Обертоны в звучании дерева. Полётов А.И. мастер.

Дерево как источник музыкального звука. Обертоны дерева

Резонансные свойства дерева

В этой статье я расскажу, почему именно дерево является наилучшим материалом для изготовления гитар. Расскажу о том, что дерево может быть не только резонатором, но и источником музыкального звука. Из этой статьи вы узнаете, какие факторы определяют музыкальность дерева.

Явление обертонов всегда разъясняют на примере затухающих колебаний струны. Это потому, что струна, как физическое тело, способна к сложным упругим деформациям. Но именно поэтому, являясь уникальным генератором большинства возможно слышимых обертонов, любая струна при этом имеет относительно малую амплитуду колебаний. Иначе говоря, нуждается в усилителе. Об усилителе мы поговорим в статье о резонаторе, но здесь нам нужно дать понятие “резонансные свойства дерева”, а заодно ответить на вопрос: если струна так подходяще упруга для явления обертонов, то почему бы и сам резонатор не изготовить из материала струны, хотя бы металла? “Веками делали резонаторы из дерева, потому и хорошо” — не ответ и не аргумент.

Но я уверен, рассуждение “струна — прообраз волны, а резонатор — прообраз струны” — совершенно верно, хоть с множеством оговорок.

Обертоны дерева. Дерево как источник музыкального звука.

Следуя последнему рассуждению, давайте рассмотрим само дерево как источник звука. Нам поможет в этом маримба или родственный ей ксилофон, у которых каждая нота — брусок дерева заданной длины. Сечение всех брусков-нот одинаково. С изменением длины каждого из них изменяется соотношение массы-упругости для каждой “клавиши”, меняется и высота звучания.

Под каждой из клавиш — соответствующей высоты столб воздуха, заключённый в длинном металлическом стакане. Некоторые ошибочно полагают, что эти резонаторы — трубы. Это совсем не так. Дно стакана подвижно, благодаря этому можно точно настроить объём воздуха для данной ноты, подвигая его вверх и вниз.

На видео вы слышите, что хоть исполнитель играет сам с собой одновременно в разных диапазонах, инструмент звучит очень стройно.
Я бесконечно благодарен ныне уже покойному мастеру по изготовлению таких инструментов, Ю.Е. Кацапову за то, что поделился со мной своими знаниями.

Посмотрим, кроме лицевой, и на изнаночную сторону клавиатуры маримбы и увидим в центре, на половине длины каждой из них засечки разной конфигурации и глубины. Это следы настройки каждой из клавиш. Такая настройка и есть основной труд мастера, создающего этот непростой инструмент. Зачем же она нужна, настройка? Напомню ,что в сечении все клавиши одинаковы.

Настрой мы по тюнеру основной тон каждой клавиши идеально точно, руководствуясь только её длиной, получим стройный звук лишь в пределах одной, от силы полутора октав. Чем больше будет разница в длине между клавишами, тем больше будет слышна нестройность между ними. Это происходит от того, что у каждой клавиши, кроме основного тона, имеются обертоны — они верны относительно её

основного тона, но нестройны с обертонами клавиш другой длины. Чем больше разница в длине — тем больше нестройность. Мы помним, как и в случае струны, что для любого источника звука характер его обертонов зависит от соотношения масса-упругость, как в источнике в целом, так и переменность этого показателя в разных участках упругого его колебания. В предыдущей статье определено, что для дерева такое соотношение задаёт топография волокон и межволоконных расстояний в заготовке, разность их плотности и пластичности в отношении друг друга. Иначе говоря, настроить только по основному тону (по тюнеру) можно лишь клавиатуру маримбы из абсолютно идентичной, анатомически однородной древесины. А такой не бывает на свете. На приведённых фото — очевидны

отклонения оси древесных волокон от оси клавиши маримбы. Такая разнородность древесины компенсируется настройкой первого обертона для каждой клавиши. Как и в случае струны, приглушив клавишу точно посередине пальцем, выстукивают самый громкий первый октавный обертон. Удаляя, как в центре, так и по краям заготовки малые массы древесины, добиваются стройности “тон-первый обертон”, это приводит к

нужной высоте и обертоны следующих порядков для данной клавиши. После такой настройки высота звучания обертонов самых длинных и самых коротких клавиш приходит, образно говоря, к единому стандарту.
Сказать, что резонансные свойства дерева определяются выстукиванием — значит не сказать ничего. Мало кто из вас знает, как выстукивать и что можно услышать.

Но никакого секрета в этом навыке нет, для любопытствующих я записал такое выстукивание сперва на телефон, чтобы продемонстрировать наглядно. Понимаю также, что приводимый дальше анализ обертонов дерева не всем нужен. Поэтому пропустив следующие два видео, можно

обратиться сразу к выводам, они будут полезны всем. Я же эти выводы должен обосновать. Клавиша маримбы, как и большинство столярных заготовок, имеет следующие плоскости и углы: плашка, край, ребро.

Вернёмся к началу статьи, где высказано предположение: струна — подобие волны, резонатор — подобие струны. Расценивая дерево как источник музыкального звука, уподобим клавишу маримбы звучащей струне с затухающими колебаниями. Отдельная клавиша — одна и та же масса, но упругость её, если выстукивать по плашке, краю и ребру разная.

По плашке (наименьшая упругость) — основной, самый низкий тон. По краю (упругость выше) — всегда второй обертон — выше на квинту. И наконец ребро — упругость повышается значительно, а возрастания порядка обертона при выстукивании нет, звучит низкий, основной тон

с слабым призвуком квинты. Лишь значительно увеличив силу удара, мы услышим повышение тона звучания в соответствии с увеличением упругости. Громкость звучания при этом почти не повысится. Последняя нота в этом тесте — удар по полплашки — первый, октавный обертон. Я просил людей с музыкальным слухом пропеть слышимые при таком выстукивании звукоряды. Как они, так и я сам, слышал, кроме первого в этом видео, сыгранного на гитаре звукоряда, ещё и второй, более высоких ступеней.

Во втором видео — приглушенная в центре клавиша — и тот же порядок, но вместо основного обертона станем выстукивать клавишу в торец. И что же мы получим? Тот же подъем по квинтам вверх за исключением ребра — звучит так же, как и плашка (вернее, полуплашка), а торец — опять на квинту вверх.

До самого того верхнего тона, «субъективно» слышимого в первом тестировании.
В отличие от множества обертонов звучащей струны наличие только октавных и квинтовых обертонов объяснить просто: клавиша не струна, упруго колеблясь, она легко делится лишь на половины и на трети в разных высотностях. А вот молчание ребра кое-что интересное даст: конечно, ребро так жестко-упруго, что не задаёт клавише инерционности, и она звучит так, как ей “легче” — тоном плашки. Но есть и ещё причина. Поскольку сечение клавиши — прямоугольник, в момент удара диагонально противоположная грань не обеспечивает равновесной массы для возникновения амплитудного колебания, а значит, звучащего обертона. На момент удара эта диагональная масса грани находится геометрически чуть в стороне. Если мы возьмём заготовку квадратного сечения — выстукивая грань, услышим ясный первый обертон. Имеем полное право на следующие выводы:

1. Дерево — наилучший материал для усиления сложных колебаний струны потому, что не только упруго и лёгко, но и оптимально неоднородно по своей структуре, так как мы доказали зависимость возникновения обертонов от пространственной топографии волокон.
2. Обертоны звучащего дерева — результат инерционного колебания его волокон.

Геометрически точная и сложная деформация струны обусловлена межатомными связями молекул её материала, в случае металла — и молекулярной решётки, которые, если поразмыслить, те же древесные волокна, но выполняют, так сказать, свою часть работы — задают высокую упругость струне.
За счет пластичности межволоконной ткани дерева, волокна его и оптимально жёстки и упруги, но и способны при этом к колебаниям широкого спектра амплитуд и частот. Потому-то мы и слышим обертоны струны, что волокна дерева к ним восприимчивы. В подтверждение этого приведем самый ярко окрашенный обертонами инструмент — рояль. Каждая нота его —одновременное унисонное звучанием трёх струн одинаковой длины, а диапазон так велик, что к нему привязана любая современная симфоническая оркестровка. Такое богатство разновысоких обертонов слышимо нами потому, что важнейшая часть резонатора этого инструмента, дека, выполнена всегда из резонансной ели, древесины, у которой тонкие упругие волокна соотнесены с необыкновенно пластичным и невесомым межволоконным расстоянием.
В следующей короткой статье я покажу, как выглядит различная топография волокон на конструктивных элементах гитары и дам краткие пояснения к приведённым фотографиям.