Акустические характеристики деревянных духовых инструментов (лабиальных, тростевых, язычковых)

Духовыми музыкальными инструментами (или аэрофонами) называется «класс инструментов, у которых источником звука служат колебания воздушного столба».

Для того чтобы описать физические принципы звукообразования в любом музыкальном инструменте, необходимо ответить на следующие вопросы: как возбуждаются колебания, т. е. принцип их генерации; как эти колебания поддерживаются и усиливаются длительное время, т. е. принципы работы их вибраторов и резонаторов; как энергия колебаний передается окружающему воздуху, т. е. принципы излучения звука.

Система звукообразования духовых инструментов отличается рядом особенностей, а именно: поскольку излучение звука происходит за счет колебаний столба воздуха в трубах различного сечения, инерция которого очень мала, затухание единичного возбуждения (толчка, импульса) будет происходить почти мгновенно.

Для того чтобы из духового инструмента можно было извлекать музыкальные звуки, надо подводить к нему энергию в течение определенного времени в виде сжатого под некоторым давлением воздуха (в форме ритмических импульсов) — тогда, при определенных условиях, в объеме воздуха, наполняющем духовой инструмент, возникает длительный автоколебательный процесс.

Таким образом, процесс звукообразования в духовых инструментах характеризуется тем, что колебания возбуждаются и поддерживаются в удлиненных столбах воздуха внутри труб различного сечения (резонаторах) в результате автоколебательного процесса, при непрерывном импульсном подведении энергии за счет модуляции воздушного потока.

Генерация энергии у всех духовых музыкальных инструментов происходит за счет энергии сжатого воздуха в легких музыканта (или в специальном воздуходувном механизме, как в органе).

Способ модуляции (прерывания) струи воздуха у всех духовых инструментов различается, по этому признаку они могут быть разделены на следующие группы:

— лабиальные (airreed): к этому классу инструментов относятся флейты (продольные и поперечные), рекордеры, органные трубы (некоторых видов), окарины, различного рода свистки и др.

В этих инструментах возбуждение звука происходит в результате трения о край твердого тела (лабиума) воздушной струи, движущейся с достаточно большой скоростью, и ее колебаний относительно этого края (что частично совпадает с процессами, происходящими при свисте, поэтому иногда эти инструменты называют свистящими);

— тростевые (mechanical reed): с одинарной тростью (single mechanical reed) — кларнет, саксофон, язычковые трубы органа; с двойной тростью (double mechanical reed) — гобой, фагот и др. В этих инструментах для модуляции используется вибратор в виде удлиненной пластинки-трости, укрепленной на одном конце и свободной на другом. Свободный конец пластинки лежит под краями отверстия, через которое вдувается воздух; при продувании воздуха она начинает колебаться, модулирует поток воздуха, который возбуждает резонансные колебания в трубе.

Если используется двойная трость, то это две пластинки, закрепленные на одном конце, своими свободными концами прилега ющие друг к другу. Они образуют щель, проходя через которую, поток воздуха модулируется и возбуждает колебания в трубах.

Лабиальные и тростевые инструменты традиционно относят к группе деревянных (woodwind), хотя большинство из них изготавливается из других материалов (например, саксофоны и поперечные флейты обычно делают металлическими);

— амбушюрные (lipreed): это инструменты с воронкообразными мундштуками — валторна, труба, тромбон, туба, саксгорн, корнет и др. В этих инструментах роль вибратора выполняют особым образом сложенные губы (франц. embouchure), приложенные к мундштуку.

При продувании воздух раздвигает щель между губами, приводя их в колебания, в результате происходит периодическое увеличение или уменьшение ее площади и модуляция воздушной струи.

Амбушюрные инструменты называют медными (brasswind), т. к. для их изготовления используют в основном латунь (сплав меди и цинка).

Кроме перечисленных групп инструментов, входящих в состав симфонического оркестра, имеется множество народных духовых инструментов различных культур, которые трудно классифицировать. Особую группу составляют духовые язычковые инструменты с камерами переменного объема (аккордеоны, баяны, гармони), постоянного объема (фисгармонии) и без камер (губные гармони).

Особую группу составляют духовые язычковые инструменты с камерами переменного объема (аккордеоны, баяны, гармони), постоянного объема (фисгармонии) и без камер (губные гармони).