В музыке канал духового инструмента (включая деревянные и медные духовые ) — это его внутренняя камера. Это определяет путь потока, по которому проходит воздух, который приводится в колебание для создания звуков. Форма канала оказывает сильное влияние на тембр инструмента .
Конус и цилиндр — две идеализированные формы , используемые для описания каналов духовых инструментов . Другие формы обычно не используются, поскольку они имеют тенденцию производить диссонирующие , негармоничные обертоны и немузыкальный звук. Инструменты могут состоять из в основном конической или цилиндрической трубки, но начинаться в мундштуке и заканчиваться быстро расширяющимся «раструбом» или « колоколом ». Этот раструб уменьшает несоответствие акустического импеданса между инструментом и воздухом, позволяя инструменту передавать звук в воздух более эффективно. [1]
Эти формы влияют на выраженность гармоник, связанных с тембром инструмента. Канал, расширяющийся от мундштука, уменьшает сопротивление дыханию, в то время как канал, сужающийся ото рта, увеличивает его по сравнению с цилиндром.
Диаметр цилиндрического канала остается постоянным по всей его длине. Акустическое поведение зависит от того, закрыт ли инструмент (закрыт с одного конца и открыт с другого) или открыт (с обоих концов). Для открытой трубы длина волны, создаваемая первой нормальной модой ( основная нота), примерно в два раза больше длины трубы. Длина волны, создаваемая второй нормальной модой, составляет половину этой длины, то есть длины трубы, поэтому ее высота звука на октаву выше; таким образом, инструмент с открытым цилиндрическим каналом передувает на октаве. Это соответствует второй гармонике, и, как правило, гармонический спектр инструмента с открытым цилиндрическим каналом силен как на четных, так и на нечетных гармониках. Для закрытой трубы длина волны, создаваемая первой нормальной модой, примерно в четыре раза больше длины трубы. Длина волны, создаваемая второй нормальной модой, составляет одну треть этой длины, то есть 4/3 длины трубы, поэтому ее высота звука на двенадцатую выше; инструмент с закрытым цилиндрическим каналом передувает на двенадцатой. Это соответствует третьей гармонике; Обычно гармонический спектр инструмента с закрытым цилиндрическим каналом, особенно в нижнем регистре, силён только в нечётных гармониках. Современные медные духовые инструменты, однако, обычно используют всю длину инструмента для каждой высоты тона, и поэтому на них существенно влияют эффекты мундштука и раструба . Они изменяют резонансы инструмента, чтобы они максимально напоминали резонансы конической трубы, даже если канал в основном цилиндрический. [2]
К инструментам с цилиндрическим или преимущественно цилиндрическим отверстием относятся:
Диаметр конического канала изменяется линейно с расстоянием от конца инструмента. Полный конический канал начинался бы с нулевого диаметра — вершины конуса. Однако реальные каналы инструментов приближаются к усеченному конусу. Длина волны, создаваемая первой нормальной модой, примерно в два раза больше длины конуса, измеренной от вершины. Длина волны, создаваемая второй нормальной модой, примерно равна длине конуса, поэтому его высота звука на октаву выше. Поэтому инструмент с коническим каналом, как и инструмент с открытым цилиндрическим каналом, дует на октаве и, как правило, имеет гармонический спектр, сильный как в четных, так и в нечетных гармониках.
К инструментам с коническим или приблизительно коническим отверстием относятся:
Секции каналов духовых инструментов отклоняются от истинного конуса или цилиндра. Например, хотя гобои и гобои д'амур имеют схожую высоту тона, у них разные по форме конечные раструбы. Соответственно, голос гобоя описывается как «пронзительный» по сравнению с более «полным» голосом гобоя д'амур.
Хотя форма канала духовых инструментов обычно определяет их тембр, внешняя геометрия инструментов обычно мало влияет на их голос. Кроме того, внешняя форма духовых инструментов может не соответствовать форме канала. Например, хотя гобои и кларнеты могут внешне казаться похожими, у гобоев канал конический , а у кларнетов — цилиндрический.
Канал барочной блокфлейты имеет «обратный» конус, будучи шире у головки и уже у основания инструмента. [3] Большинство современных блокфлейт также имеют такой конический канал, поскольку они сделаны очень похожими на барочные блокфлейты. Однако, многочисленные ренессансные , средневековые , а также современные блокфлейты имеют цилиндрический канал. Некоторые жестяные флажолеты также имеют обратный конус.
Духовые инструменты также иногда классифицируются как конические или цилиндрические, хотя большинство на самом деле имеют цилиндрические секции между конической секцией ( конус мундштука или свинцовая трубка ) и неконической, нецилиндрической расширяющейся секцией (колокол). Бенаде приводит следующие типичные пропорции: [4]
Эти пропорции изменяются в зависимости от работы клапанов или слайдов; приведенные выше числа относятся к инструментам с открытыми клапанами или полностью закрытым слайдом. Это отклонение от стандартных моделей цилиндрических и конических трубок означает, что частоты обычного режима духовых инструментов не соответствуют целым кратным первой моды, которая не используется для игры. Однако более высокие режимы соответствуют целым кратным «фиктивного основного тона», который часто все еще может быть сыгран как педальный тон . [5] Исполнители на духовых инструментах (в отличие от духовых инструментов из дерева) способны «проигрывать» ноты существенно выше или ниже, а на некоторых инструментах используют привилегированные частоты (педальные тоны и ложные тоны ), чтобы получить ноты, соответствующие строю, за пределами диапазона, разрешенного обычными режимами. [4]