Нові шляхи викладення фізичної акустики у мистецьких аудіотехнологіях

Размещено на http://allbest.ru

Нові шляхи викладення фізичної акустики у мистецьких аудіотехнологіях

New ways of teaching physical acoustics in art audio technologies

Бєлявін В.Ф. Бєлявін Володимир Федорович (Byelyavin Volodymyr), кандидат технічних наук, доцент кафедри академічного і естрадного вокалу та звукорежисури Національної академії керівних кадрів культури і мистецтв, науковий співробітник Інституту проблем математичних машин і систем Національної академії наук України (Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Academic and pop vocal and sound directing of the Institute of Contemporary Art of the National Academy of Management of Culture and Arts, researcher Institute of Problems of Mathematical Machines and Systems National Academy of Sciences of Ukraine), Бєлявіна Н.Д. Бєлявіна Наталія Дмитрівна (Byelyavina Nataliya), професор, кандидат педагогічних наук, професор кафедри академічного і естрадного вокалу та звукорежисури Інституту сучасного мистецтва Національної академії керівних кадрів культури і мистецтв, заслужений діяч мистецтв України (Professor, Candidate of Pedagogical Sciences, Professor of the Department of Academic and Pop Vocal and Sound Directing of the Institute of Contemporary Art of the National Academy of Management of Culture and Arts, Honored Art Worker of Ukraine)

Актуальність теми дослідження. До базових понять мистецьких аудітехнологій, зокрема, музичної акустики та звукорежисури, відносяться ключові поняття, що пов'язані:

- з фізикою звука як об'єктивного явища, а саме: звукове поле; інтерференція, відбиття, заломлення, дифракція та згасання хвиль; хвильове рівняння та власні частоти у замкненому просторі;

- з обробкою звуку як акустичного сигналу: динамічний діапазон та рівнеграми акустичного сигналу; його частотний діапазон, спектр та часові характеристики;

- зі сприйняттям звуку людиною: закони Вебера-Фехнера, Стівенса; гучність та рівень гучності, криві рівної гучності; тембр звуку; ревербераційний процес у приміщеннях.

Це величезний обсяг знань, накопичений наукою про звук за її історію. Актуальність проблеми швидкої та ефективної передачі учням цієї сукупності знань тільки зростає з часом.

Деякий час у мистецьких аудітехнологіях простежувався утилітарний підхід, коли, наприклад, звукорежисура зводилась до оволодіння користувачами способами вирішення практичних задач без розуміння теоретичних основ, що стоять за цими діями. В ХХІ столітті прийшло розуміння необхідності теоретичних фізико-математичних, акустичних та технічних знань студентами мистецьких спеціалізацій, зокрема, музичних.

Підручники, навчальні посібники [1-8] підтверджують цю тенденцію у вищих мистецьких закладах багатьох країн світу, яка полягає у пошуку нових шляхів у викладанні. Автор бачить такі методи вирішення цієї задачі:

- обмеження подання фізико-математичних знань об'ємом, необхідним для розуміння фізики звуку, його обробки та сприйняття;

- при вивченні основних акустичних законів фізики звуку вважати більш важливим розуміння процесу виведення формул з використання апарату диференціального та інтегрального чисельності, а також окреслення обмежень і допущень у моделі процесу;

- використання ретроспективного розгляду розвитку основних понять теорії звуку у процесах отримання формул акустичних законів.

Багаторічний досвід викладання науково-технічних та акустичних основ звукорежисури та музичної акустики дозволив автору окреслити необхідні фізико-математичних поняття з практично безмежного об'єму наукових знань, а саме: функції синусоїди та логарифму, похідні та диференціали цих функцій.

Оволодіння цими первісними поняттями складає основу вивчення інтегралів та основної формули інтегрального числення; рядів Фур'є, коефіцієнтів ряду Фур'є, інтегралу Фур'є, перетворення Фур'є, найпростіших диференційних рівнянь, зокрема, хвильового рівняння.

Викладання цих понять, керуючись взірцем початкового подання їх у підручниках Я. Б. Зельдовича [7], та Г. М. Фіхтенгольця [8], дозволяє досягти досить швидкого розуміння їх студентами. Поняття «синусоїди» та «логарифмів» у поданні, що має пряме відношення до освітнього багажу звукорежисерів, розроблені автором в навчальному посібнику [5]. Ці теми завершуються прикладами складання коливань з кратними частотами, що лежать в основі теорії рядів Фур'є, та прикладами складання звуків різного рівня інтенсивності, що використання логарифмів.

Щодо науки про «Звук», то вона історичному плані пройшла шлях розвитку довжиною більш ніж два тисячоліття. Засновник «фізичної акустики», давньогрецький філософ, математик та державний діяч Архіт (435-350 до н.е.), засновує свою акустику на акті «удару» по повітрю, що є вельми передовою точкою зору для його часу (відповідно до справжнього фрагменту з «гармоніки» Архіта). Йому також належить міркування про те, що «висота тону» пов'язана з швидкістю руху і з кількістю коливань у повітрі. Сучасне розуміння цих явищ пов'язане з поняттям «хвильове рівняння», засноване на математичному апараті диференціального та інтегрального обчислення. Це стало можливим лише через двадцять століть, у час Епохи Відродження, коли почалось активне вивчення музичних звукових явищ в середовищі вчених - акустиків і математиків. Можливість вивчення різних музичних категорій була зумовлена формуванням розуміння того, що музичний тон математично моделюється за допомогою такого поняття, як «функція синусоїди» з параметрами «амплітуда», «частота», «фаза», графік якої представив ще у 1525 році художник і математик Альбрехт Дюрер (1471-1528).

Наукове дослідження звукових явищ стало також можливим на базі створеного Ньютоном (1643-1727) і Лейбніцем (1646-1716) інтегрального та диференціального числення, розробки Жаном-Батистом Фур'є (17681830) і Леонардом Ейлером (1707-1783) основ «спектрального аналізу», а також висновка Георга Ома (1789-1864) про здатність вуха людини сприймати як окремі тони коливання, на які можна розкласти по теоремі Фур'є звукове коливання (закон Ома, 1843).

Праця німецького фізика, фізіолога, акустика Германа Гельмгольца (1821-1894) «Вчення про слухові відчуття як фізіологічна основа для теорії музики» (1863 рік), як зазначає фізик, лауреат Нобелівської премії Джон Вільям Стрет (лорд Релей, 1842-1919), «надовго забезпечує цій праці роль вихідної точки всіх міркувань, які стосуються звукових відчуттів». Але деякі питання теорії тембру, консонансу та дисонансу наприкінці ХІХ століття не були остаточно вирішені.

У першій половині ХХ століття була розроблена теорія частотної та фазової модуляції. Також було введено поняття миттєвих амплітуді, частоти і фази сигналу, зроблено висновок про еквівалентність частотної та фазової модуляції. звуковий музичний фізичний акустика

Введено визначення частоти як похідної за часом поточної фази сигналу. Стало зрозумілим, чому зміна фази сигналу, не пов'язане зі зміною частоти сигналу, а викликана зі зміною додаткової частини фази, яка має відмінну від нуля похідну, призводить до зміни частоти сигналу, тобто його тембру. Ця нова сукупність уявлень дозволяє, наприклад, уточнити поняття «фаза» гармонічного сигналу.

Так, спектральні складові ряду Фур'є представляються через «елементарні, або прості» гармонічні складові sin(ot) і cos(ot) з відповідними амплітудами. Іншими словами, кожен обертон з частотою є сумою двох простих гармонійних складових. Саме у такому вигляді уявлення ряду Фур'є використовується для обчислення за формулами Ейлера-Фур'є амплітуд кожної гармоніки. Фізичний зміст «початкової фази спектральної складової» можна трактувати як величину, що визначає «ваги» елементарних обертонів sin(ot) і cos(ot), з якими ці парціальні частоти (обертони) вступають, слідуючи Гельмгольцу, «у композицію». Наведені в даних тезах уточнення поняття «фаза» по відношенню до спектральної структури звукового сигналу, досить нетривіальні.

У другій половині ХХ століття почалося активне використання «комп'ютерних технологій» в наукових дослідженнях. Завдяки цьому, як зазначає вчена, авторка видатної праці «Музична акустика» І. Алдошіна, «були накопичені експериментальні дані про те, що слуховий апарат чутливий до змін фаз між різними компонентами сигналу». Цей етап вивчення основних характеристик звуку дозволив перейти до розробок в області «тембрального морфингу», новому напрямку в синтезі звуку.

Таким чином, розуміння ключових понять щодо звуку, обмежень та допущень, прийнятих у цих поняттях, особливостей сприйняття звуку, що потребує розуміння суті зазначених вище фізико-математичних понять, важливо у різноманітних аспектах діяльності звукорежисера, як для подальшого розвитку й вдосконалення методів цифрової та аналогової обробки звуку, так і для забезпечення високого рівня професіоналізму у його повсякденній діяльності.

Використані джерела

1. Акустика: Справочник. А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков; под ред. М. А. Сапожкова. Москва, 1989. 336 с.

2. Алдошина И. А., Приттс Р. Музыкальная акустика : учеб. для вузов. Санкт-Петербург, 2006. 720 с.

3. Ананьев А. Б. Элементы музыкальной акустики: учеб. пособие. Київ, 2008. 224 с.

4. Ананьев А. Б. Акустика для звукорежиссеров : учеб. пособие. Київ, 2012. 256 с.

5. Бєлявіна Н.Д., Бєлявін В.Ф., Бондарець Н.Л., Дьяченко В.В. Основи звукорежисури : навчальний посібник. Ч. І / під ред. Н.Д. Бєлявіної. Київ, 2011. 80 с.

6. Радзишевский А. Ю. Основы аналогового и цифрового звука. Москва, 2006. 288 с.

7. Зельдович Я. Б. Высшая математика для начинающих и ее приложения к физике: 6-е изд., испр. и доп. Москва, 2010. 520 с.

8. Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и інтегрального исчисления: в 3-х томах. Москва, 2001. т. 1. 616 с.; т. 2. 810 с.; т. 3 662 с.

Размещено на Allbest.ru