Dźwięki instrumentów muzycznych, które słyszymy, powstają wskutek wprawiania cząsteczek powietrza w drgania – ich źródłem może być struna instrumentu, membrana bębna czy struny głosowe wokalisty. W zależności od rodzaju instrumentu mechanizm powstawania dźwięku może być różny, co nadaje mu charakterystyczne brzmienie.
Poniżej omówimy szczegółowo, jak te procesy zachodzą w instrumentach strunowych, dętych i perkusyjnych. W drugiej części artykułu wyjaśnimy istotę różnej barwy dźwięku instrumentów muzycznych.
Powstawanie dźwięku w instrumentach muzycznych
Dźwięk w instrumentach strunowych powstaje na skutek drgań strun, rozpiętych nad pudłem rezonansowym lub inną formą rezonatora, która wzmacnia brzmienie. Struny są wprowadzane w ruch za pomocą różnych technik, takich jak szarpanie (gitara, harfa), smyczkowanie (skrzypce, altówka) lub uderzenie (fortepian).
źródło: kanał TouTube pt. Kraina Nauczyciela
Kiedy struna zostaje wprawiona w drganie, porusza się w sposób oscylacyjny, tworząc falę stojącą. Fala ta rozprzestrzenia się wzdłuż struny, powodując lokalne zmiany ciśnienia powietrza w jej otoczeniu. Są one następnie przenoszone na pudło rezonansowe, które intensyfikuje drgania (zwiększa głośność dźwięku), i wówczas fale akustyczne docierają do uszu człowieka.
Częstotliwość drgań struny, a tym samym wysokość powstającego dźwięku, zależy od długości struny, jej napięcia (siły naciągu) oraz jej masy, która jest pochodną grubości struny. Krótsze, bardziej napięte i cieńsze struny wibrują z większą częstotliwością, co skutkuje wyższym dźwiękiem. Z kolei dłuższe, mniej naciągnięte i grubsze struny wytwarzają dźwięki o niższej częstotliwości.
Pudło rezonansowe pełni kluczową rolę w amplifikacji dźwięku. Drgania struny przenoszone są na pudło, które dzięki swojej konstrukcji – obejmującej materiał i kształt – wzmacnia i modyfikuje barwę dźwięku, a przy tym nadaje instrumentowi jego charakterystyczne brzmienie.
Instrumenty dęte generują dźwięk poprzez wprawianie w drgania słupa powietrza wewnątrz ich rurki, zwanej tubą. Wyróżniamy dwa główne rodzaje instrumentów dętych: drewniane, takie jak np. flet, klarnet, saksofon oraz blaszane, np. trąbka, puzon, tuba.
W instrumentach dętych powietrze jest wprowadzane w drgania poprzez dmuchanie w ustnik lub otwór. W instrumentach dętych drewnianych, takich jak klarnet, drgania są generowane przez stroik, który wprawia w ruch powietrze wewnątrz instrumentu. W instrumentach dętych blaszanych, takich jak trąbka, drgania powstają dzięki wibracjom warg muzyka, które działają jak zawór kontrolujący przepływ powietrza.
źródło: kanał TouTube pt. Kraina Nauczyciela
Wysokość dźwięku zależy od długości i średnicy rurki instrumentu. Dłuższa rurka generuje niższe dźwięki, ponieważ powietrze wibruje wolniej, natomiast krótsza wytwarza dźwięki o wyższej częstotliwości. Średnica rurki również wpływa na barwę dźwięku.
Muzyk kontroluje wysokość dźwięku regulując efektywną długość rurki za pomocą tłoków, suwaków lub otworów palcowych, jak ma to miejsce we flecie. Zmiany w napięciu warg oraz sile dmuchania również warunkują wysokość i barwę dźwięku.
Instrumenty perkusyjne generują dźwięk przez wprowadzenie w drgania powierzchni instrumentu, zazwyczaj poprzez uderzenie, pocieranie lub wstrząsanie. Te można podzielić na membranofony (np. bębny) i idiofony (np. dzwonki, trójkąt).
Uderzenie powoduje drgania tej powierzchni, które następnie przenoszą się na otaczające powietrze, tworząc fale akustyczne.
źródło: kanał TouTube pt. Kraina Nauczyciela
Rodzaj materiału i kształt instrumentu znacząco wpływają na charakter powstającego dźwięku. Na przykład bębny z membranami naciągniętymi na drewniane lub metalowe ramy charakteryzują się „ciepłym”, rezonującym brzmieniem, podczas gdy metalowe idiofony, takie jak trójkąt, wytwarzają jasne, metaliczne (brzęczące) dźwięki.
W instrumentach perkusyjnych wysokość dźwięku jest zazwyczaj trudniejsza do kontrolowania niż w instrumentach strunowych czy dętych. Jednakże, przez regulację napięcia membrany, zmianę sposobu uderzenia (siła, miejsce uderzenia) oraz wybór narzędzi, takich jak pałeczki, miotełki czy inne, można znacząco modyfikować brzmienie oraz głośność dźwięku.
Każdy z tych trzech wymienionych rodzajów instrumentów wykorzystuje unikalny mechanizm do wprawiania powietrza w drgania, tworząc w ten sposób różnorodne brzmienia i dźwięki, które są podstawą muzyki. To właśnie te subtelne różnice w budowie i działaniu instrumentów są źródłem bogactwa i różnorodności świata dźwięków.
Barwa dźwięku instrumentów muzycznych
Barwa dźwięku, często określana jako jego „kolor”, to cecha, która pozwala nam rozróżniać dźwięki o tej samej wysokości i głośności, ale wydobywane przez różne instrumenty. Na przykład, nuta C zagrana na flecie brzmi zupełnie inaczej niż ta sama nuta zagrana na gitarze. Co powoduje te różnice?
Barwa dźwięku to właściwość, która decyduje o charakterze dźwięku, czyli o tym, jak jest postrzegany. Odgrywa kluczową rolę w naszym postrzeganiu muzyki. Barwa dźwięku wynika ze sposobu, w jaki dźwięk powstaje i jak rozwija się w czasie.
Dźwięk, który słyszymy, jest złożeniem wielu różnych tonów, zwanych harmonicznymi, tworzących razem tzw. widmo dźwięku. Gdy uderzamy klawisz fortepianu, to oprócz fali dźwiękowej o tej podstawowej częstotliwości (np. nuta C), tworzą się w powietrzu również fale akustyczne o wyższych częstotliwościach, które są wielokrotnościami tej podstawowej częstotliwości. Harmoniczne tony różnią się intensywnością w zależności od instrumentu, co skutkuje różnymi barwami dźwięku.
Gdy struna wibruje, nie tylko drga jako całość w jednym tempie, ale również dzieli się na mniejsze segmenty, które drgają w innym tempie. Na przykład, struna może drgać w całości (tworząc podstawowy dźwięk), ale jednocześnie jej połówki mogą drgać dwa razy szybciej, a jej trzecie części – trzy razy szybciej, i tak dalej.
Oprócz harmonicznych, na barwę dźwięku wpływa także obwiednia dźwięku, czyli sposób, w jaki rozwija się on w czasie. Obwiednia składa się z kilku etapów:
• atak – jak szybko dźwięk osiąga swoją pełną głośność po rozpoczęciu. Na przykład dźwięk fortepianu ma szybki atak, podczas gdy dźwięk instrumentów smyczkowych rozwija się wolniej.
• podtrzymanie – czas, przez który dźwięk utrzymuje poziomie określony poziom głośności po fazie ataku.
• zanikanie – jak długo dźwięk wygasa po tym, jak przestaniemy go wydawać (np. po zwolnieniu klawisza fortepianu).
Te różnorodne cechy przyczyniają się do naszego odbioru akustycznego.
Ten sam dźwięk może wydawać się „ostry” lub „łagodny”, „jasny” lub „ciemny”, w zależności od instrumentu:
Barwa dźwięku fortepianu jest bogata i złożona, z wyraźnym atakiem i szybkim wyciszaniem się. Fortepian charakteryzuje się pełnym brzmieniem , które jest zarówno ciepłe, jak i jasne.
Skrzypce mają bardziej miękką barwę, z wolniejszym atakiem i delikatnym podtrzymaniem. Ich brzmienie jest liryczne i śpiewne, często kojarzone z emocjonalnym wyrazem.
Barwa trąbki jest jasna, mocna i często ostra, z szybkim atakiem. Trąbka często przyciąga uwagę w orkiestrze swoim donośnym i wyraźnym brzmieniem.
Barwa dźwięku jest kluczowym elementem, który pozwala kompozytorom i wykonawcom przekazywać różne emocje i nastroje w muzyce. Wybór odpowiedniego instrumentu do określonej melodii może radykalnie zmienić jej percepcję – ta sama melodia może brzmieć triumfalnie na trąbce, lirycznie na skrzypcach czy melancholijnie na wiolonczeli.
Materiał, z którego wykonany jest instrument, oraz jego konstrukcja również mają znaczenie dla barwy dźwięku. W instrumentach strunowych, takich jak skrzypce czy gitara, rodzaj drewna użytego do budowy pudła rezonansowego i strun wpływa na jakość i charakter dźwięku. Struny wykonane z metalu będą brzmiały jaśniej i ostrzej niż te wykonane z nylonu, które oferują cieplejsze i bardziej miękkie brzmienie. W instrumentach dętych, jak trąbka czy flet, materiał, z którego wykonane są rury (mosiądz, srebro, drewno), oraz konstrukcja ustnika i długość rury również znacząco wpływają na barwę dźwięku. Drewniane flety mają bardziej ciepłe i matowe brzmienie w porównaniu z metalowymi fletami, które są jaśniejsze i bardziej przenikliwe.
Technika gry muzyka również ma ogromny wpływ na barwę dźwięku. Na przykład, w instrumentach strunowych, sposób szarpania struny siła nacisku smyczka, a także miejsce, w którym smyczek dotyka struny, mogą znacznie zmienić brzmienie. W fortepianie intensywność uderzenia w klawisze i sposób wykorzystania pedału pozwalają na kształtowanie barwy od subtelnej i delikatnej do mocnej i dramatycznej.. W instrumentach dętych technika zadęcia i kontrola oddechu mają kluczowy wpływ na charakter dźwięku. Muzycy mogą używać różnych technik artykulacyjnych, takich jak legato, staccato czy vibrato, aby uzyskać pożądany efekt brzmieniowy. Dodatkowo ułożenie ust i napięcie warg (w przypadku instrumentów blaszanych) mogą również kształtować barwę dźwięku.
Zrozumienie barwy dźwięku pomaga nam lepiej docenić różnorodność instrumentów oraz subtelności, jakie muzycy wprowadzają do swoich wykonań, tworząc bogate, emocjonalne i wielowymiarowe doświadczenia muzyczne. Jako jeden z najbardziej złożonych i subiektywnych aspektów dźwięku, barwa odgrywa fundamentalną rolę w muzyce. To dzięki niej każdy instrument ma swoje unikalne brzmienie, które przyczynia się do bogactwa i różnorodności muzyki, jaką słyszymy i kochamy.
dr Magdalena Andrys
Akademia Muzyczna im. I.J. Paderewskiego w Poznaniu
W następnych artykułach z cyklu Muzyka i matematyka zostaną zgłębione teoretyczne podstawy muzyki, takie jak skala pitagorejska i skala 12-tonowa, a także konsonans melodyczny i harmoniczny oraz budowa skali durowej i akordu durowego.