Почему барабаны не могут воспроизводить мелодию?

Инструменты не просто воспроизводят одну частоту за раз. Когда вы играете одну ноту на мелодическом инструменте (например, на фортепиано, духовых инструментах, струнных инструментах и ​​т. д.), вы одновременно воспроизводите множество различных частот — создается целый спектр. Но этот спектр не случаен. Он довольно точно следует гармоническому ряду , который можно рассматривать как «идеальные» значения, наиболее приятные для нашего слуха. При воспроизведении одной ноты более высокие, часто более слабые частоты называются обертонами. (Чтобы узнать больше об этом, посмотрите мой ответ здесь .) Когда обертоны соответствуют гармоническому ряду, это звучит гармонично, и мы получаем ощущение, что слышим одну ноту/высоту. Вот пример формы волны, создаваемой флейтой:

^{http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Music/imgmus/fluw3.gif}

Но когда вы ударяете в барабан, спектр частот немного отклоняется от гармонического ряда. Да, часто есть одна самая громкая частота, но обертоны не соответствуют тому, что мы ожидаем услышать от однонотного/мелодического инструмента. В результате наши уши не получают одинакового ощущения при прослушивании одной определенной высоты тона. Это больше похоже на тупое столкновение, чем на определенную ноту. По этой причине распознать мелодию на барабане было бы гораздо труднее, чем на скрипке. Это называется негармоничностью . Одиночный удар по литавру дает такой спектрограф :

^{https://i2.wp.com/wtt.pauken.org/wp-content/uploads/2011/06/Kolberg-Timpano-Spectrum.jpg?zoom=2&resize=389%2C301}

Согласно гиперфизике , обертоны литавр теоретически должны быть кратны самой низкой/основной частоте: 1, 1,35, 1,67, 1,99, 2,30, 2,61. Это немного отличается от идеально звучащего гармонического ряда, где обертоны являются целыми кратными самой низкой / основной частоты.

Это может вызвать вопрос: почему обертоны барабана не гармоничны? Какое физическое качество инструмента вызывает эту негармоничность? (Гармоника = целое число, кратное самой низкой/основной частоте.) Все сводится к следующему: вибрирующая круглая мембрана имеет дополнительное измерение, в котором она может вибрировать, по сравнению с одномерной струной или одномерным столбом воздуха. Это дополнительное измерение порождает как симметричные, так и асимметричные колебания. Для литавр все симметричные колебания производят негармонические частоты, которые не являются целыми кратными основной частоты. И только 5-6 из асимметричных колебательных мод являются гармоническими. Их называют «предпочтительными ладами», и их очень мало по сравнению с обертонами мелодического инструмента.

Но помимо этого есть еще одна логистическая причина, по которой барабаны не так хорошо подходят для мелодии, как мелодические инструменты. Барабаны настраиваются перед выступлением, и многие из них невозможно перенастроить на месте. Однако есть джазовые барабанщики, которые используют технику, называемую «мелодичной игрой на барабанах». Одним из самых известных является Ари Хоинг. Вот видео с его канала на YouTube, где он играет You Are My Sunshine . Вы увидите, как он давит на барабаны, чтобы увеличить напряжение и добиться более высокого тона. Это определенно узнаваемо, но, возможно, по сравнению с саксофоном немного сложнее различать ноты, которые играют барабаны.

Барабаны МОГУТ воспроизводить мелодии, но количество доступных вам звуков и нот ограничено количеством имеющихся у вас барабанов (не считая творческих применений «изгибания» пластины барабана для получения более высоких частот).

Терри Боззио — пример барабанщика, который использует массивную ударную установку, чтобы играть на барабанах более сложные мелодии. В видео о настройке его установки он упоминает, что его установка наполовину хроматическая, наполовину диатоническая.

Этот зверь должен быть кошмаром, чтобы держать его в тонусе!

Никто не упомянул кастрюли - стальные барабаны . Они, конечно, используются для игры мелодий. Основная проблема заключается в том, что мелодии обычно содержат длинные и короткие ноты, а барабаны обычно могут воспроизводить только короткие, поэтому для «поддержания» более длинных нот необходимо выполнять бочки.

Для тех, кто не имел удовольствия, 40-галлонные стальные бочки из-под масла разрезаются пополам или меньше и в них поджигается огонь. В тот момент, когда они действительно горячие, сверху их прибивают, чтобы придать им форму тарелки. Тогда хитрый бит. На кастрюле сопрано верхняя часть разделена примерно на двадцать маленьких кругов, каждый из которых представляет ноту - обычно диатоническую, часто ре мажор. На других, которым суждено стать тенором, начертано три или четыре больших круга.

Затем эти круги нагревают и превращают в отдельные блюда. Порядок важен, и тогда они отбиваются до гармонии, образуя пару октав. играли палочками, на концах которых были обмотаны резинки.

Вероятно, самый дешевый, если не бесплатный, инструмент родом из Вест-Индии. Группа может звучать очень эффектно - исполнялись симфонии, и их звучание типично для Вест-Индии.

В отличие от вопроса, литавры - это барабанная установка, которая может играть мелодии (хотя им почти всегда даются только партии аккомпанемента). Действительно, они настраиваются на высоту тона (одна высота на барабан) перед началом произведения.

Проблема в том, что высоту звука барабанов нельзя легко изменить. Вы можете следовать Реквиему Берлиоза ( Grande messe des morts ) и иметь восемь пар литавр, играемых десятью людьми, и иметь мелодическое содержание, но один игрок, вероятно, не сможет двигаться между барабанами достаточно быстро, чтобы сыграть мелодию в любом разумном темпе.

Научная теория, стоящая за этим, описана в статье «Физика гитарных барабанов» в ноябрьском номере журнала Scientific American за 1982 год .

Вибрация струны (например, струны скрипки) или столба воздуха (например, органной трубы) имеет формы, которые представляют собой синусоидальные волны. Поскольку нули синусоиды встречаются в соотношении 1:2:3:4..., звук, издаваемый скрипкой или органом, имеет гармоники в тех соотношениях, которые человеческое ухо слышит как определенный тон/высота.

Напротив, вибрация кожуха круглого барабана имеет моды, которые являются функциями Бесселя. Три наименьших нуля ограниченных (т.е. 1-го рода) функций Бесселя равны 2,4048, 3,8317, 5,1356 ( источник ), которые примерно находятся в соотношении 2:3:4. Это соотношение недостаточно точно для того, чтобы человеческое ухо услышало тон, поэтому большинство барабанов, таких как тамтамы, звучат для нас атонально. Однако в литавровом барабане форма «чайника» точно настроит гармоники на более точное соотношение 2:3:4, и человеческое ухо может услышать это как определенный тон — только без основного тона.

Оригинал

Барабан издает звук с определенной высотой звука, как струна, ударяемая молотком.

Ответ на ваш вопрос заключается в том, что для многих типов барабанов приведенное выше предположение в основном совершенно неверно.

Самая существенная часть звука малого барабана — это шум (поэтому машины, которые синтезируют барабанные звуки электронным способом, чаще всего просто используют шум как основу для малых барабанов или хай-хэтов), то есть вовсе не какую-то определенную высоту звука, а скорее всю целиком. спектр на несколько октав заполняется ровным шумом. По сути, есть два элементарных типа звуков, чистые тона и шум (третьим могут быть транзиенты, но здесь это не имеет значения). Чистые тона представляют собой синусоидальные волны, в любой момент времени они имеют только одну частоту, хотя со временем они могут повышаться и понижаться, и в восприятии несколько отдельных чистых тонов могут быть связаны вместе как гармоники, как и в большинстве музыкальных инструментов, производящих ноты.

С другой стороны, шум вовсе не состоит из чистых тонов, многих это смущает, потому что анализ Фурье говорит, что каждый звук состоит из суммы набора синусоидальных волн, однако дискретный анализ Фурье интерпретирует звук как повторяющийся. в петле. Если вы не интерпретируете звук как петлю фиксированной продолжительности, тогда его спектр непрерывен и не состоит из суммы дискретных волн.

Другими словами, что-то вроде короткого взрыва шума, такого как удар малого барабана, лучше всего рассматривать как заполненную область в частотно-временной плоскости, что означает, что в нем нет ничего, что соответствовало бы выделяющейся ноте. Вместо того, чтобы иметь резкий всплеск на заданной высоте (и ее гармониках), шум почти везде гладкий, поэтому из этого вообще не выходит «определенной высоты».

В случае бочки звук в основном представляет собой чистый тон (возможно, с некоторыми гармониками и, возможно, с некоторым шумом, исходящим либо от начального удара, либо от реверберации). октава или две, так что обычно вы не думаете о них как об идентифицируемой высоте звука. Литавры производят в основном шум, однако у них есть резкий всплеск громкости определенной плоской высоты, поэтому с ними связаны ноты. Итак, проблема с вашим вопросом заключается в том, что вы на самом деле не указали, о каком типе барабанов вы думаете.

Ради педантизма малые барабаны могут иметь некоторые довольно плоские компоненты чистого тона (как было сосредоточено на ответе jdjazz), однако это не обязательно для звука малого барабана (поэтому многие синтезаторы не беспокоятся), и поскольку их много, повсюду они не производят ничего, что можно было бы распознать как ноту, поэтому никто даже не удосужился убедиться, что они соответствуют тональности воспроизводимой музыки. И, наконец, конечно, вы можете транспонировать любой сэмпл на любое количество полутонов, как это позволяют делать некоторые электронные клавишные, однако у вас возникнут проблемы с воспроизведением стоящей мелодии, если вы используете типы неподходящих звуков, описанные выше.

Для барабана, такого как малый барабан, когда малый барабан не задействован, существует определенная высота звука. Но в том-то и проблема: это шаг А. У вас может быть мелодия из одной ноты, но это все. Требуется некоторое время, чтобы изменить высоту тона малого барабана.

Когда малый барабан включен, одновременно звучит так много нот (обертонов), что одну высоту различить нелегко.

Да, стальные барабаны. Я не знаю, почему вы почти никогда их не видите/не слышите — они были довольно популярны еще в 60-х, IIRC.

Я думаю, что барабаны и перкуссия придают мелодии драйв/ощущение. Это заставляет нас цепляться за определенные ноты. Однако, если вы хотите поговорить о мелодии во время игры на барабанах, Aric Improta изобретательно использует пэды для создания неприятных грувов: