besar, ketukan dan distorsi lainnya akan terdengar dalam suara.

Ketidakharmonisan juga mengarah pada fakta bahwa jika pada saat awal fase nada tambahan berada dalam rasio deterministik, maka dengan kehadirannya hubungan fase menjadi acak seiring waktu, struktur puncak bentuk gelombang menjadi halus, dan timbre menjadi lebih banyak. seragam - ini tergantung pada tingkat ketidakharmonisan. Oleh karena itu, pengukuran seketika terhadap keteraturan hubungan fase antara nada tambahan yang berdekatan dapat berfungsi sebagai indikator timbre.

Dengan demikian, efek pencampuran fase karena ketidakharmonisan memanifestasikan dirinya dalam beberapa perubahan persepsi nada dan timbre. Perlu dicatat bahwa efek ini terdengar ketika mendengarkan dekat dengan papan suara (dalam posisi pianis) dan ketika mikrofon dekat, dan efek pendengaran berbeda ketika mendengarkan melalui headphone dan pengeras suara. Dalam lingkungan pantul, bunyi kompleks dengan faktor puncak yang tinggi (yang sesuai dengan tingkat regularisasi hubungan fase yang tinggi) menunjukkan kedekatan sumber bunyi, karena semakin kita menjauh darinya, hubungan fase menjadi semakin acak karena refleksi di dalam ruangan. Efek ini dapat menyebabkan perbedaan penilaian suara oleh pianis dan pendengar, serta perbedaan warna suara yang direkam oleh mikrofon di papan suara dan pendengar. Semakin dekat, semakin tinggi regularisasi fase antara nada tambahan dan semakin jelas nadanya; semakin jauh, semakin seragam timbre dan nada yang kurang jelas.

Pekerjaan untuk menilai pengaruh hubungan fase terhadap persepsi timbre suara musik sekarang sedang dipelajari secara aktif di berbagai pusat (misalnya, di IRCAM), dan hasil baru dapat diharapkan dalam waktu dekat.

Timbre dan prinsip umum pengenalan pola pendengaran

Timbre adalah pengidentifikasi mekanisme fisik pembentukan suara berdasarkan sejumlah karakteristik; memungkinkan Anda mengidentifikasi sumber suara (suatu instrumen atau sekelompok instrumen) dan menentukan sifat fisiknya.

Hal ini mencerminkan prinsip umum pengenalan pola pendengaran, yang menurut psikoakustik modern, didasarkan pada prinsip psikologi Gestalt (geschtalt, “gambar”), yang menyatakan bahwa untuk memisahkan dan mengenali berbagai informasi suara yang masuk ke sistem pendengaran dari berbagai sumber secara bersamaan (permainan orkestra, percakapan antara banyak lawan bicara, dll.), sistem pendengaran (seperti visual) menggunakan beberapa prinsip umum:

- pemisahan- pembagian menjadi aliran suara, mis. identifikasi subjektif dari sekelompok sumber suara tertentu, misalnya, dengan polifoni musik, telinga dapat melacak perkembangan melodi pada instrumen individu;
- kesamaan- bunyi-bunyi yang serupa timbrenya dikelompokkan bersama dan dikaitkan dengan sumber yang sama, misalnya, bunyi-bunyi ujaran dengan nada yang serupa dan timbre yang serupa ditentukan sebagai milik lawan bicara yang sama;
- kontinuitas- sistem pendengaran dapat menginterpolasi suara dari satu aliran melalui masker, misalnya, jika sepotong kebisingan dimasukkan ke dalam aliran ucapan atau musik, sistem pendengaran mungkin tidak menyadarinya, aliran suara akan terus dianggap sebagai kontinu;
- "nasib bersama"- bunyi yang mulai dan berhenti, serta perubahan amplitudo atau frekuensi dalam batas tertentu secara serempak, dikaitkan dengan satu sumber.

Dengan demikian, otak mengelompokkan informasi suara yang masuk baik secara berurutan, menentukan distribusi waktu komponen suara dalam satu aliran suara, dan secara paralel, menyoroti komponen frekuensi yang ada dan berubah secara bersamaan. Selain itu, otak terus-menerus membandingkan informasi suara yang masuk dengan gambar suara yang “direkam” dalam proses pembelajaran di memori. Dengan membandingkan kombinasi aliran suara yang masuk dengan gambar yang ada, otak dapat dengan mudah mengidentifikasinya jika cocok dengan gambar tersebut, atau, dalam gambar. dalam kasus kebetulan yang tidak lengkap, berikan beberapa properti khusus (misalnya, berikan nada virtual, seperti pada suara lonceng).

Dalam semua proses ini, pengenalan timbre memainkan peran mendasar, karena timbre adalah mekanisme di mana tanda-tanda yang menentukan kualitas suara diekstraksi dari sifat fisik: tanda-tanda tersebut direkam dalam memori, dibandingkan dengan yang sudah direkam, dan kemudian diidentifikasi di area tertentu dari suara. korteks serebral.

Area pendengaran di otak

Warnanada- sensasi multidimensi, bergantung pada banyak karakteristik fisik sinyal dan ruang sekitarnya. Pekerjaan telah dilakukan pada penskalaan timbre dalam ruang metrik (skala adalah berbagai karakteristik spektro-temporal dari sinyal, lihat bagian kedua artikel di edisi sebelumnya).

Namun dalam beberapa tahun terakhir, terdapat pemahaman bahwa klasifikasi bunyi dalam ruang subjektif tidak sesuai dengan ruang metrik ortogonal biasa, terdapat klasifikasi dalam "subruang" yang terkait dengan prinsip di atas, yang bukan metrik maupun ortogonal.

Dengan membagi suara ke dalam subruang-subruang ini, sistem pendengaran menentukan "kualitas suara", yaitu timbre, dan memutuskan kategori mana yang akan mengklasifikasikan suara-suara tersebut. Namun, perlu dicatat bahwa seluruh rangkaian subruang di dunia suara yang dirasakan secara subyektif dibangun berdasarkan informasi tentang dua parameter suara dari dunia luar - intensitas dan waktu, dan frekuensinya ditentukan oleh waktu kedatangan. nilai intensitas yang identik. Fakta bahwa pendengaran membagi informasi suara yang masuk ke dalam beberapa subruang subjektif sekaligus meningkatkan kemungkinan bahwa informasi tersebut dapat dikenali di salah satu subruang tersebut. Upaya para ilmuwan saat ini diarahkan pada identifikasi subruang subyektif inilah pengenalan warna nada dan karakteristik sinyal lainnya.

Kesimpulan

Ringkasnya, kita dapat mengatakan bahwa ciri-ciri fisik utama yang menentukan timbre suatu instrumen dan perubahannya seiring waktu adalah:
- penyelarasan amplitudo nada tambahan selama periode serangan;
- mengubah hubungan fase antara nada tambahan dari deterministik menjadi acak (khususnya, karena ketidakharmonisan nada tambahan instrumen nyata);
- perubahan bentuk selubung spektral dari waktu ke waktu selama semua periode perkembangan suara: serangan, bagian diam, dan peluruhan;
- adanya ketidakteraturan pada selubung spektral dan posisi pusat massa spektral (maksimum

Energi spektral, yang berhubungan dengan persepsi forman) dan perubahannya seiring waktu;

Pandangan umum tentang selubung spektral dan perubahannya seiring waktu

Kehadiran modulasi - amplitudo (tremolo) dan frekuensi (vibrato);
- perubahan bentuk selubung spektral dan sifat perubahannya seiring waktu;
- perubahan intensitas (volume) suara, mis. sifat nonlinier sumber bunyi;
- adanya tanda-tanda tambahan identifikasi instrumen, misalnya, suara khas busur, ketukan katup, derit sekrup pada piano, dll.

Tentu saja, semua ini tidak menghabiskan daftar karakteristik fisik suatu sinyal yang menentukan timbre-nya.
Pencarian ke arah ini terus berlanjut.
Namun, saat mensintesis suara musik, semua fitur harus diperhitungkan untuk menciptakan suara yang realistis.

Deskripsi verbal (verbal) tentang timbre

Jika ada satuan pengukuran yang sesuai untuk menilai nada suara: psikofisik (kapur), musik (oktaf, nada, seminada, sen); Ada satuan untuk kenyaringan (suara, latar belakang), tetapi untuk warna nada tidak mungkin membuat skala seperti itu, karena ini adalah konsep multidimensi. Oleh karena itu, bersamaan dengan pencarian korelasi antara persepsi timbre dan parameter objektif suara yang dijelaskan di atas, deskripsi verbal digunakan untuk mengkarakterisasi warna nada alat musik, dipilih sesuai dengan karakteristik yang berlawanan: cerah - kusam, tajam - lembut, dll.

Dalam literatur ilmiah terdapat banyak sekali konsep yang berkaitan dengan penilaian warna suara. Misalnya, analisis istilah-istilah yang diadopsi dalam literatur teknis modern telah mengungkapkan istilah-istilah yang paling sering muncul seperti yang ditunjukkan pada tabel. Upaya dilakukan untuk mengidentifikasi yang paling signifikan di antara mereka, dan untuk menskalakan timbre berdasarkan karakteristik yang berlawanan, serta untuk menghubungkan deskripsi verbal timbre dengan beberapa parameter akustik.

Istilah subjektif dasar untuk menggambarkan timbre, digunakan dalam literatur teknis internasional modern (analisis statistik dari 30 buku dan jurnal).

Seperti asam - asam
kuat - diperkuat
teredam - teredam
sadar - sadar (masuk akal)
antik - kuno
sangat dingin - sangat dingin
muhy - keropos
lembut - lembut
melengkung - cembung
penuh - penuh
misterius - misterius
khusyuk - khusyuk
mengartikulasikan - terbaca
kabur - halus
hidung - hidung
padat - padat
keras - keras
tipis - tipis
rapi - rapi
muram - suram
menggigit, menggigit - menggigit
lembut - lembut
netral - netral
nyaring - nyaring
hambar - menyindir
seperti hantu - hantu
mulia - mulia
baja - baja
menggelegar - menderu
berkaca-kaca - berkaca-kaca
tidak mencolok - tidak dapat dijelaskan
tegang - tegang
mengembik - mengembik
berkilauan - cemerlang
nostalgia - nostalgia
melengking - berderit
bernapas - bernapas
suram - sedih
tidak menyenangkan - tidak menyenangkan
ketat - dibatasi
cerah - cerah
kasar - kasar
biasa - biasa saja
kuat - kuat
brilian - brilian
kisi - melengking
pucat - pucat
pengap - pengap
rapuh - mobile
serius - serius
penuh gairah - penuh gairah
tenang - melunak
berdengung - berdengung
menggeram - menggeram menembus - menembus
gerah - gerah
tenang - tenang
keras - keras
menusuk - menusuk
manis - manis
membawa - terbang
kasar - kasar
terjepit - terbatas
tajam - bingung
terpusat - terkonsentrasi
menghantui - menghantui
tenang - tenteram
asam - asam
nyaring - berdering
kabur - tidak jelas
sedih - sedih
merobek - panik
jelas, kejelasan – jelas
hangat - tulus
berat - berat
lembut - lembut
berawan - berkabut
berat - berat
kuat - kuat
tegang - intens
kasar - kasar
heroik - heroik
menonjol - luar biasa
tebal - tebal
dingin - dingin
serak - serak
pedas - pedas
tipis - tipis
penuh warna - penuh warna
berongga - kosong
murni - murni
mengancam - mengancam
tidak berwarna - tidak berwarna
membunyikan klakson - mendengung (klakson mobil)
bersinar - bersinar
serak - serak
keren keren
hooty - berdengung
serak - berderak
tragis - tragis
berderak - berderak
serak - serak
berderak - berderak
tenang - menenangkan
jatuh - rusak
lampu pijar - lampu pijar
reedy - melengking
transparan - transparan
lembut - lembut
tajam - tajam
halus - halus
menang - menang
kristal - kristal
tidak ekspresif - tidak ekspresif
jarak jauh - jarak jauh
gendut - berbentuk tong
memotong - tajam
intens - intens
kaya - kaya
keruh - berlumpur
gelap - gelap
introspektif - mendalam
dering - dering
boros - sombong
dalam - dalam
gembira - gembira
kuat - kasar
tidak fokus - tidak fokus
halus - halus
mendekam - sedih
kasar - asam
tidak mencolok - sederhana
padat - padat
ringan - ringan
bulat – bulat
terselubung - terselubung
menyebar - tersebar
jernih - transparan
berpasir - berpasir
beludru - beludru
suram - jauh
cair - encer
buas - liar
bersemangat - bergetar
jauh - berbeda
keras - keras
menjerit - menjerit
penting - penting
melamun - melamun
bercahaya - cemerlang
sere - kering menggairahkan - subur (mewah)
kering - kering
subur (lezat) - berair
tenteram, ketenangan - tenang
lemah - redup
membosankan - membosankan
liris - liris
bayangan - teduh
hangat - hangat
sungguh-sungguh - serius
masif – masif
tajam - tajam
berair - berair
gembira - gembira
meditatif - kontemplatif
berkilau - gemetar
lemah - lemah
sangat halus - sangat halus
melankolis - melankolis
berteriak - berteriak
berbobot - berat
eksotik - eksotik
lembut - lembut
melengking - melengking
putih - putih
ekspresif - ekspresif
merdu - melodi
halus - halus
berangin - berangin
gemuk - gemuk
mengancam - mengancam
keperakan - keperakan
tipis - tipis
ganas - keras
logam - logam
bernyanyi - merdu
kayu - kayu
lembek - lembek
berkabut - tidak jelas
jahat - jahat
kerinduan - sedih
fokus - fokus
sedih - sedih
kendur - kendur
firasat - menjijikkan
berlumpur - kotor
halus - halus

Namun permasalahan utamanya adalah belum adanya pemahaman yang jelas tentang berbagai istilah subjektif yang menggambarkan timbre. Terjemahan yang diberikan di atas tidak selalu sesuai dengan makna teknis yang terkandung dalam setiap kata ketika menjelaskan berbagai aspek penilaian timbre.

Dalam literatur kami, dulu ada standar untuk istilah-istilah dasar, tetapi sekarang keadaannya cukup menyedihkan, karena tidak ada upaya yang dilakukan untuk menciptakan terminologi bahasa Rusia yang sesuai, dan banyak istilah yang digunakan dalam arti yang berbeda, terkadang berlawanan.
Dalam hal ini, AES, ketika mengembangkan serangkaian standar untuk penilaian subjektif terhadap kualitas peralatan audio, sistem rekaman suara, dll., mulai memberikan definisi istilah subjektif dalam lampiran standar, dan sejak standar dibuat dalam kelompok kerja. yang mencakup para ahli terkemuka dari berbagai negara, ini adalah prosedur yang sangat penting yang mengarah pada pemahaman yang konsisten tentang istilah-istilah dasar untuk menggambarkan warna nada.
Sebagai contoh, saya akan mengutip standar AES-20-96 - “Rekomendasi untuk Evaluasi Subyektif Pengeras Suara” - yang memberikan definisi yang disepakati tentang istilah-istilah seperti “keterbukaan”, “transparansi”, “kejelasan”, “ketegangan” , "ketajaman", dll.
Jika pekerjaan ini dilanjutkan secara sistematis, maka mungkin istilah dasar untuk deskripsi verbal warna suara berbagai instrumen dan sumber suara lainnya akan memiliki definisi yang disepakati, dan akan dipahami dengan jelas atau cukup dekat oleh para ahli dari berbagai negara.