Характерные особенности частотной характеристики акустической домры альт; выравнивание звучания эквалайзером

В 1998 году после многолетних исканий тандема профессора Михаила Горобцова и музыкального мастера Геннадия Смыгина была создана разновидность домры с прекрасными акустическими данными и сочным тёплым тембром, чему способствовали усовершенствованная дека и корпус.

Этот музыкальный инструмент как бы объединяет малую и альтовую домры и может быть назван так: домра полная или домра большая. Диапазон инструмента от «ми» малой октавы (165 Гц) до «си» третьей (1975 Гц), но главной особенностью является усовершенствованное деление мензуры грифа, что улучшает чистоту строя, особенно в верхнем регистре.

Однако многолетняя практика игры на таком инструменте показывает, что последняя третья октава используется очень редко и скорее, как колористическое средство, нежели чем рабочая область. Исходя из этих соображений, в эксперименте для анализа был оставлен только рабочий диапазон (от «ми» малой октавы (165 Гц) до «до» третьей (1046 Гц)).

Для эксперимента была взята домра альт 2011 года вышеупомянутого мастера. Инструмент разыгран и находится в прекрасном состоянии. Было установлено два микрофона (динамический и конденсаторный) и подставка под струны с вмонтированным внутрь пьезоэлектрическим датчиком и активным предусилителем сигнала с частотным фильтром.

Далее все три сигнала были записаны одновременно на три разных канала. Все звуки были извлечены с максимально возможной равномерностью ударом вниз с достаточно высокой громкостью (forte), после чего у каждого звука был проанализирован и записан в “Таблицу соответствий” уровень громкости, соответствующий каждому из трёх устройств

.

Таблица соответствий

номер

нота

октава

струна

Частота (Гц)

dB

AKG

dB

Shure

dB

пьезо

1

Е

малая

1

164,8

-11,5

-11,2

-12,2

2

F

малая

1

174,6

-12,4

-12,0

-13,0

3

F#

малая

1

185

-12,6

-11,7

-11,7

4

G

малая

1

196

-13,4

-12,8

-11,1

5

G#

малая

1

207

-11,4

-10,9

-11,6

6

A

малая

2

220

-13,7

-11,9

-12,5

7

A#

малая

2

233

-11,4

-10,6

-11,7

8

H

малая

2

247

-6,9

-7,0

-11,2

9

C

первая

2

261,6

-5,7

-6,6

-10,9

10

C#

первая

2

277,2

-5,3

-5,2

-10,8

11

D

первая

3

293,7

-4,7

-4,8

-7,8

12

D#

первая

3

311,1

-6,1

-6,0

-7,8

13

E

первая

3

329,6

-7,8

-8,2

-8,0

14

F

первая

3

349,2

-7,3

-7,5

-7,2

15

F#

первая

3

370

-6,0

-7,1

-7,5

16

G

первая

3

392

-4,4

-5,1

-6,9

17

G#

первая

3

415,3

-4,4

-3,2

-6,9

18

A

первая

3

440

-4,1

-3,2

-6,5

19

A#

первая

3

466,2

-5,5

-4,5

-6,5

20

H

первая

3

493,9

-8,0

-7,4

-7,4

21

C

вторая

3

523,2

-8,2

-8,5

-6,1

22

C#

вторая

3

554,4

-10,5

-9,8

-7,6

23

D

вторая

3

587,3

-8,7

-7,9

-6,3

24

D#

вторая

3

622,3

-8,0

-7,5

-5,8

25

E

вторая

3

659,3

-8,3

-7,6

-5,5

26

F

вторая

3

698,5

-6,9

-5,2

-5,6

27

F#

вторая

3

740

-6,0

-5,2

-5,6

28

G

вторая

3

784

-4,0

-3,6

-5,6

29

G#

вторая

3

830,6

-1,7

-2,7

-5,3

30

A

вторая

3

880

-2,0

-2,7

-5,6

31

A#

вторая

3

932,3

-3,7

-2,8

-5,0

32

H

вторая

3

987,8

-5,4

-4,3

-4,2

33

C

третья

3

1046,5

-5,1

-3,0

-1,2

По таблице соответствий были построены три графика частотной характеристики функции – относительно уровня (громкости) в дБ А = f (F) как аргумента частоты колебания (F) в Гц (Рисунки 2, 3 и 4). Из-за большого количества нот по оси F не было возможности вписать трёхзначные значения в Гц для каждой ноты хроматической гаммы, и поэтому им были присвоены номера (столбец «номер» в таблице соответствий), соответствующие частотным значениям нот. Необходимо добавить, что данный эксперимент относителен из-за акустических особенностей деки данного инструмента (как вибрирующего тела), а также подставки с пьезоэлектрическим датчиком (Рисунок 1) потому, что внутри подставка полая, и передача вибрации от струны к деке осуществляется посредством деревянной косточки, которая давит непосредственно на сам пьезоэлемент и допускает не стопроцентное прилегание. Следствием являются провалы в неопределённых участках диапазона.

Рисунок 1. Схема крепления пьезоэлемента в подставке инструмента

Рисунок 2. Частотная характеристика домры альтовой, полученная с помощью конденсаторного микрофона AKG C414 BX-L II

Рисунок 3. Частотная характеристика домры альтовой, полученная с помощью динамического микрофона SHURE SM57


Рисунок 4. Частотная характеристика домры альтовой, полученная с помощью пьезоэлектрического датчика с предусилителем

Получив три кривые вышеприведённых графиков и сопоставив их в отдельном четвёртом графике, мы обрели возможность наглядно увидеть общее и различное в частотных характеристиках, полученных с двух разных микрофонов и пьезодатчика (Рисунок 5).


Рисунок 5. Сравнительная частотная характеристика звучания домры альтовой, полученная с помощью двух разных микрофонов и пьезодатчика.

Прокомментируем некоторые увиденные закономерности. Во-первых, по чувствительности к частотам в тестируемом диапазоне относительно дешёвый динамический[1] микрофон SHURE SM57 (Рисунок 3) на удивление мало уступает дорогому конденсаторному[2] AKG C414BX-L II (Рисунок 2). Последний даже несколько раз был признан лучшим студийным микрофоном года (правда для женского вокала)[3]. Конечно, если расширить шкалу частот F хотя бы до 10кГц, то мы бы увидели там более значительную разницу, но рамки эксперимента нас ограничивают. В области уровня входного сигнала SHURE сильно уступает AKG. Для того, чтобы примерно уровнять сигналы входных уровней, пришлось выставить аттенюатор на АKG в положение -6дБ, а ручку гейна на входной линии SHURE вывернуть до +10дБ.

Конденсаторные микрофоны в отличие от динамических нуждаются в фантомном питании (48 вольт) и обладают некоторыми улучшенными характеристиками. Например, низким уровнем шумов, высокой чувствительностью к входному сигналу и расширенным динамическим диапазоном, тогда как динамические микрофоны отличаются более высоким уровнем перегрузочной способности (то есть низким уровнем чувствительности к входному сигналу) и более узким динамическим диапазоном. В связи с этим конденсаторные микрофоны применяются по большей части при записи вокала и акустических инструментов на студиях звукозаписи, а динамические в свою очередь, чаще используются в концертной практике, а также для работы с гитарными усилителями и ударными инструментами (то есть для работы с громкими инструментами). А так как домра альт — относительно тихий инструмент, то мы в дальнейшем отдадим предпочтение конденсаторным микрофонам.

Пьезоэлектрический датчик с предусилителем выходного сигнала (Рисунок 4) отличается от микрофонов более линейными частотными характеристиками и высоким уровнем выходного сигнала, что происходит за счёт активной схемы предусилителя выходного сигнала. «Преамп» (предусилитель) также оснащён интегрированной микросхемой – эквалайзером (не регулируемым), которая является частотным фильтром с определёнными настройками для акустической гитары[4] (преамп должен улучшать частотные характеристики сигнала, приближая их к линейным). Но поскольку ЧХ домры альт отличается от ЧХ акустической гитары благодаря различным корпусам и натяжению струн, то в нашем случае сразу вскрываются некоторые недостатки. Один из них — провал в нижнем спектре диапазона (165 – 230 Гц) и резкий подъём в районе 1 килогерца (и далее до 3кГц, как раз в зоне стука медиатора). К достоинствам следует отнести чрезвычайно сбалансированный и ровный практически весь рабочий диапазон струны D (300-850Гц).

Но, конечно, исходя из того, что весь диапазон домры альт находится в левой, низкочастотной, части кривой равной слышимости (Рисунок 8), без эквалайзера[5], похоже, не обойтись. Ведь очень хотелось бы, что бы наш замечательный инструмент звучал ровно по всему диапазону и при этом хорошо «читался» в рояльной, ансамблевой или оркестровой фактуре. Именно исходя из вышеперечисленных соображений, были сделаны два гипотетически возможных «пресета»[6] графического эквалайзера (Рисунки 6 и 7), которые смогут помочь выровнять звучание и повысить читаемость этого уникального инструмента на концерте, в записи, а также и в формировании теории исполнения и восприятия музыкальных произведений для домры альт.


Рисунок 6. Пример настройки графического эквалайзера для выравнивания частотной характеристики, полученной с помощью конденсаторного микрофона AKG C414 BX-L II


Рисунок 7. Пример настройки графического эквалайзера для выравнивания частотной характеристики, полученной с помощью пьезоэлектрического датчика


Рисунок 8. Кривые равной слышимости[7]

Итак, данный эксперимент может быть полезен не только студийным и концертным звукорежиссёрам, которые столкнутся с озвучиванием на концерте или записью в студии звукозаписи данного инструмента. Так же знание особенностей частотного спектра инструмента (откровенно провальная струна Е, резкий подъём со второго лада струны А, небольшой провал во втором тетрахорде первой октавы к началу второй от А1 к С#2 и т.д.) просто необходимы для композиторов и аранжировщиков, пишущих для домры альт. Ведь некорректная инструментовка (перенасыщение фактуры в уже выявленных «провальных» или наиболее тихих участках спектра) имеет в результате катастрофические последствия для исполнителя и слушателя! Ведь домра альт – относительно тихий инструмент. Делая аранжировки для этого инструмента с оркестром нужно особо тщательно и аккуратно относиться к вопросу баланса оркестра и солиста, а также к выбору правильной тембральной среды в аккомпанементе в тихих участках регистра у солиста.

Приведём в пример главную партию (точнее её первую фразу) из первой части Концерта Н. Пейко, которая звучит как раз в этом регистре:

Несмотря на то, что она звучит в самом низу диапазона, на аудиозаписи слышен каждый звук[8]. В чём же секрет? Очевидно, что Николай Иванович, писав этот Концерт (единственный концертом Пейко для домры альт), конечно же мог только интуитивно догадываться о звуковом «провале» первого тетрахорда струны «ми». И в инструментовке блестящая интуиция его не подвела. Он попросту «зарезервировал» нашу «провальную» частоту (165 – 300 Гц) под солиста. Все струнные оркестровые инструменты, играющие в этом диапазоне (домры альтовые и балалайки альтовые) молчат. А сухой «стаккатный» аккомпанемент-пульс четвертями он отдаёт баянам и деревянным духовым инструментам во второй октаве. Струнные (домры малые) лишь играют коротенькие «вставки-уколы». В таком виде инструментовка создаёт стопроцентную «читаемость» сольного инструмента.

Исполнители сами должны знать «слабые места» своего инструмента[9] для лучшей динамической слитности кантиленных фраз, например при переходе в первой позиции со струны Е на струну А, для выбора правильной аппликатуры, для более убедительных интервальных переносов в переложениях и транскрипциях и т.п.   

Так как ЧХ домры полной (домры большой) находится в левой, низкочастотной, части кривой равной слышимости (Рисунок 8), то формирование слуховых ощущений слушателей как физиологической основы музыкального восприятия [1, 2, 3] формально могут быть сведены к запоминанию (или записи в базу данных) звукорежиссером позиций и регулировок графического или параметрического эквалайзеров в виде пресета.

За последние десятилетия, кроме уже вышеупомянутых Д. Робинсона и Р. Датсона, которые занимались проблемой «Кривых равной слышимости» (Рисунок 8), очень малое количество учёных делало подобные эксперименты в области звуковых ощущений и восприятия частотных характеристик человеческим ухом. Для продвижения этой области науки вперёд в связи с огромными техническими возможностями, открывшимися в XXI веке, необходимо создание единой «базы-каталога» с амплитудно-частотными характеристиками всех известных инструментов в виде единого электронного справочника частотных характеристик (ЕЭСЧХ).

Кроме музыкальных инструментов в этот каталог необходимо включить и частотно-акустические характеристики главных концертных залов столицы и основных городов страны (т.е. выяснить особенности зависимости задержки звука от размера зала и влияние отражения звука на определённые частоты).

Имея такую базу данных намного легче было бы сравнивать акустические и тембральные свойства инструментов, анализировать и подбирать необходимые средства озвучивания для каждого из них, находить оптимальное местоположение для солиста и оркестровых групп на сцене, исходя из акустических особенностей зала и многого другого.

Литература

1. Гельмгольц Г. Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки. Пер. с нем. СПб., 1875.

2. Алдошина И. Основы психоакустики. Оборонгиз., Москва, 2000.

3. Штумпф К., Tonpsychologie, 1883, Bd. 1, 1890, Bd. 2 (Психология музыкального восприятия).



[1]

Динамический микрофон работает по принципу, противоположному механизму действия динамика. В этом случае диафрагму присоединяют к тонкопроводной катушке, которая расположена в магнитном поле, формируемом постоянным магнитом. В результате воздействия звуковой волны диафрагма начинает колебаться, что, в свою очередь, вызывает перемещения звуковой катушки. Вибрирующие движения провода в магнитном поле становятся причиной появления электрического тока. На направление и величину этого тока влияют движения диафрагмы, следовательно, в динамическом микрофоне ток электрически «отображает» звуковую волну.

[2] В качестве диафрагмы в конденсаторном микрофоне используется очень тонкая пленка из пластика, которую покрывают с одной стороны никелем или золотом. Эта пленка расположена рядом с недвижимой пластиной из проводника. Электрическое поле между пластиковой пленкой и этой пластиной создаётся двумя способами. Для этого применяется батарея или фантомное питание, с помощью которых диафрагма подвергается действию поляризующего напряжения. В электретных микрофонах для этой цели применяется перманентно поляризованный материал, который расположен в пластине или в диафрагме. Разделенные небольшой воздушной прослойкой, диафрагма с пластиной являют собой конденсатор, емкость которого изменяется в зависимости от движений диафрагмы. Свободное перемещение диафрагмы происходит под воздействием звуковых волн. Электрический заряд пластины соразмерно изменяется в соответствии с приближением или удалением диафрагмы от нее, то есть колеблющееся напряжение пластины электрически «отображает» движения диафрагмы.

[3] К тестированию данной модели компания AKG привлекла высокопрофессиональных звукоинженеров, обладателей премии Grammy, среди которых Bill Schnee, Peter Wolf, David Bianco и другие. Работая с этими микрофонами в своих студиях, они пришли к единому мнению — новые модели соответствуют основным качествам «легендарного» AKG C 414, а также обладают некоторыми улучшенными характеристиками, например, низким уровнем шумов и расширенным динамическим диапазоном.

[4] Guitar preamp & pickup ME-2C; более подробно на: www.artecsound.com

[5] Эквалайзер (англ. equalize — «выравнивать»; балансир, уравнитель; общее сокращение — «EQ»), также называется темброблок — радиоэлектронное устройство или компьютерная программа в составе высококлассных стереофонических комплексов (Hi-Fi), позволяющих избирательно корректировать амплитуду сигнала в зависимости от частотных характеристик (высотытембра звука).

[6] Пресет (англ. preset – предварительная настройка; стандартный, предустановленный) – сохранённый набор настроек “EQ”.

[7] Зависимость уровня громкости от звукового давления и частоты (кривые равной громкости). Диапазон громкости воспринимаемых звуков огромен. Но барабанная перепонка в ухе чувствительна только к изменению давления. Уровень давления звука принято измерять в децибелах (дБ). Нижний порог слышимости определён как 0 дБ (20 микропаскаль), а определение верхнего предела слышимости относится скорее к порогу дискомфорта и далее — к нарушению слуха, контузии и т. д. Этот предел зависит от того, как долго по времени мы слушаем звук. Ухо способно переносить кратковременное повышение громкости до 120 дБ без последствий, но долговременное восприятие звуков громкостью более 80 дБ может вызвать потерю слуха. Более тщательные исследования нижней границы слуха показали, что минимальный порог, при котором звук остаётся слышен, зависит от частоты. График этой зависимости получил название абсолютный порог слышимости. В среднем, он имеет участок наибольшей чувствительности в диапазоне от 1 кГц до 5 кГц, хотя с возрастом чувствительность понижается в диапазоне выше 2 кГц. Кривая абсолютного порога слышимости является частным случаем более общих — кривых одинаковой громкости изофонов: значения звукового давления на разных частотах, при котором человек ощущает звуки одинаково громкими.

Кривые были впервые получены Флетчером и Мансоном (H. Fletcher and W. A. Munson) и опубликованы в 1933 году в труде «Loudness, its definition, measurement and calculation». Позже более точные измерения выполнили Робинсон и Датсон (D. W. Robinson and R. S. Dadson). Полученные кривые значительно различаются, но это не ошибка, а разные условия проведения измерений. Флетчер и Мансон в качестве источника звуковых волн использовали наушники, а Робинсон и Датсон — фронтально расположенный динамик в безэховой комнате.

[8]   https://www.youtube.com/watch?v=HbtdMTdFbaA

[9] Конечно, каждый инструмент индивидуален, и для точного определения необходимо сделать свою, индивидуальную частотную характеристику таким же способом, как показано в этой статье.

Сергей Боганов, 2017.



Возврат к списку


Обсуждение

(необходима авторизация для участия)