Формула расчета частот нот
Струна настраивается на определённую высоту тона.
Высота тона определяется частотой колебаний струны.
Частота колебаний измеряется в герцах (Гц).
Частота Ля первой октавы 440Гц. Это означает, что в секунду струна совершает 440 колебаний.
Струна колеблется не только всей своей длиной, но и частями.
Струна колеблется своими половинами. Каждая половина колеблется в два раза чаще, чем вся струна. То есть, в струне ля 1 (440Гц) её половины будут колебаться каждая с частотой 880Гц (440×2).
Струна колеблется своими третями. Каждая треть колеблется в три раза чаще основных колебаний (для ля 1 : 440×3 = 1320Гц).
И так дальше: четверти колеблются в четыре раза чаще, каждая пятая часть в пять раз чаще…
Колебания частей струны мы слышим как гармоники, накладывающиеся на основной тон.
- 2-я гармоника — ½ струны, слышится как октава от основного тона вверх.
- 3-я гармоника — ⅓ струны, квинта через октаву от основного тона вверх.
- 4-я гармоника — ¼ струны, две октавы вверх от основного тона.
- 5-я гармоника — большая терция через две октавы от основного тона вверх.
- 6-я гармоника — квинта через две октавы от основного тона вверх.
- 7-я гармоника — малая септима через две октавы от основного тона вверх.
- 8-я гармоника — три октавы вверх от основного тона.
Удвоение номера гармоники повышает её на октаву. 1-я, 2-я, 4-я, 8-я гармоники — одна и та же нота в разных октавах. То же самое можно сказать про 3-ю и 6-ю гармоники.
Выстраивание гармоник
на примере До малой октавы
Частоту гармоники можно узнать, умножив частоту основного тона на номер этой гармоники.
В следующей таблице даны часто́ты гармоник от Соль малой октавы до Ля первой октавы:
Ниже приведена программа, подсчитывающая часто́ты гармоник от Ля большой октавы до Ля первой октавы в двух видах темперации — РТС и Штоппер (о темперации Штоппера читайте соответствующую тему на Форуме Ассоциации фортепианных мастеров).
Если две струны настроить с частотной разницей в 1Гц (439 и 440, например), то в их совместном звучании мы услышим эту разницу, как одно биение в секунду.
В звучании интервала какая-то пара гармоник совпадает. Если совпадение полное, то биений на этой частоте не будет. Если же есть разница в герцах, то мы услышим биения. Сколько герц разницы — столько биений в секунду.
Какое соотношение частот в интервале, такие гармоники и будут совпадать, в обратном порядке:
Если все эти интервалы будут чистые, с указанным соотношением частот, то гармоники действительно совпадут, и биений не будет. Но в равномерно-темперированном строе квинты и малые терции настраивают зауженными, а кварты, большие терции и большие сексты — расширенными. И действительные соотношения частот интервалов приблизительно таковы:
Квинта | — | 2:2,9966 |
Кварта | — | 3:4,0045 |
Большая секста | — | 3:5,0454 |
Большая терция | — | 4:5,0397 |
Малая терция | — | 5:5,9460 |
Пример расчёта биений в интервале. Возьмём кварту ля—ре 1 . Соотношение частот в кварте 3:4. Совпадающие гармоники — 4-я нижнего тона интервала и 3-я верхнего тона. В таблице находим ля (A3) и частоту её четвёртой гармоники — 880Гц. Затем находим ре 1 (D4) и частоту её третьей гармоники — 880,99Гц. Разница между частотами совпадающих гармоник составляет 0,99Гц. Соответственно, в кварте A3—D4 одно биение в секунду. Кварта расширена, так как третья гармоника ре 1 выше четвёртой гармоники ля.
Где слушать биения?
- В квинте биения слушают октавой выше от верхнего тона интервала.
- В кварте — двумя октавами выше от нижнего тона интервала.
- В большой терции — двумя октавами выше от верхнего тона интервала.
- В большой сексте — квинта через октаву от верхнего тона интервала.
- В малой терции — квинта через две октавы от нижнего тона интервала.
Калькулятор интервальных биений
в РТС и у Штоппера
Как высчитывать биения? Как подсчитать 0,75 биений в секунду? А шесть биений в секунду? Есть разные методики. В пособии Курочкина и Бурдиной предлагается для подсчёта семи биений в секунду проговаривать ритмично за одну секунду скороговорку «пе-ре-да-ча-му-зы-ки», а для подсчёта восьми биений в секунду — «пе-ре-да-ва-ли-му-зы-ку». Существует известный метод синхронизации А.В. Яновского, где в качестве генератора эталонных темпов биений используется электронный метроном.
Каждый настройщик находит для себя удобный ему способ подсчёта биений. Некоторые говорят, что они вообще не считают биения. С ними можно поспорить. Я думаю, что любой настройщик держит в своей голове хотя бы парочку эталонов интервальных биений. Одно биение в секунду — это уж точно может высчитать каждый. Запоминаются часто́ты биений отдельных терций, либо конкретным темпом, либо «тембром моторчика».
Есть свой способ подсчёта биений и у меня. Главным достоинством этого способа считаю то, что нет необходимости ориентироваться в разных темпах, а нужно помнить лишь один темп, 120 ударов в минуту (2 удара в секунду). И ещё надо знать нотную грамоту, длительности нот. В темпе 120 ударов в минуту я предлагаю «исполнять» биения точно так же, как музыканты исполняют ноты различной длительности. Итак, музыкальный темп , где каждому удару соответствует нотная длительность в одну четверть. 120 четвертей в минуту, две четверти в секунду. Темп военного марша. В этом темпе можно «исполнять» биения различной частоты, как редкие, так и частые.
Для человека с музыкальным образованием не составит труда воспроизвести эти биения (конечно же, при соблюдении темпа . Надо лишь выработать в себе привычку к этому темпу. В качестве упражнения при ходьбе на улице можно шагать в этом темпе и про себя проговаривать различные длительности нот. Ниже в этой статье в главе «Тренажёр биений» описывается способ тренировки выставления биений различной частоты в темпе за инструментом.
Настройка по «неправильным» тонам
Все мы знакомы с порядком темперирования: от настроенного тона настраивается точно другой тон в какой-либо интервал к первому тону. При этом, если есть такая возможность, делается проверка дополнительными интервалами от уже настроенных других тонов. Есть ещё вариант — например, кварту можно настроить, построив от нижнего тона интервала вниз большую терцию (конструкция минорного секстаккорда) и проверять соотношение частот биений в получившихся больших терции и сексте (терц-секст), при этом не важна точность настройки нижнего вспомогательного тона. Похожим образом проверяется октава — от нижнего тона интервала строится вниз большая терция, нижний тон которой может быть неточным, и проверяется равенство биений в получившихся больших терции и дециме (или неравенство, если мы хотим октаву расширить).
Я хочу предложить ещё один способ — настройка тона от уже настроенного тона через вспомогательный «неправильный» тон, путём построения двух интервалов с заведомо неправильными биениями, но легко поддающимися подсчёту. Сложно выразился? Разберём подробнее.
Например. Мы имеем настроенный тон A3. Наша задача — настроить точно тон G3. От A3 строим кварту вверх A3-D4 с «неправильными» биениями, легко поддающимися подсчёту. Затем от тона D4, настроенного неправильно (вспомогательный тон), строим квинту вниз G3-D4, тоже с «неправильными» биениями, но такими, чтобы в итоге получилась точная настройка тона G3. Предварительно нам надо подсчитать, какие биения должны быть в обоих интервалах, чтобы точно «попасть» в G3. Давайте попробуем такой подсчёт произвести.
Какие биения выберем для кварты A3-D4? Пусть это будут 2 биения в секунду, их легко услышать. В биениях кварты участвуют 4-я гармоника нижнего тона интервала и 3-я гармоника верхнего тона. Смотрим в таблицу: 4-я гармоника A3 имеет частоту 880 Гц. Поскольку мы хотим два биения в кварте, то к этому прибавляем 2 герца. Получаем 3-ю гармонику D4, равную 882 Гц. Теперь нас интересует, какие при этом получатся биения в квинте G3-D4. В биениях квинты участвуют 3-я гармоника нижнего тона интервала и 2-я гармоника верхнего тона. Мы знаем частоту 3-й гармоники D4 — 882 Гц. Чтобы узнать частоту 2-й гармоники этого тона, надо 882 поделить на 3 и умножить на 2. Получим 588 Гц. Это 2-я гармоника D4. Осталось сравнить её с 3-й гармоникой G3 по таблице. Итак: 3-я гармоника G3 равна 587,99 Гц, 2-я гармоника D4 равна 588 Гц. Разница всего в 0,01 Гц.
Вывод. Если от тона A3 построить вверх кварту A3-D4 с двумя биениями в секунду, а затем от получившегося тона D4 построить вниз чистую квинту (без биений) G3-D4, то мы получим точно настроенный тон G3. (Здесь и далее в статье все расчёты делаются для РТС). Получилась цепочка типа a-b-c, где a — первый настроенный тон, b — вспомогательный, «неправильный» тон, c — конечный тон цепочки, настроенный точно.
Вот такой способ настройки по «неправильным» тонам. Можно искать и другие сочетания, но уж больно трудоёмко всё это — каждый раз вычислять гармоники, прибавлять, вычитать, делить и умножать. Моя лень заставила меня смастерить программу, которая будет производить все расчёты. Вот она:
Программа визуально состоит из трёх блоков, разграниченных горизонтальными линиями.
В первом, верхнем блоке можно выбрать вид темперации (РТС и Штоппер) и первоначальный тон цепочки (по умолчанию там стоит A3). Ниже показывается частота основного тона выбранного первоначального тона цепочки.
Второй блок относится к первому выстраиваемому интервалу цепочки. Можно выбрать интервал и направление построения интервала от первоначального тона (вверх или вниз). Среди выбираемых интервалов — кварта, квинта, терция и секста (терция и секста имеются в виду большие). Слева показывается настраиваемый тон выбранного интервала и табличная частота его основного тона. В середине показывается частота биений этого интервала по таблице. Справа показывается тон, на котором происходят биения в интервале. В белом окошке вводится желаемая частота биений для данного первого интервала цепочки. Пока не делайте этого.
Третий блок относится ко второму, последнему выстраиваемому интервалу цепочки. В блоке можно выбрать интервал и направление его построения (вверх, вниз). Точно так же, как во втором блоке, показывается настраиваемый тон, частота его основного тона, табличные биения в интервале, тон, на котором происходят биения.
По умолчанию в программе стоит цепочка A3-D4-G3, которую мы рассматривали выше. Введите в окошко второго блока для кварты A3-D4 2 биения в секунду, как в обсуждаемом нами выше примере. Слева от этого окошка появилась красная надпись «294,00 Hz» — это частота основного тона D4 при двух биениях в секунду в кварте A3-D4. А в третьем блоке появилось «0,01 б/сек» — это показатель частоты биений для квинты G3-D4, чтобы точно попасть в тон G3.
Ещё один пример для цепочки по умолчанию A3-D4-G3. Введите в окошко второго блока для кварты A3-D4 0 биений в секунду (чистая кварта). Во втором интервале (квинта G3-D4) получится . Как посчитать эти биения — смотрите предыдущую главу «Эталоны биений».
Если биения показываются со знаком «минус», значит интервал зауженный. Когда вво́дите в окошко желаемую частоту биений, не забывайте ставить минус для зауженных интервалов (например квинта, или если вдруг захотите сузить кварту).
Можно составить более длинную цепочку — два вспомогательных «неправильных» тона и, соответственно, три интервала. В такой цепочке подобрать удобные для подсчёта часто́ты биений становится проще. Если предыдущая, короткая цепочка имела схему a-b-c, то цепочка длиннее выглядит как a-b1-b2-c. Ниже вариант программы для длинной цепочки:
Здесь уже на один блок больше. Выглядят блоки так же, как и в программе с короткой цепочкой. Если не вводить своих биений, то во 2-м, 3-м и 4-м блоках показываются биения интервалов по таблице. Если во втором блоке ввести свои биения, то в 3-м блоке будут показаны биения с учётом введённых во втором блоке. То есть, та же самая короткая цепочка, что и в первой программе. Если ввести свои биения и в третьем блоке, то в 4-м будут показаны биения третьего интервала, чтобы получить точно настроенный конечный тон длинной цепочки. Если ввести свои биения только в третьем блоке, а во втором не вводить, то мы получим короткую цепочку, начальный тон которой будет показан во втором блоке.
При вводе своих биений не отклоняйтесь сильно от табличных показателей. Максимум ± 1,5 биения. Иначе это будут слишком большие изменения и практический результат окажется некорректным.
Правило минорного секстаккорда
Минорный секстаккорд — единственный аккорд, в котором все три входящих в него интервала дают биения на сходных частотах. Нижний тон участвует в биениях терции и сексты своей 5-й гармоникой, средний тон участвует в биениях терции и кварты своей 4-й гармоникой, верхний тон участвует в биениях сексты и кварты своей 3-й гармоникой. Для ре-минорного секстаккорда (фа—ля—ре 1 ) эти 5-я, 4-я и 3-я гармоники будут на частотах 873Гц, 880Гц и 881Гц (округлённо). Теперь расположим эти гармоники на линейке, в которой каждое деление будет равно 1Гц:
Здесь F — фа, A — ля, d — ре 1 , а измеряются их гармоники — 5-я, 4-я и 3-я.
Видно, что между совпадающими гармониками F и A расстояние 7Гц, соответственно терция даёт в секунду. Расстояние между совпадающими гармониками A и d 1Гц, кварта ля—ре 1 даёт в секунду. Расстояние между совпадающими гармониками F и d 8Гц, секста даёт 8 биений в секунду.
Тон ля (A) с его 4-й гармоникой можно назвать центральным. Терция настраивается расширенной с понижением 5-й гармоники фа относительно 4-й гармоники ля на 7Гц (). Кварта настраивается расширенной с повышением 3-й гармоники ре 1 относительно 4-й гармоники ля на 1Гц (). В результате получается ещё один расширенный интервал — секста , где расстояние от 5-й гармоники фа до 3-й гармоники ре 1 составит уже 8Гц (8 биений/сек).
Отсюда простая формула: Биения в сексте являются суммой биений терции и кварты.
В качестве эксперимента мы можем опустить ля её 4-й гармоникой на 3Гц. Получим:
Биения в сексте, конечно же, останутся прежними ( секунду), а терция и кварта будут иметь по в секунду. 8=4+4. «Правило минорного секстаккорда» продолжает работать.
Теперь рассмотрим, что произойдёт, если ре 1 понизить настолько, чтобы кварта стала вместо расширенной зауженной на такое же в секунду. Это значит, что 3-я гармоника ре 1 станет на 1Гц ниже 4-й гармоники ля:
Считаем. В кварте . В сексте . В терции .
Всё поменялось. Теперь биения в терции являются суммой биений сексты и кварты: 7=6+1.
«Правило минорного секстаккорда» можно применять на практике. Если нам надо настроить точно большую сексту с очень частыми биениями, эти биения можно распределить между входящими в неё большой терцией и квартой. Если надо настроить точно большую терцию с очень частыми биениями, то от её верхнего тона можно построить вверх зауженную кварту и биения распределить между секстой и квартой.
Инструмент предоставляет нам хорошую возможность потренироваться в определении темпа и выставлении в нём биений различной частоты. Для этого должна быть настроена Ля малой октавы.
Чтобы правильно настроить фа# 1 , необходимо в сексте добиться 10 биений в секунду. Пользуясь правилом минорного секстаккорда, поделим эти 10 биений между терцией и квартой . Здесь до# 1 является «неправильным», вспомогательным тоном для настройки фа# 1 .
Настроим до# 1 с шестью биениями
в секунду в терции ля—до# 1
Настроим фа# 1 с четырьмя биениями
в секунду в кварте до# 1 —фа# 1
6+4=10. Можно ли считать, что мы точно настроили сексту ? Да, если при подсчёте биений соблюдён темп . Как это проверить без метронома? Сделаем ещё два хода.
Настроим Си малой октавы с одним
биением в секунду в квинте си—фа# 1
Настроим ми 1 с двумя биениями
в секунду в кварте си—ми 1
Если во всех четырёх интервалах цепочки установлены биения с соблюдением темпа , то в результате мы получим абсолютно чистую квинту , с отсутствием в ней биений:
Если последняя квинта вместо чистой получилась расширенной, то темп всех биений был взят быстрее положенного. При зауженной квинте — темп медленнее положенного. Темп даст в конце цепочки расширенную квинту с одним биением в секунду, темп — зауженную квинту с одним биением в секунду.
Теперь, когда вся цепочка сошлась, и есть уверенность в темпе , можно послушать биения разной частоты. Сейчас мы имеем эталоны биений 1, 2, 4 и 6 в секунду. В сексте 10 биений в секунду. Если двигать до# 1 , изменяя частоту биений терции и кварты , то можно «поймать» и другие биения. Добившись одинаковых биений в терции и кварте, услышим, как звучат . Сделав в кварте в секунду (столько же, сколько сейчас в квинте ), в терции услышим . Сделав в кварте в секунду (столько же, сколько сейчас в кварте ), в терции услышим . В кварте — в терции .
И ещё. Сейчас у нас в квинте в секунду, в кварте в секунду. Если поднять тон си до в кварте , то в квинте услышим ровно .
Каждый настройщик замечал, что настраивая, к примеру, тон ре 1 в кварту к ля, частые биения мы слышим хорошо, а по мере приближения их к положенному одному биению в секунду приходится вслушиваться всё внимательнее, так как биения становятся более «размытыми». Что же получается — чем реже биения, тем они менее отчётливо слышны? Предлагаю рассмотреть один пример.
Правильно настроенная в малой октаве большая терция даёт около семи биений в секунду, которые слышны хорошо. Эта же терция, но октавой выше, даёт уже около 14 биений в секунду, которые слышны так же хорошо, как и терции в малой октаве. Теперь поднимем фа 1 на столько, чтобы терция давала такие же , как и терция в малой октаве. Биения терции в первой октаве стали заметно менее отчётливыми, с более размазанной атакой. Вроде бы по семь биений в секунду в обеих терциях, но в малой октаве терция «бьёт» чётче, острее. Что же изменилось? А вот что: разница в семь герц совпадающих гармоник у большой терции фа—ля в малой октаве будет означать разницу в 14 центов, а те же семь герц разницы совпадающих гармоник терции октавой выше означают разницу в 7 центов, в два раза меньше.
В центовом выражении разница совпадающих гармоник во всех интервалах всегда одинакова, в какой бы октаве эти интервалы ни находились. В кварте и квинте эта разница составляет около двух центов, в большой терции около 14 центов, а в большой сексте около 16 центов. Эта разница есть не что иное, как отклонение интервала от его «чистого» состояния, когда биений в интервале нет.
Получается, что чем больше центовая разница совпадающих гармоник, тем отчётливее слышны биения в интервале. Соотношение слышимости биений (кварта:терция:секста) = (1:7:8). Следовательно, по центовой разнице совпадающих гармоник самый комфортный интервал для прослушивания биений — большая секста. В сексте биения лучше слышны ещё и потому, что они октавно не совпадают с основными тонами интервала (5-я и 3-я гармоники).
Убедиться практически в лучшей слышимости биений сексты можно в следующем примере. Мажорный квартсекстаккорд включает в себя три интервала — кварту, большую сексту и большую терцию. В звучании аккорда биения этих трёх интервалов наслаиваются друг на друга:
До-мажорный квартсекстаккорд
с биениями всех трёх интервалов
Если вслушаться в до-мажорный квартсекстаккорд, то наиболее слышимые биения будут на си 2 (биения сексты ). Слабее будут биения на ми 3 (терция ). И практически не слышны в основной массе биения кварты на соль 2 .
Некоторые настройщики при темперировании пользуются квартами, квинтами и большими терциями, игнорируя большие сексты. А зря! Секста является очень удобным интервалом — как по точности, так и по слышимости биений.
Существует мнение, что терции — более чувствительные интервалы, чем кварты, соответственно настройка по терциям точнее. Это не совсем верно.
Изменение высоты основного тона на 5 центов повлечёт за собой такой же сдвиг на 5 центов всего гармонического столба, всех гармоник. Но если для основного тона 5 центов будет означать, к примеру, сдвиг на 1Гц, то вторая гармоника изменит свою частоту уже на 2Гц, третья гармоника — на 3Гц и т.д. При этом, повторюсь, весь гармонический столб сдвинется на одинаковые 5 центов. Тот же тон, но октавой выше, отреагирует на такое же изменение на 5 центов в два раза чувствительней — основной тон сдвинется на 2Гц, вторая гармоника на 4Гц, третья на 6Гц и т.д.
Более чувствителен тот интервал, у которого выше частоты совпадающих гармоник, а не их номера. И это не обязательно будет терция. Кварта даёт биения на ми 3 , и она будет чувствительнее терции , дающей биения на до# 3 .
Интервалы, входящие в состав минорного секстаккорда (кварта, большие терция и секста), дают биения на близких частотах, их можно назвать одинаково чувствительными. То есть, эти интервалы приблизительно равны в соотношении изменений «центы/частота биений». Взгляните на следующий нотный пример:
В этом ре-минорном примере заключены интервалы со сходной чувствительностью, которые дают биения на одном и том же тоне — ля 2 (A5). Это следующие интервалы: октава (биения на уровне 2:1), квинта , кварта , большая секста , большая терция , малая терция .
— Вы до сих пор считаете, что терции чувствительнее кварт? Тогда мы идём к вам!
В статье используются два вида буквенного написания нот. Например, кварта и кварта — это одна и та же кварта. В первом случае применяется нотация Гельмгольца со слоговой системой наименования ступеней, где ля — это Ля малой октавы, а ре 1 — это Ре первой октавы. Во втором случае применяется английская буквенная нотация, где , , , , , , . Цифра рядом с буквой означает октаву: , , большая октава, малая октава, первая октава, октава, октава, четвёртая октава, пятая октава. Английская буквенная нотация обычно используется в настроечных программах, удобна своей простотой и универсальностью.
Когда речь идёт о биениях в интервале, я использую выражение «совпадающие гармоники». Кто-то может возразить — какие же они совпадающие, если у них есть разница в герцах? Да, с акустической точки зрения назвать их совпадающими нельзя. Александр Владимирович Яновский предлагал называть эти гармоники интервалообразующими. Но я называю их совпадающими, и вот почему. Ля первой октавы имеет частоту 440Гц, но если частота её будет, к примеру, 442Гц, это всё равно будет Ля первой октавы. 435Гц — тоже Ля первой октавы. Гармоники для меня являются совпадающими, если они дают одноименные тоны. То есть здесь моя позиция — позиция музыканта, а не акустика.
Источник