Skip to navigation

Cookies Notice

Сайт использует куки. См. политику конфиденциальности.

Contact Info

info@kolokoladm.ru     +7 (926) 927-21-28    

Звучание колокола и его основной тон

В звонарской практике опытному исполнителю неизбежно приходится иметь дело с определением звуковысотных характеристик колоколов своего или иного набора. Также, с подобными вопросами традиционно сталкиваются как покупатели колоколов, так и их изготовители.

 

Факты показывают, насколько бывают разнородны методы и, отсюда, противоречивы результаты решения подобной задачи. Если мы попытаемся сравнить официально заявленные основные тона близких по весу колоколов разных производителей, мы убедимся, что у разных мастеров для одного и того же веса они зачастую отличаются на терцию, а иногда и более. Несомненно, доминирующий звук колокола зависит от геометрии профиля колокола и физико-механических свойств сплава, которые на каждом предприятии свои. И все же, столь большой разброс значений основного тона у колоколов разных производителей не укладывается в рамки такого объяснения. Еще большее недоумение вызовет сравнение звука колоколов из современных прайсов с заявленным основным тоном – Вы наверняка найдете немало расхождений. Таким образом, речь идет о вольной трактовке понятия основного тона.

Вся описанная неразбериха происходит, как правило, от неверной интерпретации спектрограмм колокольного звука и незнания особенностей восприятия нашим ухом сложных звуков, каковыми являются звуки колоколов. В Западной Европе к данному вопросу подошли систематически, благодаря чему было выработано понятие «ударного тона» и появились октавные колокола. Еще в XVII в. на Западе было обнаружено, что звук колокола представляет собой ряд частот, которые выстраиваются в определенные последовательности. После удара колокол излучает звук одновременно на многих частотах, деформируясь в разных областях различным образом. Каждой частоте соответствует своя форма колебаний (см. илл. 1).

Илл.1. График звукового спектра колокола «Лебедь» ростовской звонницы (отмечены пики пяти низших частот) и результат компьютерного моделирования колебаний его стенки на первых пяти частотах (справа налево по кругу)

Наиболее сильные, а значит – слышимые из них – низшие частоты. Несмотря на сложное сочетание звуков, сразу после удара один призвук обычно выделяется по громкости и позволяет составить представление о доминирующей ноте колокола. Он получил название «корнета» или «ударного тона». Развитие учения об ударном тоне колокола связано с именами голландцев: музыканта Джекоба Ван Эйка и литейщиков Франсуа и Питера Хемони (XVII век)1. Именно они обнаружили ту взаимосвязь звука и геометрии, которая позволила создать точный октавный колокол. В его спектре соотношение пяти наиболее сильных низших частот укладывалось в формулу «октава – малая терция – большая терция – кварта». Наименование тонов: «унтертон – фундаментальный тон (или «прима») – малая терция – квинта – номинальный тон (или иначе «октава»)». Такой тип колокола получил наименование октавного, в нем три из пяти частот имели между собой октавные интервалы. Идеальное их соотношение достигалось настройкой, подточкой колокола в разных поясах внутренней поверхности. Для карильонов подобный тип колокола считался совершенным: звук его был чист, а тембр – обеднен.

Ориентация западных литейщиков на литье колоколов октавного типа в некоторой степени позволила отсрочить решение сложного вопроса: почему ударный тон чаще всего стоит близко, но не совпадает с примой (фундаментальным тоном)? Над разгадкой этого феномена трудились многие ученые XIX-XX вв. в Англии, Германии, Голландии, наиболее известные – Рэлей, Блессинг, Майер, Клез и Схоутен. Было установлено, что человеческое ухо своеобразно интерпретирует сложные звуки. Ряд частот в звуке колокола, начиная с пятой, образует периодичную серию, которая воспринимается внутренним ухом как звук с частотой, кратной всем тонам серии. Этот виртуальный звук в два раза ниже номинального тона по частоте (т. е. на октаву). Отсюда и замещение реального тона, – примы, – мнимым звуком. Ян Схоутен ввел понятие «остаточного тона» – звука, который может слышаться даже в тех случаях, когда арифметическая прогрессия частот неточна и начинается, например, с пятой или шестой гармоник базового тона. Он также уточнил, что эффект остаточного тона пропадает, если серия частот, его образующая, расположена выше 4000 Гц2. Последнее утверждение затрагивает уже другой, не менее значимый в данном случае пласт знаний из области психоакустики. Имеется в виду различная чувствительность нашего слуха к частотам разной высоты. Мы воспринимаем звук колокола не таким, каким он виден на диаграмме звукового спектра. Мы различаем частоты от 20 до 20 000 Гц, но настроены главным образом на восприятие частот от 400 Гц до 2000-4000 Гц. Чувствительность слуха максимальна именно в данной области частот (см. илл. 2)3.

Илл .2
Илл.2. Кривая слуховой чувствительности человеческого уха и обратные ей кривые равной громкости. Зависимость воспринимаемой ухом громкости звука от его высоты (ось Х) и силы (ось Y)

Нижняя и верхняя часть всего частотного диапазона, воспринимаемого человеческим ухом, при одной и той же силе звуковой вибрации слышится гораздо слабее, чем частоты средней его части. Таким образом, из двух звуков одинаковой интенсивности частотой 100 Гц и 1000 Гц, первый будет восприниматься в 3-4 раза тише. Звук частотой 100 Гц будет просто заглушен вторым, более высоким. Причем, контраст будет усиливаться с уменьшением силы звука.

Со второй половины прошлого века акцент исследований феномена ударного тона сместился именно в область оценки громкости гармоник и их высоты в спектре. Так, современный немецкий акустик Эрнст Терхард уже весьма подробно описывает эффект остаточного тона в отношении к положению создающих его гармоник относительно основного диапазона слышимых частот (400–2000 Гц)4. Думается, движение мысли акустиков в этом направлении неслучайно. Дело в том, что хотя теория западных ученых выглядит математически элегантной и удобно подтверждается примерами октавных колоколов, в которых соотношения низших частот выверены весьма точно, она все равно нуждается в доработке – учение об остаточном тоне иногда расходится с практикой. Часто оно не работает в случае с русскими колоколами.

Русские колокола весьма разнообразны по тембру, они, как правило, не подтачивались, и соотношения между их частичными тонами не всегда стройны для возникновения вышеописанных эффектов. Вместе с тем, в России в период расцвета колокололитейного мастерства (вторая половина XVII-XVIII вв.) сформировался устойчивый тип колокольной геометрии. В ней, как и на Западе, был найден свой, оригинальный состав собственных низших частот. Формула акустической структуры русских колоколов достаточно близка западным. В подтверждение сказанного на иллюстрации 3 приведем наложение десяти профилей колоколов указанного периода, отлитых разными мастерами Пушечного двора или их учениками5.

Илл. 3
Илл.3. Сравнение отношений пяти низших частот 10 русских классических колоколов с формулой идеального октавного колокола (отклонение в 6% соответствует интервалу малой секунды). Слева – наложение профилей сравниваемых 10 колоколов

Рядом – сравнение структуры их низших пяти частот со структурой идеального октавного колокола малой терции. Приведенные данные наталкивают на предположение, которое легко подтверждается экспериментом, что такая структура звука, хотя является и не вполне октавной, все же позволяет достаточно определенно говорить о наличии у русского классического колокола ударного тона.

Ряд акустических экспериментов, проведенных автором, показывает, что ударный тон русского колокола формируется на основе одной из октавных частот: унтертона, примы, номинального тона, и даже верхней, двойной октавы (на октаву выше номинального тона), и также может быть как реальным звуком в спектре колокола, так и фантомным. Причем, решающую роль в его образовании здесь, как правило, играет не серия гармоник, а высота и интенсивность указанных тонов. Так, в колоколах гигантах, где на основной диапазон слышимых частот приходится номинальный тон или верхняя октава, будет слышаться ударный тон в районе примы, но с частотой, ровно на октаву ниже номинального тона (или на две ниже верхней октавы). В колоколах среднего размера, в зависимости от их размера и интенсивности частот, будет доминировать либо номинальный тон, звучащий на октаву ниже, либо прима. В малых колоколах слышен будет ударным тоном унтертон – опять же, по причине его расположения в основном слышимом диапазоне. Поэтому, при оценке ударного тона русских колоколов необходимо больше доверять собственным ушам, чем спектральному анализу.

Сегодня некоторые исполнители, литейщики и исследователи утверждают, что ударный тон и вообще структура звука не имеет значения для русского колокола, а ансамбль надо составлять только варьируя веса. Их оппоненты, напротив, полагают, что подбирать колокола надо по правилам диатонического строя, или что надо добиваться чистоты и консонанса интервалов между основными тонами колоколов. Скорее всего, критерием истины здесь может служить практика исполнения русского трезвона.

Если обратиться к традиционному опыту исполнения трезвона, то можно заметить, что это ни что иное как ритмико-интонационная композиция, создаваемая на колоколах разных групп, с различными звуковысотными и тембровыми характеристиками. Интонирование обычно было связано с использованием колоколов среднего размера – подзвонных. Они, как правило, служат не только для создания ритмических рисунков, но и для введения в исполняемый трезвон мелодических ходов, попевок. Таковы, например, некоторые ростовские звоны, воспроизводящие фрагменты церковных песнопений и кантов. Подобные звоны бытовали в начале XX в. и в Москве.

Таким образом, умение выявлять основной тон и грамотно оценивать достоинства тембра современных русских колоколов крайне необходимо при составлении звукоряда нового или коррекции имеющегося подбора.

Иеродиакон Роман (Огрызков)
Опубликовано в журнале Церковный строитель № 56 2016


1См. Lehr A., Dr. The designing of swinging bells and carillon bells in the past and present. The Netherlands. Asten, Athanasius Kircher Foundation. 1987. §2.2

2Schouten J.F. The residue phenomenon and it’s impact on the theory of hearing // International journal of audiology. 1962. Vol.1, №1. P. 7.

3См. например: Морозов В.П. Тайны вокальной речи. Наука, Л. 1967, С. 98-99

4См. Terhardt E. http://www.mmk.e-technik.tumuenchen.de/persons/ter/top/strikenote.html

5В сравнении использованы профили и звуки колоколов:
1. Колокол «Баран» Емельяна Данилова, 80 пудов, 1654 г.
2. Колокол мастера Ф.Д. Моторина, 40 пудов, 1682 г.
3. Колокол мастера Ф.Д. Моторина, 105 пудов, 1683 г.
4. Колокол мастеров династии Моториных, 13 пудов, 1684 г.
5. Колокол мастера М.М. Лодыгина, 300 пудов, 1688 г.
6. Колокол «Безымянный 3» Ростовского соборного звона, московский мастер, 5 пудов, посл. четв. XVII в.
7. Колокол «Безымянный 2» Ростовского соборного звона, московский мастер, 8,5 пудов, кон. XVII в.
8. Колокол мастера К.М. Слизова, 400 пудов, 1750 г.
9. Колокол мастера К.М. Слизова, 77 пудов, 1755 г.
10. Колокол завода Никифора Калинина, 66,5 пуда, 1791 г.

Звучание колокола и его основной тон

Updated on 2020-12-25T19:16:36+03:00, by Админ.