ИССЛЕДОВАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ МУЗЫКАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

В статье автор рассматривает инновационные методы проведения измерения различных музыкальных струнных, духовых и ударных инструментов: окарина, варган, рагас, танбур, дойра, сато с использованием современных мультимедийных инструментов. Представлены графики измерений звучания этих инструментов, их полное описание и особенности исполнительской игры. Представленные результаты исследования следует рассматривать как подход к дальнейшей работе в отработке методики и поиске новых акустических параметров, создание методологии измерения этих параметров и методов их анализа.

Ключевые слова: исследование, метод, процесс, измерение, музыкальный инструмент, технология, анализ, график, игра.

На этапе исследовательской работы инновационных методов проведения измерений музыкальных инструментов была проведена их пост–процессорная обработка с применением деконволюционных алгоритмов [1]. В результате чего были получены требуемые акустические параметры музыкальных инструментов, описанные ниже.

Для исследования были выбраны типологические–различные музыкальные инструменты:

– окарина;
– варган (лабчанг);
– рагас (литовская труба);
– танбур;
– дойра (ударный инструмент).

Необходимо отметить, что описанный перечень сведений о музыкальном инструменте для добавления в реляционную базу данных, по мнению авторов, является наиболее целостным, однако, в данной статье, в качестве примера, приводится необходимое и достаточное органологическое описание музыкальных инструментов, в сочетании с информацией об их акустических характеристиках полученных путем натурных измерений с применением деконволюционных алгоритмов. В исследовании демонстрируется набор музыкальных инструментов: окарина, рагас, варган (лабчанг), танбур, сато и дойра, задействованных в проекте.

Окарина – инструмент принадлежит к типу глобулярных флейт, керамическая свистулька в форме птички с клювовидным входом («пищик») и свистковым отверстием («воронка»). Встречается также название Зозуля. Окарина может иметь 2 или 4 (по два с каждой стороны «крыла» птички) грифных отверстия, но может и не иметь их. В связи с тем, что некоторые Окарины имеют форму промежуточную между глобулярной флейтой и продольной, порядок закрытия и открытия отверстий влияет на микроинтервальные измерения высоты (у глобулярных флейт высота тона определяется только абсолютным числом открытых и закрытых отверстий). Окарина с грифными отверстиями дает диатонический звукоряд в диапазоне квиты–сексты: иногда ангемитоника, иногда лидийский гексахорд без второй ступени, а также минорной либо мажорной терцией.

Репертуар Окарины – импровизации для слушания, программные пьесы со звуко–изобразительными эффектами (пение птичек, шум леса и т.д.), танцевальные и песенные мелодии.

На данном инструменте, были исполнены и записаны звуки, образуемые типичным способом звукоизвлечения – вдувания.

Для анализа акустических характеристик музыкального инструмента была проведена процедура деконволюции. Получив «сухой» сигнал проанализировали практически все необходимые акустические параметры, например, для оценки временной и частотной структуры сигнала, а также установления параметров атаки (выстраивания обертонов, их поведения во времени, длительность атаки) и спада звучания, можно построить кумулятивный спектр, откуда можно установить, что время нарастания гармоник = 15–20 мс.

Характеристики направленности, определяющие излучение акустическое мощности в пространстве были получены из измерения спектральной мощности сигнала при вычислении азимутального угла расположения бинаурального микрофона по отношению к оси инструмента.

Зеленый – 0 градусов, синий – 45 градусов, красный – 90 градусов, черный – 120 градусов.

Во время анализа на графике был показан спад уровня мощности на 10 дБ на частоте 1500 Гц, который происходит при азимутальном угле 45 градусов. Таким образом, угол покрытия на частоте 1500 Гц составляет 90 градусов – соответственно он уменьшается по мере увеличения частоты.

При автокорреляционном анализе фрагмента исполнения, можно определить четкую картину периодических зависимостей, что в том числе позволят более точно определить частоту основного тона и его гармоник. На анализируемом фрагменте ЧОТ = 628 Гц (0,0015 с). При данном расчете применялось функция Gaussian с окном (а=2.5) размером 2048 точек, а также стандартный автокорреляционный алгоритм.

Общеизвестный инструмент варган, киргизский музыкальный инструмент комуз (лабчанг) из Ошской области – Ферганской долины (пограничье Кыргызстана и Узбекистана). Род варгана (англ. Jews Harp; нем. Maultrommel). По–киргизски, темир–комуз буквально означает железный комуз (инструмент музыки), представляет собой щипковый идиофон (индекс 121.221 по Систематике Хорнбостеля – Закса), состоит из 2 частей: железной подковки с вытянутыми ребрами и припаянного к ней стального «язычка» – пластинки. Типовая длина подковки – 65 мм, язычка – 70 мм. При игре ребра инструмента прикладываются к зубам исполнителя. Втягивая или выдувая воздух(как бы беззвучно произнося слова) при игре, исполнитель может вызывать к звучанию кроме основного тона язычка (в виде бурдонного голоса) гудящего или свистящего характера обертоны. В традиции бытует, в основном, как женский инструмент лирической сферы функционирования. Великая киргизская темир – комузистка Бурулча рекомендовала учить играть на варгане всех девочек: тогда «они будут словоохотливыми и общительными, а без этого – угрюмыми и молчаливыми». Темир–комуз традиционно использовался также шаманами для общения с духами и оберега рода. Именно такой инструмент представлен здесь для акустического анализа.

В анализе представлены параметры атаки (выстраивание обертонов, их поведение во времени, длительность атаки) и спада звучания. Кумулятивный спектр на рисунках анализа показывает, что время нарастания гармоник комуза (лабчанга) составляет 5–7 мс.

Характеристики направленности, определяющие излучение акустической мощности в пространстве были получены из измерения спектральной мощности сигнала при вычислении азимутального угла расположения бинаурального микрофона по отношению к оси инструмента. Примеры кривых спектральных мощностей показаны на рисунках анализа. Зеленый – 0 градусов, синий – 45 градусов, красный – 90 градусов, черный – 120 градусов.

График анализа показывает спад уровня мощности на 10 дБ на частоте 500 Гц, который происходит при азимутальном угле 45 градусов. Таким образом, угол покрытия на частоте 500 Гц составляет 90 градусов – соответственно он уменьшается по мере увеличения частоты. Однако, на частотах в диапазоне 1000–3000 Гц направленность обостряется угла покрытия 45 градусов.

При автокорреляционная анализе фрагмента исполнения со сдвигом по времени, четкой картины периодических зависимостей не выявляется, что не позволят однозначно определить частоту основного тона. Усредненное значение ЧОТ=556 Гц (0,0010 с). При данном расчете применялись функция Gaussian с окном (а=2.5) размером 2048 точек, а также стандартный автокорреляционная алгоритм. 

Традиционный литовский аэрофон. Рагас –род натуральной трубы (индекс 423.121.12 по Систематике Хорнбостеля–Закса). Изготавливается из твердых и звонких пород дерева (в данном случае, из березы) способом продольного раскола. Затем обе половинки вычищаются до желобообразной выемки и складываются (порой склеиваются) и обматываются берестой. Вход (место вдувания) иногда (и в данном случае) укрепляется вставляемой в него короткой (ок.20 мм) металлической трубочкой, реже вставляется специальный бокалообразный мундштук. Общий, звучащий канал инструмента расширяется от входа к раструбу. В данном случае диаметр канала у входа – 17мм; в раструбе – 70мм. Форма рожка (ragas – по–литовски – рожок) традиционно несколько изогнута – по ассоциации с натуральными коровьими рогами. При игре, приставляя натянутые губы к входу и образуя амбушюр, исполнитель создает вибрирующий поток воздуха и, меняя натяжение губ и силу атаки воздушной струи, может извлекать несколько обертонов натурального ряда. Рагас использовался как вспомогательный пастушеский инструмент к игре главного пастуха на большой натуральной трубе daudite (или trimytas). Постепенно, в процессе эволюции, в традиционной литовской традиции сформировался ансамбль рагаистов, игравших на рожках разных размеров (длиной от 60 до 110мм и более), образующих между собой секундовый тоноряд. Играли короткими ритмическими фигурами на одном (у каждого – свой) тоне и создавали уникальные произведения традиционной ансамблевой музыки – sutartines (sutarti – по–литовски означает «ладить»). Сутартине – одно из самых знаковых явлений литовской музыки и вообще Литвы в мировой музыкальной культуре. Представленный экземпляр – один из верхнетоновых инструментов традиционного ансамбля рагаистов. Изготовлен мастером Антанасом Буткусом.

Ниже представлены акустические характеристики инструмента. Анализ спектра с визуализацией результата процедуры деконволюции представлен на рисунках анализа. Также представлены параметры атаки (выстраивание обертонов, их поведение во времени, длительность атаки) и спада звучания. Кумулятивный спектр показывает, что время нарастания гармоник варгана составляет 14–16мс.

Характеристики направленности, определяющие излучение акустической мощности в пространстве были получены из измерения спектральной мощности сигнала при вычислении азимутального угла расположения бинаурального микрофона по отношению к оси инструмента. Зеленый – 0 градусов, синий – 45 градусов, красный – 90 градусов, черный – 120 градусов.

График показывает, что угол покрытия на частотах до3000 Гц составляет 90 градусов – соответственно он уменьшается по мере увеличения частоты. Однако, на частотах в диапазоне 500, 900 и 1300 Гц направленность обостряется до угла покрытия 45 градусов.

При автокорреляционном анализе фрагмента исполнения определяется четкая картина периодических зависимостей, что, в том числе позволяет более точно определить частоту основного тона и его гармоник. На анализируемом фрагменте ЧОТ=326 Гц (0,0021 с.). При данном расчете применялась функция Gaussian с окном (а=2.5) размером 2048 точек, а также стандартный автокорреляционный алгоритм.

Традиционный инструмент таджикско–узбекской музыкальной культуры, исполняющий лидирующую и основополагающую партию в многочастном классическом вокально – инструментальном гиперцикле – маком. Танбур относится к классу коробчато–шейковых лютен (индекс 321.332 по Систематике Хорнбостеля–закса) [2]. Способ исполнения на танбуре – щипково – плекторный. Представляет собой корпус в виде длинной шейки и долбленого (из тутового дерева) грушевидного резонатора. Общая длина танбура может колебаться от 900 до 2000 мм. Длина данного конкретного образца – 1185 мм.

Три основные (мелодическая – верхняя; 2–я и 3–я – вспомогательные, чаще всего – бурдонные) струны (их число может увеличиваться благодаря добавлению к ним резонаторных струн) идут вдоль шейки и снабжены фиксирующими определенную высоту звука ладками (традиционно – навязными, сегодня порой используется и металлические; в анализируемом образце 4 струны: мелодическая – первая, верхняя, с 16 основными и 4 дополнительными металлическими ладками), дающими звукоряды с не темперированными соотношениями высот (нередко меньше ½ тона). Важно отметить, что при исполнении со смычком танбур может называться как «сато».

Кроме того при игре исполнитель может менять (даже двигать) высоту тона благодаря разным углам и силе натяжения пальцев при весьма прихотливой аппликатуре, достигая порой эффект речевой интонационности. Это присутствует и в игре исполнителя – танбуриста автора статьи, игра и танбур которого представлены в анализируемой звукозаписи.

Ниже представлены акустические характеристики инструмента танбур. Анализ спектра с визуализацией результата процедуры деконволюции представлен на рисунке анализа.

В анализе представлены параметры атаки (выстраивание обертонов, их поведение во времени, длительность атаки) и спада звучания. Кумулятивный спектр показывает, что время нарастания гармоник инструмента танбур составляет 14–16мс .

Характеристики направленности, определяющие излучение акустической мощности в пространстве были получены из измерения спектральной мощности сигнала при вычислении азимутального угла расположения бинаурального микрофона по отношению к оси инструмента.

Как видно из анализа, угол покрытия на частотах до 300 Гц составляет 90 градусов – соответственно он уменьшается по мере увеличения частоты. Однако, на частотах в диапазоне 2000 и 3800 Гц направленность обостряется до угла покрытия 45 градусов.

При автокорреляционном анализе фрагмента исполнения определяется четкая картина периодических зависимостей, что, в том числе позволяет более точно определить частоту основного тона и его гармоник. На анализируемом фрагменте ЧОТ=376 Гц (0,0025 с.). При данном расчете применялась функция Gaussian с окном (а=2.5) размером 2048 точек, а также стандартный автокорреляционный алгоритм.

Музыкальный инструмент таджикско–узбекской музыкальной традиции, связан с классическим видом традиционного искусства, многочастным вокально–инструментальным гиперциклом – макомом. Используется также как ударный инструмент для сопровождения народных танцев и песен. Участвует также в традиционном ансамбле совместно с духовыми и струнными инструментами [2].

Дойра – род одностороннего барабана (индекс 211.211 по Систематике Хорнбостеля–Закса). Представляет собой сделанную из звонкого букового или орехового дерева (либо виноградной лозы) обечайку в виде круга (350–450мм в диаметре), на которую с одной стороны натянута тонкая, очень звонкая мембрана из козлиной кожи. Звук извлекают ударами четырех пальцев (по 2 пальца каждой руки), а также целой ладонью по мембране. Удары в разные части мембраны, а также разными пальцами дают звуки разной частоты, громкостной динамики и тембра (особенно рельефно на слух отличаются удары мизинцем или указательными либо средним пальцами). Музыкальная основа наигрышей на дойре – т.н. усули, представляющие собой ритмо–тембровые формульные фигуры, имеющие четкую функциональную и структурную приуроченность к определённым жанрам традиционного искусства и разделам макома.

Ниже представлены параметры атаки (выстраивание обертонов, их поведение во времени, длительность атаки) и спада звучания. Кумулятивный спектр анализа показывает, что время нарастания гармоник инструмента танбур составляет 6–8 мс .

Характеристики направленности, определяющие излучение акустической мощности в пространстве были получены из измерения спектральной мощности сигнала при вычислении азимутального угла расположения бинаурального микрофона по отношению к оси инструмента. Зеленый – 0 градусов, синий – 45 градусов, красный – 90 градусов, черный – 120 градусов.

График анализа показывает, что угол покрытия на частотах до 600 Гц составляет 90 градусов – соответственно он уменьшается по мере увеличения частоты. Однако, на частотах в диапазоне 2000 Гц направленность обостряется до угла покрытия 45 градусов.

При автокорреляционном анализе фрагмента исполнения определяется четкая картина периодических зависимостей, что, в том числе позволяет более точно определить частоту основного тона и его гармоник. На анализируемом фрагменте ЧОТ=218 Гц (0,0045 с.). При данном расчете применялась функция Gaussian с окном (а=2.5) размером 2048 точек, а также стандартный автокорреляционный алгоритм.

Представленные результаты измерений следует рассматривать как подход в первом приближении – дальнейшая работа должна включать в себе отработку методики измерений основных параметров музыкальных инструментов, поиск новых акустических параметров, создание методологии измерения этих параметров и методов их анализа.

Важно отметить, что глабулярная флейта (окарина) ранее рассматривалась авторами на этапе создания концепции проекта. В данном исследовании этот инструмент был измерен уже с применением новой методики. Результаты оказались в значительной степени сопоставимы [3].

Предложенный в работе подход позволяет осуществлять запись музыкального инструмента на территории его хранения, без необходимости его вывоза в заглушенную камеру. При этом, заглушенные камеры, моделирующие условия свободного поля и отвечающие международным стандартам, а именно камеры 1–го класса, к сожалению, были утрачены и на сегодняшний день в России и в других станах СНГ нет действующих заглушенных камер такого уровня [4].

Предложенный в работе подход не исключает необходимость измерения полного комплекса параметров музыкального инструмента в заглушенных и реверберационных камерах. Данный подход позволяет оценить тот перечень параметров, с которым можно начинать исследование, однако, точные количественные измерения на данном этапе развития технических возможностей возможны только с применением камер 1–го класса.

Литература

1. Кузнецов, Л. А. Акустика музыкальных инструментов: справочник – М.: Легпромбытиздат, 1989. – 368 с.

2. Игнатов, П. В., Поляков, А. Ю., Алдошин, И. А., Тимошенко, А. А., Мациевский И. В., Отчет о НИР «Разработка концепции создания цифровых страховых копий музыкальных инструментов с использованием современных технологий». – СПб.: ФГБНИУ РИИИ, 2013. – 91 с.

3. Игнатов, П. В. Эволюция средств художественной выразительности в творчестве звукорежиссера: Автореф…. дис. к–та искусствоведения. – СПб., 2006. – 26 с.

4. Музыкальная акустика / Под общей редакцией Грабузова Н. А. – М.: Государственное музыкальное издательство, 1954. – 234 с.

Эшанкулов М.