artikulyats_metod

С развитием ремесел и музыкального искусства начинаются активные поиски оптимальных конструкций. Накапливается опыт использования различных материалов, что, в конце концов, приводит к изготовлению инструментов из наиболее «дышащих», медьсодержащих сплавов. Начинают применять мундштук, что позволяет извлекать звуки натурального звукоряда, влияет на интонацию и качество звукоизвлечения. Предпринимаются попытки соединить в форме инструмента цилиндр и конус. Изобретаются различные механизмы для извлечения звуков хроматического звукоряда; предпочтение в конце концов отдается вентильному и помповым механизмам, при использовании которых удлиняется основная трубка и понижаются натуральные звуки.

В истории медных духовых инструментов и их конструкции ХIХ век был отмечен деятельностью выдающегося бельгийского изобретателя Адольфа Сакса. Им было изобретено и доведено до совершенства целое семейство медных широкомензурных духовых, так называемых саксгорнов (в некоторых источниках — флюгельгорнов), составивших основную группу духовых оркестров. Это семейство имеет диапазон от нижних басов до высоких сопрано. Особенностью этих инструментов является преобладание конуса над цилиндром, что позволяет извлекать тембровообогащенный звук, максимально приближенный к человеческому голосу (самому совершенному музыкальному инструменту). В узкомензурных инструментах, составляющих характерную группу духового оркестра, преобладает цилиндр, что дает им очень яркое и иногда даже пронзительное звучание.

Фото 1. Коллекция духовых инструментов А.Г. Слинько (г. Ростов-на-Дону).

Фото 2. Группа основных инструментов (флюгельгорны: корнет; тенор; баритон; туба).

Фото 3. Группа характерных инструментов (узкомензурные: труба; валторна; тромбон).

Качество игры во многом зависит от инструмента и мундштука. На современном этапе развития индустрия музыкальных инструментов производит довольно качественные духовые инструменты и мундштуки различных конструкций и классов. Здесь главное — подобрать их грамотно, с учетом индивидуальных особенностей конкретного учащегося.

Некоторые данные экспериментальных исследований звукообразования на медных духовых инструментах

Более столетия как у нас в стране, так и за рубежом проводятся исследования звукообразования на медных инструментах. В этой области достаточно много белых пятен. Из-за несовершенства аппаратуры и сложности экспериментов результаты часто бывают противоречивыми. Внимательно просмотрев данные некоторых исследований и их хронологию, я обратил внимание не столько на противоречия, сколько на дополнение их друг другом. В разделе данной работы, посвященном сравнению работы речевого и исполнительского аппарата, я постараюсь обосновать этот тезис и приведу ссылки на упомянутые исследования.

Американский ученый Д. Смит экспериментально установил, что от угла наклона мундштука по вертикали во время игры зависит интонация звукоизвлечения на трубе (медных духовых инструментах). В методики

обучения игре на медных духовых инструментах им было введено понятие «пивот» — роль степени наклона инструмента.

В 60-х годах профессор Г. Орвид, исследуя работу губного аппарата трубача, выявил зависимость высоты извлекаемых звуков от скорости и направления движения воздушного потока. Приблизительно через двадцать лет профессор Ю.И. Гриценко, продолжая исследования в том же направлении, выявил зависимость акустических характеристик звука (тембр, высота и динамика) от угла подачи воздушной струи относительно чашки мундштука. Будучи курсантом Военно-дирижерского факультета при Московской консерватории, я слушал курс лекций по методике обучения игре на духовых инструментах, которые нам давал Юрий Иосифович Гриценко (впоследствии профессор). В то время он проводил акустические исследования звукообразования на медных духовых инструментах и доказал, что при игре на валторне с повышением интонации направление воздушной струи смещается вниз.

И. Якустиди, исследуя работу амбушюра, установил, что при собранных к центру губах напряжение угловых мышц выше и стабильнее. Т.е. губной аппарат должен быть сфокусирован, что способствует его регулированию исполнителем и в конечном итоге влияет на качество тембра.

В.В. Сумеркин в своей работе «Методика обучения игре на тромбоне» указывает на значительное увеличение давления и скорости подачи выдыхаемой струи воздуха при работе в высоком регистре. Кроме того, он уделяет внимание использованию фонем речи при игре на тромбоне.

Современные методики всѐ больше и больше склоняются к значению речевой артикуляции при игре на медных духовых инструментах.

Звукообразование на духовых инструментах (основы аэрогидродинамики и акустики)

Всем нам известны примеры из учебника физики (раздел механики):

1.Увеличение скорости движения воды по руслу зависит от увеличения наклона или от уменьшения ширины русла.

2.При увеличении скорости ветра колыхание флагов становится интенсивнее.

3.Мы дуем на бумажную ленту. При увеличении скорости движения воздушной струи, увеличивается интенсивность колыхания ленты.

4.Если дуть по верху бумажной ленты, то она будет подниматься вверх. Здесь давление поверх ленты ниже, чем под лентой.

Объяснение этим примерам мы находим в законе (принципе), открытом в 1738 году петербургским академиком Даниилом Бернулли:

Давление в жидкости, текущей в трубе, больше в тех частях, где скорость ее движения меньше, и наоборот: в тех частях, где скорость больше, давление меньше.

Значит, когда жидкость течет (без трения) по трубе переменного сечения, то давление в разных местах трубы неодинаково. В узких местах трубы давление жидкости меньше, чем в широких, и наоборот, в узких местах — скорость течения жидкости больше, чем в широких.

Закон Бернулли применим как для жидкостей, так и для газов. Выводы:

1.При одинаковом давлении воздушной струи, уменьшая сечение канала ее движения, увеличивается скорость

2.При рассмотрении давления в канале цилиндрического сечения мы имеем следующее: увеличении давления приводит к увеличению скорости движения струи.

3.Для сохранения скорости движения воздушной струи, при увеличении давления, необходимо увеличить сечения канала.

Исходя из приведенного выше основного закона аэро-(гидро-) динамики, мы видим, что при артикуляционном сужении канала подачи воздушной струи увеличивается скорость ее движения и в результате повышается звук (увеличивается частота звуковых волн). От повышения давления зависит громкость звука (амплитуда колебаний звуковых волн). Кроме того, при повышении напряжения амбушюра также происходит повышение звука. Т.е. от увеличения плотности колеблющихся эпиталий губ, повышается частота их колебаний. Повышения частоты можно добиться и уменьшением губной щели. Однако это в некоторой степени будет отражаться на наполняемости звука, т.е. на качестве тембра. При определенных навыках совмещение артикуляционного сужения, увеличения губного напряжения и давления создаваемого дыхательной системой даст отличные результаты — без тембровых потерь.

Итак, попробуем разобраться, что же происходит в духовом инструменте в момент создания определенного звукового импульса посредством трения воздушной струи о эпиталии губ? Как влияет конструкция инструмента на процесс звукообразования? Здесь мы переходим к вопросам акустики при игре на медных инструментах.

Акустика медных духовых инструментов

Итак, мы имеем дело с музыкальными звуками, которые имеют определенную временную протяженность, высоту, громкость и тембр.

Звуковые волны при игре на медных инструментах протекают не в стоящем столбе воздуха, а направленно-движущемся воздушном потоке. В конструкции с расширяющимся трубками, по закону Бернулли, увеличивается мощность звука и его обертонов. Т.е. давление, создаваемое нашей дыхательной системой при игре на медных духовых инструментах, несравненно больше, чем при обычном дыхании, речи и даже при

выполнении многих трудоемких видов работы. По этой причине при неправильном исполнительском дыхании и неправильной работе исполнительского аппарата в целом возникают проблемы с качеством исполнения. Благодаря движению звуковых импульсов в движущем воздушном столбе, ограниченном цилиндрическими и коническими трубками в различных пропорциях образуется звук того или иного качества. Какие же процессы происходят при этом?

Если на пути звуковой волны встречается какой-либо дефект среды, тело или граница раздела двух сред, то это приводит к искажению нормального распространения волны. Когда гармоническая звуковая волна возбуждается в ограниченном пространстве, то в результате этого часто наблюдаются следующие явления: отражение, преломление, рассеивание и дифракция. Наложение двух или большего числа волн называется интерференцией волн. Стоячие волны — частный случай интерференции. Стоячие волны образуются в результате наложения двух волн одинаковой амплитуды, фазы и частоты, распространяющихся в противоположных направлениях. Амплитуда в пучностях стоячей волны равна удвоенной амплитуде каждой из волн. Поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, это означает, что интенсивность в пучностях в 4 раза больше интенсивности каждой из волн или же в 2 раза больше суммарной интенсивности двух волн. В узлах же интенсивность волн равна нулю.

В стоячих волнах происходит явление резонанса. Собственные частоты являются также резонансными частотами трубы. Предположим, что вблизи открытого конца трубы помещен возбудитель звуковых волн, издающий звуковые импульсы одной определенной частоты, которую можно по желанию изменять. Тогда при совпадении частоты сигнала возбудителя с основной частотой трубы или с одним из ее обертонов труба будет звучать очень громко. Это происходит потому, что громкоговоритель возбуждает колебания воздушного столба со значительной амплитудой. Говорят, что труба в этих условиях резонирует. Таким образом, амбушюр исполнителя на медных духовых инструментах должен «посылать» звуковые сигналы совпадающие (примерно совпадающие) с основной частотой инструмента или его обертонов. Труба с двумя открытыми концами имеет такую основную частоту, при которой на длине трубы укладывается половина длины волны. Таким образом, основная частота инструмента равна f = v/2L, (где L — длина трубы) Обертоны равны удвоенному, утроенному и т.д. значению основной частоты. Таким образом, построив обертоновый ряд, мы видим, что интервальное соотношение между гармониками не соответствует темперированному строю. В дальнейшем мы вернемся к этому вопросу.

Исходя из вышеизложенного, мы видим, что в духовых музыкальных инструментах (в том числе медных), ограниченных корпусом инструмента, имеющим как цилиндрические, так и конические трубки, возникают стоячие волны.

Теперь несколько слов о значении конструкции при формирования тембра инструмента. И чтобы понять, как влияет конструкция на звукоформирование медных инструментов, я предлагаю рассмотреть принцип действия рупора как акустического трансформатора.

Современные исследователи в области звукоусиления изучили поведение звуковых волн в механических рупорах различных параметров. Вопрос заключается в том, каким образом добиться минимального искажения звука. Главным выводом этих исследований является то, что фронты звуковых импульсов, переданных по цилиндрической трубе, будут плоскими, в то время как фронты, переданные через конический и гиперболический рупор, будут сферическими.

Это, прежде всего, связано с углом отражения звуковой волны от стенок трубки и понижением давления звуковой волны в конусном рупоре. Ханна и Слепволниан исследовали поведение фронтов звуковой волны в различных рупорах и дали расчет оптимальных параметров для минимального искажения звука. В данной работе я не ставлю задачей приводить формулы расчетов этих параметров. Хочу отметить, что в конструкции медных духовых инструментов мензура рассчитана с учетом частоты основного тона. Экспериментальным путем были сконструированы оптимальные сочетания цилиндра и конуса и раструба в форме гиперболического рупора.

В виду того, что при игре на духовых инструментах мы имеем дело с звуковыми волнами в направленно-движущемся воздушном потоке, то здесь возникает эффект Доплера — изменение длины и амплитуды волн при движении приемника или источника излучения. Здесь напрашивается пример связанный с работой всем известной сирены используемой в гражданской обороне. При разгоне или замедлении воздушного потока, связанного с включением или выключением лопастей вентилятора, происходит явное изменение высоты звука. То есть, трение воздушной струи о неизменные по параметрам (плотность и пластичность материала) пластины вызывает звуковые волны той или иной высоты, в зависимости от скорости движения воздушного потока.

Для каждого конкретного инструмента имеется порог давления и скорости вдуваемой струи воздуха, при котором образуется определенный звук. Я приведу простой пример. Обычный чайник со свистком во время закипания начинает «петь». В процессе нагревания испарение постепенно увеличивает давление и, достигнув этого порога, чайник начинает свистеть. Нечто подобное происходит и при звукоизвлечении на медных духовых инструментах. Основная частота воздушного столба возбуждается только тогда, когда скорость воздушного потока превысит некоторое значение. В определенном интервале скоростей, превышающих это значение, частота краевого тона равна этой основной частоте. При большей скорости воздушного потока частота основного тона скачком удваивается и высота тона оказывается на октаву выше. Дальнейшее увеличение скорости при совпадении со следующими гармониками

приводит к образованию натурального звукоряда. Принцип увеличения скоростей вдуваемой струи, резонансно совпадающих с вышестоящими обертонами, и, таким образом приводящих к образованию натурального звукоряда, называется передувом. Мы как бы выщипываем определенные обертоны, которые становятся основным тоном для этого конкретного звука, с сохранением вышестоящих тоник (обертонов).

Как мы видим, здесь действует принцип резонансного совпадения звукового импульса, создаваемого нашим исполнительским аппаратом с основным звуком или определенным его обертоном. Таким образом, образуется натуральный звукоряд инструмента, который также как и обертоновый ряд, по сути, не темперирован. И если же посылаемый нами импульс не совпадает с гармониками, то страдает качество тембра. Звуки получаются средними между музыкальными и шумовыми, с различными призвуками (обертонами), не характерными для характеристик музыкальных.

Хочется обратить внимание на то, что построение обертонового ряда можно продолжать до бесконечности и, если бы это все было слышимо, то воспринималось нами как сплошная какофония. Гармоники выше восьмой глушатся. На медных духовых инструментах звучащими считаются 8-9 натуральных звуков (исключение составляет валторна, имеющая очень узкую мензуру, большую длину трубки и малый размер полей мундштука). Качество более высоких натуральных звуков достигается мастерством и путем тренировок, и их достижение акустически объяснимо. Добавлю, что на медных инструментах тенорово-баритоновой и басовой тесситуры основной тон (первый натуральный звук) извлекается достаточно качественно, а на инструментах альтовой и сопрановой – нет. Это акустически так же объяснимо.

В этой связи уместно вспомнить о сопротивляемости (продуваемости инструмента). Широкомензурные инструменты тяжелей продуть, чем узкомензурные (за исключением узкомензурной валторны, имеющей очень длинную трубку). При постоянно расширяющемся конусе теряется скорость движения воздушного столба и уменьшается давление собственно звуковой волны. Для поддержания скорости нам приходится увеличивать давление вдуваемой воздушной струи более напряженной работой дыхательной системы.

Теперь несколько слов о тех материалах, из которых изготавливаются инструменты. Для хорошо звучащих инструментов необходим материал, минимально поглощающий звуковые волны. Механизм поглощения звука в твердых телах связан теплопроводностью, молекулярной структурой и вязкостью. В структуре твердых тел имеются определенные дефекты. Дело в том, что поликристаллические твердые материалы состоят из мелких кристаллитов; при прохождении звука в них возникают деформации, приводящие к поглощению звуковой энергии. Звук рассеивается и на границах кристаллитов. Кроме того, даже в монокристаллах имеются дефекты типа дислокаций, вносящие свой вклад

в поглощение звука. Дислокации — это нарушения согласования атомных плоскостей. Когда звуковая волна вызывает колебания атомов, дислокации смещаются, а затем возвращаются в исходное положение, рассеивая энергию вследствие внутреннего трения. Поглощением за счет дислокаций объясняется, в частности, почему не звенит колокольчик из свинца. Свинец — это мягкий металл, в котором очень много дислокаций, в связи с чем, звуковые колебания в нем чрезвычайно быстро затухают. Но он хорошо зазвенит, если его охладить жидким воздухом. При низких температурах дислокации "замораживаются" в фиксированном положении,

апотому не смещаются и не преобразуют звуковую энергию в теплоту.

Впроцессе развития музыкального исполнительства на медных духовых инструментах использовались различные материалы для их изготовления. Искались оптимальные варианты для создания ярких тембров. И такой материал был найден. Итак, медь-содержащие сплавы хорошо резонируют, у них слабый показатель коэффициента поглощаемости звуковых волн, и, поэтому тембр на медных духовых инструментах довольно яркий. Эти сплавы очень звонкие сами по себе. В силу достаточно тонкой раскатки метала, при игре инструмент как бы «дышит», т.е. резонирует вместе с определенными частотами исполняемых звуков и их обертонов. Все эти факторы придают тембру медных инструментов некоторый металлический окрас.

Впроцессе исполнительской работы, внутри ствола инструмента образуется жировой налет, который у каждого исполнителя имеет свой индивидуальный рельеф, отражающий движение воздушного столба. Опытные музыканты определяют, когда кто-то играл на его инструменте.

При звукообразовании на медных инструментах также присутствуют помехи (субъективные и объективные) в результате которых возникают завихрения воздушной струи в стволе инструмента. Я перечислю некоторые из них. Это конструктивные изгибы корпуса, которые влияют на угол отражения волны и воздушной струи. Это и направление вдуваемой струи в чашку мундштука. Это и форма конструкции мундштука.

С изобретением вентильного и помпового механизмов появилась возможность исполнять полный звукоряд на медных инструментах. Т.е. путем нажатия определенных вентилей или их комбинаций мы понижаем основной тон инструмента, скажем с тремя вентилями, до тритона. От каждого из этих тонов строится, по изложенным выше принципам, натуральный звукоряд. Таким образом, образуется хроматический звукоряд и образуется дополнительная аппликатура инструмента.

Теперь несколько слов о значении мундштука при игре на медных инструментах. На каждый инструмент есть определенные нормативы размеров мундштука. Это, прежде всего, диаметр полей. На инструментах сопрановой тесситуры он меньше, чем скажем на инструментах теноровобаритоновой тесситуры. Связано это с тем, что чем больше инструмент, тем большая площадь колеблющей части губного аппарата участвует в

звукоизвлечении. Поля могут иметь как плоскую, так и закругленную форму. Обращаю внимание на то, что есть определенный порог давления мундштука на губы, при очень большом давлении сковывается аппарат, теряется техническая подвижность, губы очень быстро устают, страдает качество звука. Значение для формирования тембра имеют также форма чашки мундштука, диаметр входного отверстия, сечение конуса трубки мундштука. Приведу такой пример. Весной 2012 года я попробовал мундштук легендарного баритониста А. Быховца. Входное отверстие там было достаточно большим, и объем звука был очень широким, однако высокие звуки брались достаточно тяжело. Конечно, к этому мундштуку можно приноровиться. Но, как правило, музыканты подбирают мундштук, на котором удобно играть во всех регистрах.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующие выводы акустических возможностей медных духовых инструментов:

1.При игре на медных духовых инструментах мы имеем дело со стоячими звуковыми волнами, в которых происходит явление резонанса.

2.Мы имеем дело с принципом действия рупора как акустического трансформатора стоячих звуковых волн. При определенном сочетании цилиндрических трубок, где фронт распространения волны имеет плоскую форму, и конических трубок, где он преобразуется в сферическую форму распространения стоячей волны. При резонансном совпадении посылаемого нами звукового импульса с основной частотой трубы или с одним из ее обертонов инструмент будет звучать достаточно громко.

3.При игре на медных духовых инструментах работает принцип резонансного совпадения звукового импульса, создаваемого нашим исполнительским аппаратом с основным звуком или определенным его обертоном. На этом принципе основано образование натурального звукоряда. Когда скорость воздушного потока, вдуваемого в медный духовой инструмент, превысит некоторое минимальное значение и возбуждается его основная частота (1 или в некоторых случаях 2 натуральный звук). При увеличении скорости вдуваемой струи и при совпадении импульса с вышестоящим обертоном образуется следующий натуральный звук. И так далее. Способ увеличения скорости вдуваемой воздушной струи, совпадающей с обертоновым рядом ствола трубки, в методиках обучения игре на духовых инструментах, называется передувом.

4.Натуральный звукоряд медных духовых инструментов из-за погрешностей интервальной неравномерности частот обертонового ряда не темперирован,

5.При увеличении на определенные величины основной трубы инструмента понижаются на определенный интервал натуральные звуки. Пакет этих величин является основой образования хроматического

звукоряда, который так же не является темперированным. При этом погрешности частот увеличиваются, что дает возможность при различных комбинациях максимально приблизиться к темперированному строю. Опытные музыканты активно используют дополнительную аппликатуру для улучшения строя инструмента (исключение составляет тромбон, где погрешности регулируются кулисой).

6.Конструкция конкретного инструмента, материал из которого он изготовлен, форма мундштука являются объективными условиями для образования тембра этого инструмента. Некоторые обертоны глушатся, ввиду некоторых несовпадений определенных величин звука и его обертонов с величинами мензуры. (Так, к примеру, есть зависимость пропорций длинны волны звука и его обертонов от величин сечения конуса и длины трубки. На современном этапе развития акустики эти расчеты вполне возможны. В данной работе, мы не преследуем целью излагать полный курс акустики).

7.Качество звука конкретного инструмента зависит от субъективного фактора, т.е. от импульсов, посылаемых в инструмент исполнителем.

Таким образом, из изложенного выше мы видим, что каждый конкретный инструмент «запрограммирован» определенными акустическими свойствами. Но абсолютного, идеального звучания инструмента мы не можем достичь, да это будет и не интересно. Каждый исполнитель глубоко индивидуален, с особенностями своего мышления, строения артикуляционного аппарата, со своими недостатками и пр. Каждый дышит по-своему. По-разному подается и воздушная струя. У каждого свои помехи и «завихрения». Поэтому мы можем безошибочно узнать игру выдающихся музыкантов-исполнителей.

Изложив вопросы акустики, мы видим, что медные духовые инструменты имеют определенные возможности, но сами по себе они не играют. Без исполнителя это просто «железяка». Итак, как же должен работать наш исполнительский аппарат, чтобы достичь качественного звучания инструмента? Я обратил внимание на схожесть работы речевого и вокального аппарата с исполнительством на медных инструментах. Различие в том, что рупором в речи и вокале является собственно артикуляционный аппарат, который принимает ту или иную форму в зависимости от фонем и интонации, а вибратором являются голосовые связки. У исполнителя же на медных духовых инструментах вибратор – его губы и рупор неизменно-стабильный по своим параметрам инструмент. Предлагаемый мною метод построен, прежде всего, на резонансном совпадении работы артикуляционного аппарата с акустическими возможностями инструмента.