Теория музыки с нуля
Быстрый путь от первой ноты до спектроанализатора: звук, высота, гаммы, аккорды и гармония, затем темперация, психоакустика, инструменты, синтез и БПФ. Во многих модулях есть интерактивные демонстрации.
Что такое звук?
Звук - это волна давления. Частота становится высотой, амплитуда - громкостью, а набор частот - тембром.
Колеблющаяся струна или столб воздуха толкает воздух вокруг себя. Эти изменения давления доходят до уха и становятся звуком. Частота волны (Гц) воспринимается как высота, а амплитуда - как громкость.
Настоящие инструменты - не чистые синусоиды. Они смешивают основной тон с обертонами, и эта смесь - тембр, поэтому скрипка и флейта на одной ноте звучат по-разному. Спектроанализатор показывает эту смесь в реальном времени.
Фаза говорит, где волна начинается в своём цикле. Сама по себе она почти не слышна, но определяет, как волны складываются: две одинаковые волны в фазе усиливаются, в противоположной - гасятся. На этом основаны интерференция, гребенчатая фильтрация и некоторые эффекты.
Звуку нужна среда. В вакууме звука нет, поэтому в космосе на самом деле тихо. В воздухе при комнатной температуре скорость около 343 м/с, и она растёт с температурой. У волны есть период: тон 440 Гц повторяется каждые 2,3 мс. Длина волны - скорость, делённая на частоту, поэтому 440 Гц в воздухе занимают около 78 см.
Держи слайдер или тяни волну: влево/вправо - частота, вверх/вниз - громкость.
Высота и громкость: как высоко и как громко
Высота - воспринимаемая частота звука, громкость - воспринимаемая амплитуда. Обе шкалы логарифмичны.
Высота - это то, насколько высоко или низко звучит звук. Молодое ухо слышит примерно от 20 Гц до 20 кГц; с возрастом диапазон сужается. Частота - физическая величина, измеряемая в циклах в секунду; высота - восприятие. A4 = 440 Гц - современная договорённость, а не закон: оркестры использовали 415, 430, 442 Гц и другие. A4 = 440 стандартизировали в XX веке.
Громкость - не амплитуда. Ухо наиболее чувствительно около 2-5 кГц, и звук может быть громким в децибелах, но тихим на слух. Кривые равной громкости описывают это; децибелы логарифмичны. Микс может звучать сбалансированно на одном уровне и тускло на другом.
Высота тоже логарифмична: октава удваивает частоту, а полутон умножает её на 21/12 = 1.0594630943592953. Центы делят полутон на 100 шагов, поэтому строи можно сравнивать с точностью до долей цента.
Длина волны также определяет, как звук распространяется: низкие ноты огибают препятствия, а высокие более направленны. Поэтому бас трудно локализовать, а тарелку - легко.
Октава: почему 220 Гц и 440 Гц звучат как одна нота
Октава - отношение частот 2:1. Ухо воспринимает эти две высоты как одну и ту же ноту в разных октавах.
Удвойте частоту - и вы подниметесь на октаву: 220 Гц, 440 Гц и 880 Гц - всё Ля. Верхняя волна завершает ровно два цикла за каждый цикл нижней, поэтому ухо объединяет их.
В стандартном строе октава делится на 12 полутонов. Поэтому названия нот повторяются через 12 клавиш пианино, а До первой октавы и До второй - обе До.
Нажми на ноту, чтобы услышать
Почему нот семь?
Обычно в гамме семь ступеней до повтора октавы. Это число следует из сложения простых интервалов, а не из закона физики.
В мажорной гамме семь нот до октавы: До, Ре, Ми, Фа, Соль, Ля, Си. Она строится из простейших отношений - октавы (2:1), чистой квинты (3:2) и чистой кварты (4:3). Если складывать квинты, семь ближайших к До нот - Фа, До, Соль, Ре, Ля, Ми, Си.
Семь - практичный компромисс: достаточно ступеней для мелодии, больше простых квинт, чем в пентатонике, и меньше, чем в хроматике из двенадцати. В других традициях пять, семь, двенадцать или больше. Мажорный шаблон: тон-тон-полутон-тон-тон-тон-полутон. Посмотрите гамму на доске.
До мажор · 7 нот · 6 квинт
Шесть квинт подряд дают семь диатонических нот; следующая квинта уже выходит за пределы тональности. Остальные пять нот - хроматика.
Длина струны: 1 · C4 · 261.6 Hz · 1:1
До, Ре, Ми: откуда взялись названия нот
Слоги До, Ре, Ми, Фа, Соль, Ля пришли из средневекового гимна; остальные пять нот записывают диезами и бемолями, потому что нотация построена на семиступенной гамме.
Гимн Ut queant laxis посвящён Иоанну Крестителю. Каждая строка начинается на ступень выше; первые слоги строк дали шесть нот гексахорда. Сегодня их называют До, Ре, Ми, Фа, Соль, Ля; изначально первым слогом был Ut.
Гвидо д’Ареццо использовал их как учебный приём в XI веке. Si появился позже, обычно из Sancte Ioannes; исходный Ut стал До в XVII веке, а в английской системе сольфеджио седьмая ступень - Ti. Посмотрите названия на доске.
Буквы A B C D E F G - это просто английский алфавит, наложенный на диатонику от Ля до Соль: Ля-Си-До-Ре-Ми-Фа-Соль образует натуральный минор от Ля. Поэтому До мажор на белых клавишах начинается с До, третьей буквы, а не с Ля.
Почему у семи нот есть имена, а у пяти - знаки альтерации
Знаки альтерации (от лат. alteratio - изменение) меняют записанную ноту: диез повышает её на полутон, бемоль понижает, бекар отменяет предыдущий знак, а дубль-диез и дубль-бемоль сдвигают на два полутона. Буква при этом остаётся той же: Фа-диез - это Фа, повышенная на полутон. Фортепиано делает асимметрию наглядной: семь белых клавиш в октаве образуют До-мажор и несут имена от A до G, а между ними стоят пять чёрных. Чёрные клавиши идут группами по две и три, потому что в мажорной гамме полутоны есть только между Ми-Фа и Си-До, и в этих парах клавиши между ними нет. Цвет - тоже условность: на некоторых старинных клавишных натуральные клавиши были тёмными, а альтерированные - светлыми. И соответствие это относительное: для До-мажора пять чёрных клавиш хроматические, но в Фа-диез мажоре большинство из них диатонические, а Ми-диез играется на белой клавише.
Нотный стан - диатоническая лестница: каждая линия и каждый промежуток между линиями соответствуют одной из семи букв. Гаммы, интервалы, аккорды и тональности строятся из этих ступеней, поэтому нотации важно показать, какая ступень изменена, а не просто какой из двенадцати звуков сыгран. Если бы у пяти хроматических нот были свои буквы, гамма перестала бы выглядеть как гамма: исчез бы зрительный рисунок шагов, а один и тот же звук нельзя было бы записать так, чтобы он соответствовал тональности. Поэтому пять нот записывают как изменения семи: До-диез или Ре-бемоль - в зависимости от контекста. В равномерном строе они звучат одинаково; в старых строях это были разные высоты, и поэтому различие сохранилось.
Записывайте по буквам, а не по полутонам. Семиступенная гамма использует каждую из семи букв один раз, по порядку, а альтерация меняет высоту. Ре-мажор - это D E F# G A B C#, а не D E Gb G A B Db: каждая буква встречается один раз, и гамма выглядит лестницей на стане. Фа-диез мажору нужен E#, а не F, До-диез мажору - B#, а в крайних тональностях появляются дубль-диезы и дубль-бемоли. То же правило действует для интервалов и аккордов: F# и Gb звучат на пианино одинаково, но первая - седьмая ступень Соль мажора, а вторая - четвёртая ступень Ре-бемоль мажора. Лад идёт в том же порядке от своей тоники: дорийский от D - это D E F G A B C. Хроматическая гамма - исключение: вверх обычно пишут диезы, вниз - бемоли, чтобы не повторять буквы без необходимости.
Первым знаком альтерации стал не диез, а бемоль. Средневековые певцы пользовались гексахордами - шестинотными моделями, - и гексахорду от Фа нужен был Си-бемоль, чтобы не было тритона с Фа. Поэтому у ноты Си появились две формы: b molle («мягкое b», круглое) и b durum («твёрдое b», квадратное). Из круглого b вырос знак бемоля, из квадратного и его вариантов обычно выводят знаки бекара и диеза. Немецкие Dur (мажор) и Moll (минор) до сих пор хранят эти названия. Остальные знаки распространились, когда музыка стала более хроматической.
В Средневековье и Возрождении исполнители добавляли и незаписанные альтерации - практика musica ficta: повышали вводный тон в каденции, понижали ноту, чтобы уйти от тритона. Когда тональностей и модуляций стало больше, композиторы начали выписывать эти знаки, а ключевые знаки собрали их в начале стана. Порядок диезов (Фа, До, Соль, Ре, Ля, Ми, Си) и бемолей (Си, Ми, Ля, Ре, Соль, До, Фа) - это квинтовый круг в другом обличье. Бекар нужен, чтобы отменить предыдущий знак внутри такта, а дубль-диезы и дубль-бемоли покрывают крайние модуляции. Всё это не закон природы, а нотация, построенная вокруг семиступенной гаммы.
Интервалы: расстояние между двумя нотами
Интервал - расстояние между двумя высотами, измеряемое в полутонах.
До-Соль - чистая квинта (7 полутонов); До-Ми - большая терция (4). У интервала есть номер и качество (большой, малый, чистый, увеличенный, уменьшённый). Консонантные интервалы, такие как октава и квинта, звучат устойчиво; секунды и септимы создают напряжение. Попробуйте их на доске.
Названия интервалов считают буквы, а не полутоны: терция охватывает три названия (До-Ре-Ми), кварта - четыре (До-Ре-Ми-Фа), квинта - пять (До-Ре-Ми-Фа-Соль). Поэтому квинта - это не пять полутонов, а семь. Качество (большая, малая, чистая) уточняет точный размер.
Тот же счёт по названиям работает в календаре: сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь означают седьмой, восьмой, девятый и десятый. В старом римском календаре год начинался с марта; январь и февраль добавили позже и со временем перенесли в начало, а старые названия остались. Поэтому месяцы с номерами 7-10 теперь стоят на местах 9-12, а квинта называется «пятой», хотя в ней семь полутонов.
Октава - это 1200 центов; каждый равномерный полутон - 100. Центы позволяют сравнивать строи: чистая квинта - около 702 центов, равномерная - 700; чистая большая терция - около 386, равномерная - 400. Логарифмический вид в демо располагает высоты по частоте, поэтому каждая октава занимает вдвое меньше ширины, чем предыдущая.
Тритон делит октаву пополам и позже получил прозвище diabolus in musica. Его не запрещали буквально; это красочная история, а не правило.
Средневековые теоретики считали терцию несовершенным консонансом: она годилась, но уступала по устойчивости квинте и октаве. Её статус вырос вместе с полифонией, а более чистые строи сделали терцию надёжной основой.
Интервалы обращаются: большая терция (4 полутона) плюс малая секста (8) дают октаву, поэтому обращение большой терции - малая секста. Одну и ту же ноту можно записать по-разному: До-диез и Ре-бемоль энгармоничны. Написание важно в нотации и гармонии, но не в звучании.
Выберите ноту, затем нажмите на интервал или деление шкалы. В «Очереди» без «Глушить» тоника звучит под второй нотой; «Глушить» обрывает её. «Логарифм» сжимает каждую октаву вдвое; ещё две октавы - только для наглядности и не играют.
C4 - G4 · Чистая квинта · Полутонов: 7 · 3:2
В пределах октавы
Вторая октава
Интерактивная версия ещё не готова. Текст работает и без неё.
Гаммы и лады: семь нот, много настроений
Гамма - шаблон шагов внутри октавы; измените один шаг, и настроение изменится.
Мажорная гамма - тон-тон-полутон-тон-тон-тон-полутон. Натуральный минор понижает третью, шестую и седьмую ступени. Лады используют те же семь нот от другой начальной точки: дорийский - минор с повышенной шестой, миксолидийский - мажор с пониженной седьмой. Послушайте их на доске.
Высоту можно представить пирамидой фильтров. В хроматике все двенадцать высот. Тональность выбирает тонику и лад и обычно оставляет семь из них; остальные пять становятся хроматическими альтерациями. Аккорд оставляет около трёх нот из семи, а мелодия выбирает одну ноту за раз. Каждый слой отсеивает возможности: тональность убирает пять нот, аккорд - четыре, а мелодия оставляет одну. Это иерархия устойчивости, а не запрет: мелодия может проходить через другие ноты, а аккорд - заимствовать ноты вне тональности, но оставшиеся ноты определяют тональность, аккорд и линию. Виджет ниже позволяет отфильтровать двенадцать нот до тональности, аккорда и одной ноты мелодии.
Другие гаммы решают другие задачи. Пентатоника убирает два полутона и звучит уместно почти где угодно; блюзовая добавляет пониженную квинту; гармонический минор повышает седьмую ступень для более сильного тяготения к тонике; целотоновая и октатоническая делят октаву равномерно и размывают тональность. Локрийский лад, построенный на седьмой ступени, - исключение среди ладов: его квинта над тоникой уменьшённая, поэтому устойчивого тонического трезвучия нет и в практике он редок. Ступени гаммы нумеруют 1-7, а рисунок тонов и полутонов придаёт каждой гамме характер.
Минор - не одна гамма. Натуральный минор использует ключевые знаки; гармонический минор повышает седьмую ступень, создавая вводный тон и увеличенную секунду между пониженной шестой и повышенной седьмой; мелодический повышает шестую и седьмую при движении вверх и обычно возвращается к натуральному виду вниз. Гармонический минор част в классике, металле и киномузыке; мелодический - в джазе, где он также служит основой нескольких ладов.
У ступеней есть названия и роли: тоника, надтоника, медианта, субдоминанта, доминанта, субмедианта и вводный тон. Третья ступень определяет мажор или минор, седьмая тянет к тонике, шестая окрашивает лад. Лад - не просто те же ноты с другой начальной точкой: важна характерная ступень. Повышенная шестая у дорийского, пониженная вторая у фригийского, повышенная четвёртая у лидийского и пониженная седьмая у миксолидийского делают лад узнаваемым. Рага и макам идут дальше: они задают восходящие и нисходящие линии, орнаменты и фразировку, а не только набор высот.
отфильтровано -5: C# · D# · F# · G# · A#
отфильтровано -4: D · F · A · B
отфильтровано -2: E · G
Нажмите на ноту аккорда, чтобы выбрать ноту мелодии. Последний слой - одна нота за раз, а не вся мелодия.
Аккорды: три ноты, которые звучат как одна
Аккорд складывает интервалы; трезвучие состоит из основы, терции и квинты.
Трезвучие строится из двух терций. До-мажор - До-Ми-Соль; До-минор - До-Ми-бемоль-Соль: одна нота меняет настроение. Уменьшённое (До-Ми-бемоль-Соль-бемоль) и увеличенное (До-Ми-Соль-диез) трезвучия неустойчивы. Обращения переносят другую ноту аккорда в бас; септаккорды добавляют четвёртую ноту и напряжение. Соберите их на доске.
Надстройки продолжают ряд: добавьте нону, ундециму или терцдециму для джазовых и киношных красок. Задержанные аккорды заменяют терцию на секунду или кварту, add9 сохраняет терцию и добавляет нону, а пауэр-аккорд - это только основа и квинта. Одни и те же ноты можно расположить по-разному: тесно, широко, разнести по октавам.
В тональности аккорды нумеруют римскими цифрами: I, ii, iii, IV, V, vi, vii. Заглавные - мажор, строчные - минор, значок ° - уменьшённый. Тоника (I) ощущается домом, субдоминанта (IV) уводит, доминанта (V) тянет обратно. Заимствованный аккорд из параллельного минора (например, iv в мажоре) добавляет внезапную тень.
В лейбл-листах аккорды записывают символами: C, Cm, C7, Cmaj7, Cm7, Csus4, Cadd9, C/E для обращения. Символ говорит, какие ноты допустимы, но не как их расположить. Доска показывает аппликатуры, а синтезатор даёт услышать расположение.
Гармония: как движутся аккорды
Гармония - это движение от одного аккорда к другому.
В тональной музыке тоника ощущается как дом, субдоминанта уводит, а доминанта создаёт напряжение. Каденции завершают фразы: V-I (автентическая), IV-I (плагальная), остановка на V (половинная), V-vi (прерванная). Прогрессии вроде I-V-vi-IV балансируют движение и покой. Попробуйте их на доске.
Голосоведение - искусство переходить от аккорда к аккорду малыми шагами. Держите общие тоны, ведите остальные голоса по ступеням, а бас пусть определяет обращение. Хорошее голосоведение делает простую прогрессию плавной; плохое расположение - мутной.
Функциональная гармония - карта напряжения. Побочные доминанты (V/V, V/ii) тонизируют аккорд, который не является тоникой; модуляция на время меняет домашнюю тональность. Заимствованные аккорды, неаполитанский (bII) и увеличенные сексты добавляют краску и тяготение. Квинтовый круг объясняет, почему движение по квинтам звучит сильно.
Модальная гармония работает иначе: аккорды строятся на нотах лада и не обязаны разрешаться в тонику. Джаз и киномузыка часто используют статические модальные остинато, квартовые расположения и надстройки. Регармонизация сохраняет мелодию и меняет аккорды под ней.
Контрапункт добавляет независимые линии. В строгом контрапункте голоса движутся в основном по ступеням, избегают параллельных квинт и октав и создают консонанс на сильных долях. В результате получается полифония: несколько мелодий одновременно, а не одна мелодия с аккордами.
Интерактивная версия ещё не готова. Текст работает и без неё.
Тоннец: аккорды как карта
Тоннец превращает гармонию в решётку: квинты идут в одну сторону, терции - в другую.
Тоннец (нем. Tonnetz, «сеть тонов») - карта, превращающая звуковысотные классы в решётку. Его использовал Леонард Эйлер в XVIII веке, развивали Артур фон Эттинген и Хуго Риман, а в конце XX века вернула неоримановская теория.
Горизонтальные шаги - чистые квинты (+7 полутонов), два диагональных направления - большие терции (+4) и малые терции (+3). Каждый треугольник - трезвучие: треугольник вверх - мажорный, вниз - минорный. Соседние треугольники делят ребро, то есть две ноты.
В этом общем ребре и смысл. Преобразования P (параллельное), R (родственное) и L (ведутоновое) переходят к соседнему треугольнику, меняя только одну ноту. Например, До-мажор (До-Ми-Соль) становится До-минором (До-Ми-бемоль-Соль) при понижении Ми. Цепочки таких шагов дают гексатонические и октатонические циклы.
В равномерной темперации решётка замыкается через двенадцать квинт, и карта становится тором. В натуральном строе она уходит в бесконечную спираль, потому что никакое число чистых квинт не равно числу октав. Нажмите на треугольник ниже, чтобы услышать трезвучие.
Выберите треугольник
Нажмите на треугольник, чтобы услышать трезвучие. Квинты идут горизонтально, терции - по диагоналям.
Квинтовый круг: карта тональностей
Квинтовый круг располагает двенадцать тональностей по чистым квинтам.
От До: Соль, Ре, Ля, Ми, Си, Фа-диез, До-диез, Соль-диез, Ре-диез, Ля-диез, Фа, снова До. Соседние тональности делят шесть из семи нот, поэтому шаг по кругу - плавная модуляция. Он же объясняет ключевые знаки: каждый шаг добавляет диез или убирает бемоль. Смотрите его на доске.
Внутренний круг сопоставляет каждой мажорной тональности параллельный минор: Ля-минор под До-мажором, Ми-минор под Соль-мажором и так далее. Одноимённый минор делит тонику, но не ключевые знаки, поэтому До-минор стоит на три шага против часовой стрелки, под Ми-бемоль мажором. Тритон стоит прямо напротив: До и Фа-диез, два полюса круга.
Ключевые знаки - это круг, записанный нотами. По часовой стрелке от До мажора добавляется один диез в порядке Фа, До, Соль, Ре, Ля, Ми, Си; против часовой - один бемоль в обратном порядке Си, Ми, Ля, Ре, Соль, До, Фа. Параллельный минор на три полутона ниже мажора и делит с ним ключевые знаки: у Ля минора знаков нет, у Ми минора один диез, у Ре минора один бемоль. Одноимённый минор сохраняет тонику, но добавляет три бемоля, поэтому До минор стоит не рядом с До мажором, а под Ми-бемоль мажором.
Энгармонические тональности встречаются внизу: Си мажор и До-бемоль мажор звучат на пианино одинаково, как Фа-диез мажор и Соль-бемоль мажор, До-диез мажор и Ре-бемоль мажор. Композитор выбирает запись, которая делает голоса и связи тональностей читаемыми. Модуляция часто идёт к соседу по кругу, к параллельному минору или через общий аккорд-посредник; скачок в далёкую тональность требует моста. Круг - карта расстояний, а не свод правил.
Круг - карта, а не правило. Музыка может двигаться секундами, терциями или хроматическими шагами, а модальная может вообще не утверждать тонику. Но квинтовое движение настолько обычно, что звучит как гравитация. Смотрите его на доске и в квинтовом круге выше.
Темперация: почему пианино немного расстроено
Чистые интервалы не укладываются в октаву точно; равномерная темперация жертвует чистотой ради свободы модуляции.
Двенадцать чистых квинт 3:2 не дают ровно семь октав; разница - пифагорейская комма, около 23,5 цента. Равномерная темперация делит октаву на двенадцать равных полутонов, поэтому каждая квинта примерно на два цента ниже. Любая тональность становится доступной, но идеально чистой остаётся только октава.
История - череда компромиссов. Пифагорейский строй складывал чистые квинты и давал чистые кварты и квинты, но резкие терции. Натуральный строй настраивал большую терцию в 5:4, и аккорды становились сладкими в одной тональности. Средний тон сужал квинты ради чистых терций, но оставлял волчью квинту. Хорошие темперации распределяли ошибку неравномерно: все тональности работали, но у каждой был свой цвет. Равномерная темперация, известная в Китае и описанная в Европе около 1600 года, стала стандартом вместе с пианино в XIX веке.
Пианино ещё и растянуто. Жёсткие струны колеблются не в точных целых кратностях: их обертоны немного повышены, и эффект растёт в верхнем регистре. Настройщики расширяют октавы вслед за этой негармоничностью, поэтому бас звучит чуть ниже, а верх - чуть выше. Получается кривая Райлсбека, а не прямая линия.
Темперация слышна. Чистая квинта не даёт биений; равномерная квинта бьётся медленно. Чистая большая терция спокойна; равномерная терция заметно бьётся - примерно десять раз в секунду в районе До первой октавы. Спектроанализатор показывает близкие пики, а виджет темперации ниже позволяет сравнить чистые, натуральные и равномерные квинты.
На практике музыканты настраиваются под ансамбль, зал и музыку. Струнные квартеты используют выразительную интонацию, певцы подстраиваются под гармонию, а гамелан намеренно настраивает инструменты парами. Единого правильного строя нет, есть выбор компромиссов.
Зазор увеличен. Чистые квинты не попадают в октаву из-за пифагорейской коммы; равномерная темперация распределяет ошибку по всем двенадцати квинтам.
Строй в разных традициях
Двенадцать равных полутонов - одно из решений, а не единственное.
Двенадцать равных полутонов - одно из решений, а не единственное. Индийская классическая музыка использует двенадцать свара, но пространство между ними трактует как непрерывное; украшения вроде минда и гамак скользят и качаются вокруг записанной высоты. Теоретические 22 шрути описывают более тонкие деления, а не фиксированную клавиатуру.
Арабский макам и турецкий макам используют интервалы, не кратные полутону, включая нейтральные терции. Ухо учит эти интервалы как гаммы со своим характером. Индонезийский гамелан использует слендро (пять примерно равных шагов) и пелог (семь неравных); парные инструменты настраивают чуть по-разному, и возникает мерцающее биение.
Китайская, японская, тайская, западноафриканская и андская традиции имеют свои строи и тембры. Блюз использует подтяжки и пониженную квинту, которые лежат между фортепианными клавишами. Ни одна из этих систем не является неудачной версией равномерной темперации; каждая отвечает на свою музыкальную задачу.
Записи распространили равномерную темперацию, но не стёрли остальные. Один трек может смешать перестроенный синтезатор, мелодию макама и сэмпл гамелана. Слушать другие системы - самый быстрый способ понять, что строй - это выбор, а не закон природы.
Ритм: пульс, размер и грув
Ритм организует звук во времени: пульс, размер и деления.
Пульс - это доля; темп - её скорость в BPM. Размер группирует доли в такты (4/4, 3/4, 6/8). Деления, синкопы и свинг создают грув, а ритм работает и без высоты. В редакторе кривых есть сетка долей и темп.
Размер - это иерархия, а не просто счёт. В 4/4 первая доля сильнейшая, третья - следующая; в 3/4 ведёт первая. Синкопа акцентирует слабые доли или офбиты, а свинг задерживает вторую восьмую каждой пары. Мозг ещё и предсказывает следующую долю, поэтому уместная пауза или пропущенный удар могут ощущаться так же сильно, как звук.
Темп измеряется в BPM, но воспринимаемая скорость зависит и от делений, и от плотности. Плотный трек на 90 BPM может казаться быстрее разреженного на 120.
Сетка - ещё не грув. Музыканты играют чуть впереди или позади доли: свинг задерживает слабые восьмые, фанк акцентирует первую долю и офбиты, а небольшие отклонения по времени и силе удара не дают лупу звучать механически. В DAW квантизация - отправная точка, а не финиш.
Ритм может наслаивать разные сетки. Полиритмия соединяет два конфликтующих деления, например три против двух; гемиола сдвигает акцент так, что два такта по три ощущаются как три по два. Метрическая модуляция меняет темп, переосмысливая длительность как новую долю. Эти приёмы часты в западноафриканской барабанной музыке, джазе, прогрессив-роке и drum and bass: тело держит один пульс, а ухо следует за другим.
Интерактивная версия ещё не готова. Текст работает и без неё.
Мелодия: линия на переднем плане
Мелодия - последовательность высот и ритмов, которую ухо ведёт как одну линию.
Мелодия - не просто гамма: контур, ритм, повтор и фразировка делают её запоминающейся. Шаги звучат плавно, скачки - драматично, и скачок обычно уравновешивается шагом в обратную сторону.
Мотив - короткая идея; фраза - музыкальное предложение; период соединяет фразу-вопрос с фразой-ответом. Секвенции повторяют рисунок на новой высоте. Обращение, ракоход и увеличение меняют мотив, не теряя его узнаваемости.
Мелодическое напряжение создают неаккордовые звуки. Проходящий звук заполняет шаг, вспомогательный возвращается, апподжиатура попадает на сильную долю и разрешается, а задержание держит ноту через смену аккорда. Слушатель слышит мелодию вместе с гармонией, а не отдельно.
Хороший тест - спеть. Если мелодия поётся, её контур и ритм ясны. Транспозиция переносит мелодию в другую тональность, не меняя форму; ухо узнаёт интервалы, а не абсолютные частоты. Нарисуйте мелодию кривой в редакторе vectoriano.
Форма: как построено произведение
Форма - крупный план: повтор, контраст и возвращение.
Форма - это то, как идеи повторяются, контрастируют и возвращаются во времени. Мельчайшие единицы - мотив и фраза; фразы складываются в периоды и разделы. Форма - карта напряжения и разрядки.
Двухчастная форма - A-B; трёхчастная - A-B-A; рондо - A-B-A-C-A. Сонатная форма включает экспозицию, разработку и репризу, часто с вступлением и кодой. Вариации сохраняют тему и меняют её. Популярная музыка использует куплет-припев, строфическую форму и 12-тактовый блюз.
Повтор делает произведение понятным, контраст - интересным, возвращение - завершённым. Пропорции важны: долгому нарастанию нужна развязка, короткому лупу - небольшие изменения. Электронная музыка часто работает слоями, которые входят и уходят, а не аккордовыми прогрессиями.
Форма - не внешний контейнер. Она вырастает из материала: мотив подсказывает секвенцию, фраза - ответ, кульминация - место, где пора остановиться. Слушайте момент, когда музыка меняет направление, и спрашивайте себя, что изменилось.
Нотная запись: как музыка попадает на бумагу
Партитура - компактная запись музыки: нотный стан, ключ, головки нот и штили.
У нотного стана пять линий; ключ задаёт, какая линия какой ноте соответствует. Головки нот дают высоту, штили и рёбра - ритм. Ключевые знаки показывают, какие ноты повышены или понижены; размер задаёт метр. Пиано-ролл - та же идея на сетке.
Ключи - это точки отсчёта. Скрипичный ключ - ключ Соль: его завиток обвивает вторую линию снизу, поэтому эта линия - G4. Басовый ключ - ключ Фа: две точки охватывают вторую линию сверху, F3. Ключи До указывают на среднее До: альтовый ставит его на третью линию, теноровый - на четвёртую, а редкие сопрановый, меццо-сопрановый и баритоновый переносят его на другие линии. Линии снизу вверх: E G B D F в скрипичном, G B D F A в басовом, F A C E G в альтовом и D F A C E в теноровом; промежутки заполняют буквы между ними. Среднее До (C4) - одна добавочная линия под скрипичным станом и одна над басовым, а добавочные линии продлевают лестницу вверх и вниз. Виджет ниже позволяет менять ключ, ноту, знак альтерации и длительность. На доске те же высоты показаны на клавиатуре и грифе.
Знак альтерации действует до конца такта на этой линии или в этом промежутке; бекар отменяет его, а ключевые знаки действуют во всех октавах. Аккорды записывают стопкой головок, обычно по терциям: у всего аккорда один штиль, а знаки альтерации стоят столбцом слева. В основном виде нижняя нота - основной тон; обращение переносит терцию или квинту вниз. Символ над станом называет гармонию, а не точное расположение. Направление штиля обычно задаёт нота, дальше всего отстоящая от средней линии, и весь аккорд использует одно направление.
Большой стан объединяет скрипичный и басовый ключи для пианино. Добавочные линии расширяют стан, случайные знаки повышают или понижают ноту до конца такта, а лиги соединяют длительности через тактовые черты. Динамика (p, f, крещендо), артикуляция (стаккато, легато, акцент) и обозначения темпа говорят исполнителю, как должны звучать ноты.
У ритма своя арифметика. Целая нота в 4/4 длится четыре доли, половинная - две, четвертная - одну, восьмая - полдоли. Форма головки и штиль кодируют длительность: у целой ноты нет штиля, половинная - пустая, четвертная - заполненная, восьмая добавляет флажок. Точка добавляет половину длительности, а триоль укладывает три ноты туда, где обычно две. Паузы - тишина с теми же длительностями. Лиги соединяют ноты через тактовые черты; рёбра группируют восьмые и шестнадцатые, чтобы была видна доля. Партитура ещё и карта метра: размер говорит, сколько долей и какая длительность получает долю, а группировка показывает деление.
Ноты пишут и для транспонирующих инструментов. Кларнет или труба in B (Си-бемоль) читают До, а звучат Си-бемоль; валторна in F читает До, а звучит Фа; пикколо звучит на октаву выше написанного, контрабас - на октаву ниже. Партитура транспонирует, чтобы музыкант пользовался привычной аппликатурой. Ключи решают ту же задачу для регистра: скрипичный, басовый, альтовый и теноровый. Генерал-бас эпохи барокко записывает только бас и цифры интервалов над ним; клавишник достраивает аккорды.
Гитара и бас используют табулатуру: линии струн и цифры ладов. Ударные записывают на сетке линий. В DAW пиано-ролл показывает высоту по вертикали и время по горизонтали, а сила удара и автоматизация идут отдельными дорожками. Всё это инструкции, а не сам звук.
Ключ задаёт линии. До первой октавы сидит на первой добавочной линии под скрипичным станом и над басовым; альтовый и теноровый ключи ставят её на средние линии. Диез повышает, бемоль понижает, бекар отменяет.
Тембр: почему инструменты звучат по-разному
Тембр - то, почему скрипка и флейта на одной ноте звучат по-разному.
Тембр складывается из набора обертонов, шумовой составляющей и огибающей. У флейты сильный основной тон и мало обертонов; у скрипки плотный обертоновый ряд; у малого барабана в основном шум. Атака и затухание важны не меньше спектра. Меняйте его в синтезаторе.
Колеблющаяся струна или столб воздуха поддерживает гармонический ряд: целые кратные основного тона. Относительная сила этих обертонов - спектральная огибающая. Кларнет как закрытая труба подавляет чётные обертоны и звучит поло; смычок скрипки возбуждает широкий спектр; флейта выделяет низкие обертоны. Седьмой обертон примерно на 31 цент ниже равномерной малой септы; квартеты барбершопа настраивают такой аккорд на слух и получают заметно другой оттенок.
Резонансы меняют спектр дальше. У голосового тракта есть форманты - фиксированные области частот, которые делают гласные похожими на а, э, и, о, у. Корпус скрипки или гитары имеет свои резонансы. Медные инструменты становятся ярче, когда музыкант плотнее сжимает губы и увеличивает амплитуду.
Шум и переходные процессы несут информацию. Шипение смычка, дыхание, щелчок медиатора и дребезг малого барабана говорят, чем сделан звук. Спектрограмма показывает шум широкой полосой, а атаку - вертикальной полосой. Если убрать атаку, знакомый инструмент можно не узнать.
Негармоничность добавляет характер. У колоколов, гонгов и жёстких фортепианных струн обертоны не точные кратные. Поэтому колокол звучит как колокол, а не как флейта. Аддитивный синтез может скопировать любой спектр; субтрактивный формирует его фильтрами; FM создаёт новые боковые полосы.
Семейства инструментов: как рождается звук
Оркестр группирует инструменты по способу извлечения звука.
Струнные звучат от смычка, щипка или удара; деревянные духовые гонят воздух через трубку или трость; медные заставляют вибрировать губы; ударные бьют или трясут. Клавишные, голос и электронные инструменты дополняют картину. Система Сакса-Хорнбостеля сортирует инструменты по вибрирующему материалу: идиофоны, мембранофоны, хордофоны, аэрофоны и электрофоны. Играйте на них на доске.
Название семейства говорит, что вибрирует, но форму звуку придаёт корпус. Струна скрипки сама по себе тихая; подставка и деревянный корпус излучают звук и добавляют резонансы. Воздушный столб флейты, трость и трубка кларнета, губы и медь трубы, мембрана барабана - все они связывают источник колебаний с резонатором. Высота управляется длиной, натяжением или аппликатурой, громкость - энергией; резонансы инструмента определяют тембр.
Инструменты строят под диапазоны и роли. Пикколо звучит на октаву выше написанного, контрабас - на октаву ниже, гитара - на октаву ниже скрипичного стана; транспонирующие инструменты пишут в удобной тональности. Оркестровка балансирует эти диапазоны: струнные несут основу и могут нарастать или мерцать, деревянные духовые дают соло и краску, медь добавляет вес и блеск, ударные отмечают ритм и кульминации. Дублирование в октаву или унисон меняет краску не меньше, чем громкость.
Голос - первоначальный инструмент: лёгкие дают воздух, голосовые складки колеблются, а горло, рот и нос фильтруют результат в гласные и согласные. Диапазон и тесситура зависят от певца, а форманты помогают голосу прорезать оркестр. Электронные инструменты заменяют резонатор схемой или алгоритмом, но вопросы остаются те же: что колеблется, что фильтрует и как огибающая формирует звук?
Психоакустика: как слышат ухо и мозг
Слух - не микрофон: ухо сжимает, маскирует, группирует и локализует звук. Два уха превращают крошечные различия во времени и уровне в объёмную сцену.
Слух - не микрофон. Ухо сжимает громкость, маскирует тихие звуки и группирует частоты в критические полосы. Два тона внутри одной критической полосы интерферируют и звучат шероховато; тоны в разных полосах слышны как разные высоты. Это сенсорная основа шероховатости.
Маскировка скрывает звуки. Громкий низкий тон может сделать тихий высокий неслышимым, а переходный процесс маскирует звук, который идёт следом. Поэтому микс может звучать ясно отдельно и мутно в плотной аранжировке. Кривые равной громкости объясняют, почему бас и верх кажутся слабыми на малой громкости.
Мозг достраивает недостающее. Отсутствующий основной тон позволяет слышать низкую высоту по обертонам, даже если самого основного тона нет. Тон Шепарда кажется бесконечно поднимающимся, потому что его обертоны замыкаются по спектру. Эквивалентность октав группирует частоты по отношению 2:1. Слух также разделяет потоки: в шумной комнате вы можете следить за одним голосом и отключать остальные - это эффект коктейльной вечеринки.
Пороги различения малы, но не нулевые: обученный слушатель замечает изменение высоты примерно на 5-10 центов, громкости - около 1 дБ, а разницу во времени - в несколько миллисекунд. Восприятие зависит от контекста, ожидания и тренировки. Консонанс - не одно число: шероховатость, гармоничность, привычка и культура складываются вместе.
Два уха, одна сцена
Мозг сравнивает сигналы двух ушей. Звук слева доходит до левого уха раньше и звучит там громче; правое слышит его позже и тише. Разница во времени - не больше примерно 0,7 мс, а разница в уровне растёт на высоких частотах, потому что голова отбрасывает звуковую тень. Дуплексная теория говорит, что мозг использует разницу во времени в основном ниже примерно 1,5 кГц, где фаза волны однозначна, а разницу в уровне - выше, где длина волны достаточно мала, чтобы голова её заслоняла.
Лево и право - только начало. Складки ушной раковины работают как фильтр, зависящий от направления: звук сверху, снизу, спереди или сзади входит в слуховой канал с разным рисунком пиков и провалов. Эта передаточная функция головы (HRTF) даёт подсказки для высоты и передне-заднего положения. Одних времени и уровня мало: остаётся конус неоднозначности, где перед и зад дают почти одинаковые сигналы; спектральная форма ушной раковины и небольшие повороты головы разрывают эту неопределённость. Поэтому мы поворачиваем голову, когда не уверены, и поэтому пространственный звук с отслеживанием головы кажется более устойчивым, чем фиксированный микс.
Расстояние - отдельный расчёт. Близкий источник громче, приходит с большим количеством высоких частот (воздух поглощает верх на расстоянии) и имеет больше прямого звука по отношению к реверберации. Дальний источник тише и «влажнее». Мозг использует и знакомство: у знакомого голоса или инструмента есть ожидаемая громкость, поэтому тихая запись всё равно может казаться близкой. Помогает и движение: у близкого источника угол меняется быстрее.
Стерео - это трюк
Стерео не записывает объёмную сцену; оно записывает два канала и позволяет мозгу построить сцену. Если одинаковый сигнал идёт из двух колонок, вы слышите фантомный источник посередине. Сдвиньте звук, сделав одну колонку громче, - и образ уйдёт к ней; задержка в несколько миллисекунд делает то же самое, но ещё и фильтрует сумму. Помогает эффект предшествования: первый фронт побеждает, поэтому задержанная колонка может быть громкой, не утаскивая образ от первой, - в пределах примерно 30 мс, пока два сигнала сливаются в один.
Стерео - не бинауральный звук. С колонками каждое ухо слышит оба канала и комнату; с наушниками каждое ухо слышит один канал, и комната исчезает. Бинауральная запись делается с манекеном или через HRTF и рассчитана на наушники; на колонках она часто схлопывается. Фаза - вторая ловушка: противофазный материал звучит широко, но исчезает в моно, и первыми страдают низкие частоты. Поэтому многие миксы держат бас в моно и проверяют моно-совместимость. Два канала кодируют в основном лево-право; высота и задняя полусфера выводятся из спектра и реверберации, так что стерео - двумерная проекция трёхмерной сцены.
Демо ниже позволяет двигать источник вокруг головы и сравнивать HRTF с панорамированием только уровнем.
Неочевидные эффекты
Маскировка асимметрична: громкий низкий тон скрывает тихий высокий лучше, чем наоборот, поэтому бас может «съесть» вокал. Она работает и назад, и вперёд по времени: переходный процесс может замаскировать звук за десятки миллисекунд до себя и на пару сотен миллисекунд после. Иллюзия непрерывности идёт в другую сторону: когда звук прерывается более громким шумом, мозг заполняет паузу, и вы слышите один непрерывный звук.
Зрение захватывает слух. В эффекте вентрилоквизма голос следует за ртом куклы; в эффекте МакГурка видимый слог меняет тот, который вы слышите. Свой голос - отдельный случай: обычно вы слышите его частично через костную проводимость, которая добавляет низ и внутренний резонанс, поэтому запись, доходящая только по воздуху, кажется тоньше и страннее. Мозг ещё и учится: с новыми наушниками или новой HRTF локализация адаптируется за дни, а пространственный звук можно персонализировать, измерив ваши уши.
Нажмите и удерживайте на поле и ведите источник вокруг головы; отпустите, чтобы остановить. Если вести к голове, тон немного повышается, если от неё - понижается. Можно провести через центр. Тяните правой кнопкой по полю, чтобы менять частоту: вправо или вверх - выше, влево или вниз - ниже. HRTF добавляет временные и спектральные подсказки, поэтому перед и зад различаются; панорамирование только уровнем двигает звук лишь влево-вправо. В наушниках эффект слышно лучше; HRTF индивидуален.
Эффект Доплера: почему сирена меняет высоту
Движение меняет расстояние между фронтами волн: приближающийся источник звучит выше, удаляющийся - ниже.
Когда источник движется к вам, каждый следующий фронт волны испускается из точки ближе к вам, поэтому длина волны укорачивается, а слышимая частота растёт. Когда источник удаляется, фронты растягиваются и высота падает. Для неподвижного слушателя сдвиг описывает формула f' = f · c / (c - v), где f - испускаемая частота, c - скорость звука, а v - составляющая скорости источника вдоль линии к слушателю. Важна только эта составляющая: источник, пересекающий ваш взгляд на большой скорости, в точке наибольшего сближения не имеет радиальной скорости, и высота там проходит через исходное значение.
При скорости звука 343 м/с автомобиль на 30 м/с (108 км/ч) с гудком 440 Гц приближается с частотой около 482 Гц, а после проезда звучит около 405 Гц. Разница - примерно 78 Гц, почти три полутона. Чем быстрее источник, тем больше сдвиг; при приближении к скорости звука формула растёт круто, а источник, превысивший её, создаёт ударную волну - звуковой удар.
Эффект используют для измерения движения. Доплеровский радар следит за дождём и самолётами, дорожный радар измеряет скорость автомобилей, медицинское УЗИ - кровоток, а астрономы по доплеровскому сдвигу звёздного света ищут экзопланеты. В астрономии космологическое красное смещение в основном связано с расширением пространства, а не с эффектом Доплера, хотя движение звезды или галактики добавляет доплеровскую составляющую.
Для света классической формулы мало: релятивистский эффект Доплера учитывает замедление времени и даёт красное смещение при удалении и синее при приближении. На обычных скоростях разница мала. Для звука эффект слышен как плавное глиссандо при проезде; мозг использует изменение высоты как подсказку о движении. В играх и кино доплеровский сдвиг добавляют проезжающим машинам и самолётам, чтобы движение ощущалось настоящим.
Демо ниже отправляет тон 440 Гц мимо слушателя. Меняйте скорость и следите за расходящимися фронтами волн: при 343 м/с их края сходятся в линию, а выше образуется ударный конус.
Нажмите «Играть», чтобы тон 440 Гц прошёл мимо слушателя туда и обратно. Источник движется по экрану с постоянной скоростью; ползунок меняет его физическую скорость и фронты волн. Волны постепенно становятся прозрачными, отходя от источника. До Маха 1 круги сгущаются впереди; при 343 м/с их края сходятся в линию, а выше образуется ударный конус. Выше Маха 1 источник молчит, пока его ударная волна не дойдёт до слушателя; затем слышен хлопок и падающий тон.
Шероховатость: почему некоторые интервалы звучат резко
Сенсорный диссонанс максимален, когда два обертона близки настолько, чтобы мешать, но не настолько, чтобы слиться.
Сенсорный диссонанс - не то же самое, что музыкальный. Два чистых тона звучат шероховато, когда их частоты достаточно близки, чтобы интерферировать, но достаточно далеки, чтобы бить с слышимой скоростью. Шероховатость максимальна, когда расстояние около четверти критической полосы, и падает до нуля при унисоне и при широком разведении.
Пломп и Левелт измерили эту кривую в 1965 году. Сетарес превратил её в модель для сложных тонов: каждая пара обертонов даёт шероховатость, взвешенную по амплитуде, и вклады суммируются. Это объясняет, почему октава или квинта глаже малой секунды и почему колокол может звучать шероховато даже на простом интервале.
Кривая зависит от регистра и тембра. На низких частотах критическая полоса узкая в герцах, поэтому малые интервалы шероховатее; на высоких тот же интервал занимает меньше критических полос и звучит глаже. У звука с многими сильными обертонами больше шансов создать близкие пары. Поэтому дисторшн может сделать аккорд резче.
График ниже показывает шероховатость двух тонов от примы до октавы. С одним обертоном видна чистая кривая Пломпа-Левелта; с несколькими обертонами появляются локальные минимумы на простых отношениях. Двигайте основную частоту, меняйте число обертонов и нажмите и удерживайте кривую, чтобы услышать интервал.
Это модель, а не приговор: музыкальный контекст может сделать шероховатый интервал красивым, а гладкий - скучным.
1 обертон - чистая синусоида. Нажмите и удерживайте кривую или ползунок: два тона звучат, пока вы ведёте. Тяните правой кнопкой по графику, чтобы менять основу и обертоны.
MIDI и MPE: управление звуком числами
MIDI передаёт команды, а не аудио; MPE даёт каждой ноте собственное выражение.
MIDI отправляет note on/off, силу нажатия, изгиб высоты и изменения контроллеров; синтезатор превращает их в звук. Шестнадцать каналов несут шестнадцать партий. MPE даёт каждой ноте свой канал, поэтому высота, давление и тембр могут двигаться отдельно для каждой ноты. Попробуйте в drifter и vectoriano.
MIDI намеренно грубый: номера нот, скорость нажатия и значения контроллеров - 7-битные, от 0 до 127. Нота 69 - это A4, а скорость нажатия - не громкость: синтезатор может связать её с громкостью, яркостью или с обоими. Контроллер может нести педаль, ручку или датчик дыхания.
MIDI 1.0 появился в 1983 году как последовательный протокол на пятиконтактных кабелях DIN и до сих пор повсюду. Кабель передаёт сообщения со скоростью 31,25 кбит/с; каналы 1-16 могут адресовать разные инструменты, а дорожка в DAW - это контейнер событий, а не канал. Program change выбирает патч, control change двигает ручку или педаль, pitch bend - 14-битное значение, а clock или timecode синхронизируют устройства. General MIDI закрепил 128 названий программ и карту ударных, чтобы файл звучал примерно одинаково на разном оборудовании.
Ограничения заложены в конструкции. Семи бит мало для плавных фейдов; один кабель может захлебнуться от плотных данных контроллеров; сообщения note on/off могут приходить с задержкой или джиттером. MPE обходит ограничение каналов, давая каждой ноте свой канал, а зоне - мастер-канал. MIDI 2.0, стандартизированный в 2020 году, добавляет 16-битное разрешение, контроллеры для каждой ноты, профили с описанием возможностей инструмента и обмен свойствами; он умеет переводить сообщения в MIDI 1.0 для старого оборудования. Ни одна версия не передаёт аудио: звук рождается в синтезаторе, а задержка зависит от интерфейса, драйвера и буфера.
Огибающие ADSR: форма ноты
Огибающая меняет параметр во времени; ADSR называет четыре стадии: атака, спад, удержание и отпускание.
Огибающая - это управляющий сигнал, который меняет параметр во времени. В синтезаторе она обычно управляет громкостью, но может открывать фильтр, изгибать высоту или модулировать что угодно. ADSR - классическое описание из четырёх стадий. Некоторые инструменты добавляют стадию удержания (DAHDSR) или позволяют рисовать произвольную многостадийную огибающую, но четырёх стадий хватает для большинства звуков.
Атака - время от тишины до пика. Спад - падение до уровня удержания. Удержание - уровень, который держится, пока клавиша нажата, а не время. Отпускание - затухание после снятия клавиши. Короткая атака и спад звучат ударно; долгие атака и отпускание - как пэд.
Одни и те же четыре числа дают очень разные результаты. У щипковой струны быстрая атака, быстрый спад и почти нет удержания; у органа быстрая атака, нет спада и полное удержание; у смычкового пэда медленная атака и долгое отпускание. Огибающая часто важнее формы волны.
Огибающие нужны не только для громкости. Огибающая фильтра заставляет звук открываться и закрываться; огибающая высоты делает удар или лазер. В DAW форму огибающей рисуют автоматизацией или фейдами клипа. Атака - сильный признак узнаваемости: уберите её, и знакомый инструмент может стать абстрактным.
Настройте четыре стадии в виджете ниже и сыграйте ноту. График показывает форму, а звук следует за ней. Попробуйте короткую атаку с долгим отпусканием, затем наоборот. В синтезаторе есть полный редактор ADSR.
Двигайте ползунки или точки A/D/S/R на графике. Точка S двигается в двух направлениях: по вертикали задаёт уровень удержания, по горизонтали - время удержания. При выключенном Play изменение один раз проигрывает огибающую. Выставьте время удержания и нажмите Play, чтобы она повторялась до Стоп.
Методы синтеза: синусоиды, фильтры, FM и волновые таблицы
Четыре способа собрать звук: сложить синусоиды, отфильтровать, промодулировать несущую или просканировать таблицы.
Аддитивный: звук из синусоид
Любой периодический звук - сумма основного тона и его обертонов (ряд Фурье). Аддитивный синтез делает эту сумму явной: отдельный генератор и уровень для каждого обертона; орган Хаммонда - знакомый пример. Это точно, но дорого. Пила - крайний случай: все обертоны с амплитудой 1/n, поэтому она естественная отправная точка субтрактивного синтеза. Редактируйте обертоны в синтезаторе.
Субтрактивный: звук под фильтром
У пилы или прямоугольной волны много гармоник. Фильтр нижних частот срезает верхи; резонанс подчёркивает срез. Классический путь - генератор, фильтр, усилитель, с огибающими и LFO. Так до сих пор устроено большинство виртуально-аналоговых синтезаторов. Попробуйте синтезатор.
FM: звук 1980-х
Один генератор - несущий, другой - модулирующий. Отношение задаёт расстояние между боковыми полосами, глубина - яркость. Одна пара может дать колокола, медь или электропиано. DX7 сделал FM повсеместным в 1980-х.
Волновые таблицы и гранулы
Волновой синтез сканирует таблицу одноцикловых волн, меняя спектр во времени. Гранулярный синтез проигрывает короткие зёрна с новой скоростью, плотностью и высотой, растягивая время или замораживая момент. Оба созданы для эволюционирующих цифровых текстур.
Эффекты: пространство, время и грязь
Эффекты обрабатывают сигнал после инструмента: пространство, время и грязь.
Реверберация и дилей добавляют пространство и повторы; хорус и флэнжер уплотняют модулированными копиями; дисторшн добавляет гармоники; компрессия управляет динамикой. Сухой звук кажется близким, влажный - далёким. Эффекты - ещё и инструмент звукового дизайна.
Реверберация и дилей - два способа поместить звук в пространство. Реверберация - плотное облако отражений; предзадержка отделяет прямой звук, время затухания задаёт длину хвоста, а ранние отражения - размер помещения. Дилей повторяет сигнал через заданное время; обратная связь определяет число повторов, а привязанная к темпу пунктирная восьмая - поп-стандарт. Пластинчатый или пружинный ревербератор - механический, со своим характером; свёрточный использует запись реального помещения.
Модуляционные эффекты двигают короткую задержку. Хорус медленно и мягко модулирует копию, чтобы уплотнить звук; флэнжер использует более короткую задержку и обратную связь для реактивного свиста; фазер двигает не задержку, а провалы. Дисторшн срезает вершины волны и добавляет гармоники: овердрайв мягкий, дисторшн жёстче, фузз - крайний случай, а фильтр усилителя или кабинета формирует результат. Компрессия уменьшает динамический диапазон порогом, отношением, атакой и отпусканием; она склеивает микс, помогает вокалу сесть или приглушает бас под бочкой через сайдчейн.
Эквалайзер - самый тихий эффект и часто самый важный: фильтр верхних частот убирает гул, узкий срез - резонанс, полка добавляет воздух или вес. Порядок важен. Компрессор перед реверберацией меняет дыхание хвоста; реверберация перед дисторшном превращает хвост в новый звук. В миксе эффекты создают глубину: сухие и яркие звуки выходят вперёд, влажные и тёмные отступают. Слушайте их в контексте, а не соло, и проверяйте моно-сумму.
Звуковой дизайн: райзеры, импакты и вжухи
Звуковой дизайн создаёт звуки, которые рассказывают историю: райзеры, импакты, вжухи.
Райзер сочетает восходящий свип высоты, шум и открывающийся фильтр. Импакт собирает саб-удар, щелчок в середине и хвост реверберации. Вжух - это отфильтрованный шум, движущийся по стереополю. Слои, высота и громкостные огибающие делают почти всю работу в звуковом дизайне.
Большинство созданных звуков - слои, а не одна запись. Кинематографичный удар может соединять саб-синус для веса, средний транзиент для удара, шумный щелчок для текстуры и хвост реверберации для масштаба. Разделяйте слои по частоте, чтобы они не маскировали друг друга: саб ниже 80 Гц, тело около 200-800 Гц, атака в области присутствия, воздух выше. Огибающие высоты, фильтра и громкости заставляют слои двигаться вместе или порознь.
Шум - это материал. Отфильтрованный белый или розовый шум становится ветром, дождём, огнём, вжухом или толпой; короткий шумовой всплеск - щелчком, малым барабаном или шагом. Фоли-артисты записывают обычные предметы и синхронизируют их с картинкой. Сдвиг высоты, реверс, растяжение и гранулярная обработка превращают знакомую запись в другое; обратная реверберация перед ударом делает удар неизбежным.
Райзер наращивает напряжение подъёмом высоты, открытием фильтра и шумом; импакт разряжает его низким сабом, резким транзиентом и хвостом. Вжух ведёт отфильтрованный шум по стереополю; даунлифтер делает обратное. История важнее плагина: что приближается, насколько оно большое, как далеко и что слушатель должен почувствовать дальше? Автоматизируйте жест, проверяйте в моно и на маленьких колонках и оставляйте место для диалога или музыки.
БПФ: увидеть звук в числах
БПФ превращает блок сэмплов в спектр.
БПФ показывает, какие частоты есть в коротком блоке и насколько они сильны. Наивное ДПФ сравнивает сигнал с каждой частотой и требует порядка n² операций; БПФ переиспользует промежуточные результаты и обходится n log n - именно поэтому возможны анализаторы в реальном времени. Ширина бина - частота дискретизации, делённая на размер блока: 1024 сэмпла при 44,1 кГц дают бины примерно по 43 Гц. Оконное преобразование уменьшает утечку; длинные блоки дают лучшее разрешение по частоте, но размывают быстрые изменения. Спектроанализатор считает БПФ. Демо ниже собирает сложную волну из перетаскиваемых синусоид: слева чистые тоны, справа их накопленная сумма.
Преобразование предполагает, что блок повторяется бесконечно. Если блок не заканчивается там, где начался, скачок даёт широкополосные всплески - утечку. Окно сводит концы к нулю, обменивая более широкий главный лепесток на меньшие боковые. Hann - обычный выбор по умолчанию; Hamming, Blackman и flat-top меняют соотношение разрешения и точности амплитуды. Дополнение нулями интерполирует отображаемый спектр, но не добавляет настоящего разрешения.
Частота и время - компромисс. Длинный блок различает близкие обертоны, но размазывает транзиент; короткий ловит атаку, но размывает высоту. Спектрограмма складывает короткие БПФ во времени. БПФ возвращает и фазу, которую большинство дисплеев скрывает; фаза важна для пересинтеза, фазового вокодера и отмены. Анализаторы в реальном времени перекрывают блоки и усредняют или удерживают пики амплитуд, поэтому картинка выглядит гладкой, хотя каждый кадр дискретен.
Тяните чистую волну влево-вправо, чтобы изменить частоту, и вверх-вниз, чтобы изменить амплитуду. Правый столбец складывает все строки выше; последняя строка - итоговый звук. Пока вы тянете, слышен итоговый звук.
Каждая частота - круг, насаженный на предыдущий. Круги вращаются, а движущаяся точка обводит их сумму.
Словарь классической музыки
Слова из партитур и программок - простым языком.
| Термин | Что это |
|---|---|
| Форма и структура | |
| Мотив | короткая повторяющаяся идея. |
| Фраза | музыкальное предложение, часто на два-восемь тактов. |
| Тема | главная мысль, на которой строится часть. |
| Период | пара фраз: вопрос и ответ. |
| Двухчастная форма | две части, A-B. |
| Трёхчастная форма | три части, A-B-A. |
| Рондо | A возвращается между контрастными эпизодами. |
| Сонатная форма | экспозиция, разработка и реприза. |
| Экспозиция | представляет главные темы. |
| Разработка | дробит темы и уводит в другие тональности. |
| Реприза | возвращает темы в тонику. |
| Кода | заключительный раздел. |
| Фуга | имитационный контрапункт на одну тему. |
| Канон | строгая имитация между голосами. |
| Симфония | крупное оркестровое произведение, обычно из четырёх частей. |
| Концерт | солист с оркестром. |
| Опера | сценическая драма, которую поют с оркестром. |
| Ария | сольная песня в опере или оратории. |
| Сольная каденция | виртуозный сольный пассаж, часто перед концом концерта. |
| Лейтмотив | повторяющаяся тема, связанная с персонажем или идеей. |
| Текстура и контрапункт | |
| Контрапункт | независимые линии вместе. |
| Полифония | несколько независимых голосов одновременно. |
| Гомофония | мелодия с аккордовым сопровождением. |
| Монодия | одна мелодическая линия. |
| Имитация | один голос повторяет другой. |
| Остинато | повторяющийся ритмический или мелодический рисунок. |
| Органный пункт | выдержанная нота под меняющейся гармонией. |
| Секвенция | мелодический рисунок, повторённый на новой высоте. |
| Гармония и тональность | |
| Тоника | домашний аккорд или тональность. |
| Доминанта | пятая ступень, напряжение, которое разрешается в тонику. |
| Субдоминанта | четвёртая ступень. |
| Каденция | гармоническое завершение фразы. |
| Модуляция | смена тональности. |
| Диатоника | ноты текущей гаммы. |
| Хроматика | ноты вне гаммы. |
| Консонанс | устойчивый интервал или аккорд. |
| Диссонанс | напряжённый интервал или аккорд, который просит разрешения. |
| Обращение | аккорд с другой нотой в басу или перевёрнутый интервал. |
| Бурдон | выдержанная басовая нота. |
| Ритм и метр | |
| Пульс | основная доля. |
| Метр | группировка долей в такты. |
| Темп | скорость пульса. |
| Синкопа | акцент не на сильной доле. |
| Рубато | гибкий темп, с замедлениями и ускорениями. |
| Фермата | задержка на ноте или паузе. |
| Анакруза | затакт перед первой сильной долей. |
| Полиритмия | конфликтующие ритмы одновременно. |
| Динамика и артикуляция | |
| Динамика | громкость, от пиано до форте. |
| Крещендо | постепенно громче. |
| Диминуэндо | постепенно тише. |
| Легато | плавно и связно. |
| Стаккато | коротко и отрывисто. |
| Акцент | выделенная нота. |
| Вибрато | небольшое колебание высоты. |
| Тремоло | быстрое повторение ноты или чередование. |
| Глиссандо | скольжение между высотами. |
| Пиццикато | щипок струн. |
| Запись и инструменты | |
| Партитура | все партии произведения вместе. |
| Ключ | знак, который привязывает линии стана к высотам. |
| Ключевые знаки | диезы или бемоли в начале стана. |
| Музыкальный размер | метр, указанный в начале произведения. |
| Орнаментика | трель, мордент, групетто или форшлаг. |
| Трель | быстрое чередование с соседней нотой. |
| Транспозиция | перенос музыки в другую тональность. |
| Регистр | диапазон высот. |
| Тесситура | удобный диапазон голоса или инструмента. |
| Тутти | весь оркестр. |
| Либретто | текст оперы. |
| Акустика, строй и мировые традиции | |
| Тоннец | решётка звуковысотных классов, где квинты и терции образуют треугольники трезвучий. |
| Шероховатость | сенсорный дискомфорт от близких обертонов. |
| Критическая полоса | полоса частот, внутри которой ухо суммирует энергию. |
| Негармоничность | обертоны, не кратные основному тону. |
| Форманта | резонансный пик голосового тракта или корпуса. |
| Кривая Райлсбека | растяжение октав настроенного пианино. |
| Макам | ладовая система в арабской и турецкой музыке. |
| Рага | мелодическая основа индийской классической музыки. |
| Гамелан | индонезийский ансамбль с парными, чуть расстроенными инструментами. |
| Слендро | пятиступенный строй гамелана. |
| Пелог | семиступенный строй гамелана с неравными интервалами. |
Вопросы, которые задают чаще всего
Короткие ответы на самые обычные вопросы.
Нужен ли абсолютный слух?
Нет. Относительный слух - слышать интервалы и узнавать аккорды - тренируется и полезнее большинству музыкантов. Абсолютный слух редок и иногда даже мешает: транспонированная музыка кажется неправильной.
Теория музыки - это свод правил?
Нет. Она описывает, что делают композиторы и исполнители, и отстаёт от практики. Выучите правила, а потом слушайте исключения.
Почему нот двенадцать?
Потому что двенадцать равных полутонов ровно делят октаву и позволяют любой тональности работать на одной клавиатуре. Другие числа шагов возможны и используются в других традициях.
Равномерная темперация расстроена?
Каждый интервал, кроме октавы, немного неточен. Ошибка мала и распределена по всем тональностям. Это компромисс, а не ошибка.
Чем высота отличается от частоты?
Частота - физическая величина в герцах; высота - то, что вы слышите. Обычно они совпадают, но громкость, тембр и контекст могут сдвинуть восприятие.
Можно ли выучить теорию без инструмента?
Да, но с инструментом она становится конкретной. Используйте доску, чтобы видеть формы, и синтезатор, чтобы слышать спектр и обертоны.
Почему пианино звучит растянуто?
У жёстких струн негармоничные обертоны, поэтому настройщики расширяют октавы. Верх оказывается чуть выше, а бас чуть ниже.
Как тренировать слух?
Пойте то, что слышите, учите интервалы по знакомым песням, снимайте простые мелодии и сравнивайте чистые и темперированные интервалы. Понемногу и часто лучше, чем одно долгое занятие.
Почему минор звучит грустно?
Главная подсказка - пониженная третья ступень; медленный темп, тёмный тембр и культурные ассоциации усиливают эффект. Это не универсально: многие весёлые песни написаны в миноре, и контекст важнее одной гаммы.
Чем микс отличается от мастеринга?
Микс балансирует дорожки: уровни, панораму, эквалайзер, компрессию и эффекты. Мастеринг - финальная обработка всей записи: тональный баланс, громкость, паузы между песнями и форматы выпуска. Хороший микс важнее; мастеринг не исправит сломанный баланс.
Нужно ли уметь читать ноты?
Для работы в DAW - нет, но чтение помогает учить репертуар, общаться с музыкантами и видеть гармонию. Начните со стана, длительностей и квинтового круга; остальное добавляйте по мере необходимости.