Overtone - Overtone

Vibrationstilstande for en ideel streng, der deler strengens længde i heltal divisioner, producerer harmoniske partialer f, 2f, 3f, 4f osv. (Hvor f betyder grundfrekvens).

En overtone er enhver frekvens, der er større end en lyds grundfrekvens . Med andre ord er overtoner højere tonehøjder som følge af den laveste tone eller grundlæggende. Selv om det grundlæggende normalt høres mest fremtrædende, er overtoner faktisk til stede i enhver tonehøjde undtagen en ægte sinusbølge . Den relative volumen eller amplitude af forskellige overtonepartialer er et af de vigtigste identificerende træk ved klangfarve eller den individuelle egenskab ved en lyd.

Ved hjælp af modellen for Fourier -analyse kaldes det fundamentale og overtonerne tilsammen partials . Harmoniske , eller mere præcist, harmoniske partialer, er partialer, hvis frekvenser er numeriske heltalsmultipler af det fundamentale (inklusive det grundlæggende, som er 1 gange sig selv). Disse overlappende udtryk bruges forskelligt, når man diskuterer musikinstrumenters akustiske adfærd. (Se etymologi nedenfor.) Modellen for Fourier-analyse giver mulighed for at inkludere inharmoniske partialer, som er partialer, hvis frekvenser ikke er hele-tal-forhold i det grundlæggende (såsom 1.1 eller 2.14179).

Tilladte og forbudte stående bølger , og dermed harmoniske

Når et resonanssystem, såsom et blæst rør eller plukket snor, er spændt, kan der frembringes et antal overtoner sammen med grundtonen. I enkle tilfælde, som for de fleste musikinstrumenter, er frekvenserne for disse toner de samme som (eller tæt på) harmoniske. Eksempler på undtagelser omfatter den cirkulære tromle - en pauke, hvis første overtone er omkring 1,6 gange dens grundlæggende resonansfrekvens, gongs og cymbaler og messinginstrumenter . Den menneskelige stemmebane er i stand til at producere meget variable amplituder af overtonerne, kaldet formanter , som definerer forskellige vokaler .

Forklaring

De fleste oscillatorer , fra en plukket guitarstreng til en fløjte, der blæses, vil naturligvis vibrere ved en række forskellige frekvenser kendt som normale tilstande . Den laveste normale tilstandsfrekvens er kendt som grundfrekvensen , mens de højere frekvenser kaldes overtoner. Ofte, når en oscillator er spændt - for eksempel ved at plukke en guitarstreng - vil den oscillere ved flere af dens modalfrekvenser på samme tid. Så når en tone spilles, giver dette fornemmelsen af ​​at høre andre frekvenser (overtoner) over den laveste frekvens (den grundlæggende).

Timbre er den kvalitet, der giver lytteren mulighed for at skelne mellem lyden af ​​forskellige instrumenter. Et klang for et instrument bestemmes af hvilke overtoner det understreger. Det vil sige, at de relative mængder af disse overtoner til hinanden bestemmer den specifikke "smag", "farve" eller "tone" for lyden af ​​denne familie af instrumenter. Intensiteten af ​​hver af disse overtoner er sjældent konstant i løbet af en note. Over tid kan forskellige overtoner henfalde med forskellige hastigheder, hvilket får den relative intensitet for hver overton til at stige eller falde uafhængigt af lydens samlede volumen. Et omhyggeligt trænet øre kan høre disse ændringer, selv i en enkelt tone. Det er derfor, klangfarven på en note kan opfattes forskelligt, når den spilles staccato eller legato .

En drevet ikke-lineær oscillator, såsom vokalfolderne , et blæst blæseinstrument eller en bøjet violinstreng (men ikke en slået guitarstreng eller klokke) vil svinge periodisk, ikke-sinusformet. Dette genererer indtryk af lyd ved heltalsfrekvente frekvenser af de grundlæggende kendt som harmoniske eller mere præcist harmoniske partialer. For de fleste strengeinstrumenter og andre lange og tynde instrumenter, såsom en fagot, er de første få overtoner ganske tæt på heltalsmultipler af grundfrekvensen, hvilket giver en tilnærmelse til en harmonisk serie . I musik kaldes overtoner derfor ofte for harmoniske. Afhængigt af hvordan snoren plukkes eller bukkes, kan forskellige overtoner understreges.

Nogle overtoner i nogle instrumenter er dog muligvis ikke af en tæt heltalsmultiplikation af grundfrekvensen, hvilket forårsager en lille dissonans . "Højkvalitets" instrumenter er normalt bygget på en sådan måde, at deres individuelle noter ikke skaber disharmoniske overtoner. Faktisk er den blussede ende af et messinginstrument ikke at få instrumentet til at lyde højere, men at korrigere for rørlængde "sluteffekter", der ellers ville gøre overtonerne væsentligt forskellige fra heltal harmoniske. Dette illustreres af følgende:

Overvej en guitarstreng. Dens idealiserede 1. overton ville være præcis det dobbelte af dens grundlæggende, hvis dens længde blev forkortet med ½, måske ved let at trykke på en guitarstreng ved den 12. bånd ; hvis en vibrerende streng undersøges, vil det imidlertid ses, at strengen ikke vibrerer flush til broen og møtrikken, men den har i stedet en lille "død længde" af snor i hver ende. Denne døde længde varierer faktisk fra streng til streng, idet den er mere udtalt med tykkere og/eller stivere strenge. Det betyder, at halvering af den fysiske strenglængde ikke halverer den faktiske strengvibrationslængde, og derfor vil overtonerne ikke være nøjagtige multipler af en grundfrekvens. Effekten er så udtalt, at korrekt opstillede guitarer vil vinkle broen, så de tyndere strenge gradvist vil have en længde op til få millimeter kortere end de tykkere strenge. Hvis du ikke gør det, ville det resultere i inharmoniske akkorder, der består af to eller flere strenge. Lignende overvejelser gælder rørinstrumenter.

Musikalsk brugsbetegnelse

Fysisk fremstilling af tredje ( O ₃ ) og femte ( O ₅ ) overtoner af et cylindrisk rør lukket i den ene ende. F er den grundlæggende frekvens; den tredje overtone er den tredje harmoniske, 3 F , og den femte overtone er den femte harmoniske, 5 F for et sådant rør, hvilket er en god model for en pandefløjte .

En overtone er en partiel (en "delvis bølge" eller "konstituerende frekvens"), der enten kan være en harmonisk delvis (en harmonisk ) anden end den grundlæggende eller en inharmonisk del. En harmonisk frekvens er et helt tal af grundfrekvensen. En inharmonisk frekvens er et ikke-heltal multiplum af en grundlæggende frekvens.

Et eksempel på harmoniske overtoner: (absolut harmoni)

Nogle musikinstrumenter producerer overtoner, der er lidt skarpere eller fladere end ægte harmoniske. Skarpheden eller fladheden af ​​deres overtoner er et af de elementer, der bidrager til deres lyd. På grund af faseinkonsistenser mellem den grundlæggende og den delvise harmoniske har dette også den effekt, at deres bølgeformer ikke bliver perfekt periodiske.

Musikinstrumenter, der kan skabe noter af enhver ønsket varighed og bestemt tonehøjde, har harmoniske partialer. En stemmegaffel, forudsat at den lyder med en hammer (eller tilsvarende), der er rimelig blød, har en tone, der næsten består af det grundlæggende, alene; den har en sinusformet bølgeform. Ikke desto mindre blev musik bestående af rene sinusoider fundet utilfredsstillende i begyndelsen af ​​det 20. århundrede.

Etymologi

I Hermann von Helmholtz 'klassiker "On The Sensations Of Tone" brugte han den tyske "Obertöne", som var en sammentrækning af "Oberpartialtöne" eller på engelsk: "øvre partielle toner". Ifølge Alexander Ellis (på side 24–25 i hans engelske oversættelse af Helmholtz) fik ligheden mellem tysk "ober" til engelsk "over" en professor Tyndall til at fejloversætte Helmholtz 'udtryk og dermed skabe "overton". Ellis nedsætter udtrykket "overtone" for dets akavede konsekvenser. Fordi "overtone" får de øvre partialer til at ligne et så tydeligt fænomen, fører det til det matematiske problem, hvor den første overtone er den anden del. I modsætning til diskussion af "partials" har ordet "overtone" også konnotationer, der har fået folk til at undre sig over tilstedeværelsen af ​​" undertoner " (et begreb, der undertiden forveksles med " forskelligtoner ", men også bruges i spekulationer om en hypotetisk " undertone -serie ").

"Overtoner" i kormusik

I barbershopmusik , en stil med firdelt sang, bruges ordet overtone ofte på en beslægtet, men særlig måde. Det refererer til en psykoakustisk effekt, hvor en lytter hører en hørbar tonehøjde, der er højere end, og forskellig fra, grundlaget for de fire tonehøjder, der synges af kvartetten. Barbershop -sangerens "overtone" er skabt af interaktionerne mellem de øvre partitoner i hver sangeres note (og af sum- og differensfrekvenser skabt af ikke -lineære interaktioner i øret). Lignende effekter kan findes i anden a cappella polyfonisk musik, såsom musikken fra Republikken Georgien og den sardinske cantu a tenore . Overtoner fremhæves naturligt, når man synger i et særligt resonant rum, såsom en kirke; en teori om udviklingen af polyfoni i Europa siger, at sangere af gregoriansk sang , oprindeligt monofonisk, begyndte at høre overtonerne i deres monofoniske sang og at efterligne disse tonehøjder - med femte, oktav og hovedtredje som de højeste vokale overtoner, det er en forklaring på triadens udvikling og ideen om konsonans i musikken.

Det første trin i at komponere kormusik med overtonesang er at opdage, hvad sangerne kan forventes at gøre med succes uden omfattende øvelse. Det andet trin er at finde en musikalsk kontekst, hvor disse teknikker kunne være effektive, ikke kun specialeffekter. Det blev oprindeligt antaget, at begyndere kunne:

• glissando gennem dele af en given grundlæggende, stigende eller faldende, hurtig eller langsom
• bruge vokaler/tekst til relative tonehøjder på ubestemte partialer, der angiver den givne form uden at specificere bestemte partials
• improvisere om dele af den givne grundlæggende ad lib. , frit eller ved at give stil eller måde
• finde og opretholde en bestemt del (kræver intervalgenkendelse)
• i forlængelse af det, flytt til en tilstødende del, over eller under, og skift mellem de to

Sangere bør ikke blive bedt om at ændre den grundlæggende tonehøjde, mens overtonesang og skiftende partier altid skal være til en tilstødende part. Når en bestemt part skal specificeres, bør der være tilladt tid (et slag eller deromkring) for sangerne at få harmonikerne til at "tale" og finde den korrekte.

Strygeinstrumenter

Spiller en harmonisk på en streng. Her angiver "+7", at strengen holdes nede på positionen for at hæve tonehøjden med 7 halve toner, det vil sige ved den syvende bånd for et fretted instrument.

Strengeinstrumenter kan også producere multifoniske toner, når strenge er delt i to stykker, eller lyden på en eller anden måde forvrænges. Den Sitar har sympatiske strenge som hjælp til at bringe ud af overtoner, mens man spiller. Overtonerne er også yderst vigtige i Tanpura , droneinstrumentet i traditionel nord- og sydindisk musik , hvor løse strenge, der er indstillet til oktaver og femtedele, bliver plukket og designet til at buzz for at skabe sympatisk resonans og fremhæve overtonernes kaskende lyd.

Vestlige strygeinstrumenter, såsom violin , kan spilles tæt på broen (en teknik kaldet " sul ponticello " eller "am Steg"), som får tonen til at dele sig i overtoner, mens den opnår en karakteristisk glasagtig, metallisk lyd. Forskellige teknikker til buetryk kan også bruges til at få overtonerne frem, samt at bruge strengnoder til at producere naturlige harmoniske. På violinfamilieinstrumenter kan der spilles overtoner med buen eller ved at plukke. Partiturer og dele til vestlige violinfamilieinstrumenter angiver, hvor kunstneren skal spille harmoniske. Den mest kendte teknik på en guitar er at spille flageolet-toner eller bruge forvrængningseffekter . Det gamle kinesiske instrument Guqin indeholder en skala baseret på de knyttede positioner af overtoner. Også den vietnamesiske Đàn bầu fungerer på flageolet -toner . Andre anvendte multifoniske udvidede teknikker er klargjort klaver , klargjort guitar og 3. bro .

Blæsere

Blæseinstrumenter manipulerer overtoneserien betydeligt i normal produktion af lyd, men forskellige spilleteknikker kan bruges til at producere multifonik, der får instrumentets overtoner frem. På mange træblæseinstrumenter bruges alternative fingeraftryk. "Overblæsning" eller tilføjelse af intens overdrevet lufttryk kan også få toner til at dele sig i deres overtoner. I messinginstrumenter kan multifonik frembringes ved at synge ind i instrumentet, mens en tone spilles på samme tid, hvilket får de to tonehøjder til at interagere - hvis den sungne tonehøjde er i bestemte harmoniske intervaller med den spillede tonehøjde, vil de to lyde blandes og producere yderligere noter af fænomenet sum- og differenstoner .

Ikke-vestlige blæseinstrumenter udnytter også overtoner i spillet, og nogle kan fremhæve overtonelyden usædvanligt. Instrumenter som didgeridoo er stærkt afhængige af interaktion og manipulation af overtoner opnået ved at kunstneren ændrer mundform, mens han spiller, eller synger og spiller samtidigt. På samme måde kan man, når man spiller en harmonika eller tonehøjde , ændre mundens form for at forstærke bestemte overtoner. Selvom det ikke er et blæseinstrument, bruges en lignende teknik til at spille kæbeharpe : artisten forstærker instrumentets overtoner ved at ændre formen og dermed resonansen af deres stemmekanal .

Messing instrumenter

Messinginstrumenter havde oprindeligt ingen ventiler og kunne kun spille tonerne i den naturlige overton eller harmoniske serie.

Messinginstrumenter er stadig stærkt afhængige af overtoneserien for at producere noter: tubaen har typisk 3-4 ventiler, tenortrombonen har 7 glidestillinger, trompeten har 3 ventiler, og det franske horn har typisk 4 ventiler. Hvert instrument kan spille (inden for deres respektive områder) noterne fra overtoneserien i forskellige taster med hver fingerkombination (åben, 1, 2, 12, 123 osv.). Hver ventil eller rotors rolle (undtagen trombone) er som følger: 1. ventil sænker større 2., 2. ventil sænker mindre 2., 3. ventil sænker mindre 3., 4. ventil-sænker perfekt 4. (findes på piccolo trompet, visse euphoniums, og mange tubaer). Det franske horn har en udløsernøgle, der åbner andre slanger og placeres en perfekt fjerde højere; dette giver større lethed mellem forskellige registre af instrumentet. Ventiler gør det muligt for messinginstrumenter at spille kromatiske noter samt toner inden for overtoneserien (åben ventil = C -overtoneserie, 2. ventil = B -overtoneserie på C -trompeten) ved at ændre lufthastighed og lipvibrationer.

De tuba , trombone , og trompet play noter inden for de første par oktaver af overtonerækken, hvor deltoner er længere fra hinanden. Det franske horn lyder noter i en højere oktav i overtoneserien, så partialerne er tættere på hinanden og gør det vanskeligere at spille de korrekte pitches og partials.

Overtonesang

Overtonesang er en traditionel sangform i mange dele af Himalaya og Altay ; Tibetanere, mongoler og tuvaner er kendt for deres overtonesang. I disse sammenhænge omtales det ofte som halssang eller khoomei , selvom det ikke bør forveksles med inuit halssang , som produceres på forskellige måder. Der er også mulighed for at skabe overtonen ud af grundtonen uden stress på halsen.

Overtonen er også meget vigtig i sang for at tage sig af stemmebanens formgivning, for at forbedre farve, resonans og tekstdeklamation. Under træning med overtonesang hjælper det sangeren med at fjerne unødvendigt pres på musklen, især omkring halsen. Så hvis man kan "finde" en enkelt overtone, så vil man vide, hvor fornemmelsen skal være for at få vokal resonans frem generelt, hvilket hjælper med at finde resonansen i sin egen stemme på enhver vokal og i ethvert register.

Overtoner i musikkomposition

Den forrang triade i det vestlige harmoni kommer fra de første fire deltoner af overtonerækken. Det ottende til fjortende partial ligner den ensartede, akustiske skala :

Når denne skala gengives som en akkord, kaldes den lydian dominant trettende akkord. Denne akkord optræder i hele vestlig musik, men bruges især som grundlag for jazzharmoni , fremtræder fremtrædende i musikken fra Franz Liszt , Claude Debussy , Maurice Ravel og fremstår som den mystiske akkord i musikken til Alexander Scriabin .

Rimsky-Korsakovs stemme for en C-dur-triade, der består af de grundlæggende og dele 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 11 og 15.

Fordi overtonerækken stiger uendeligt fra den grundlæggende med ingen periodicitet, i vestlig musik det lige temperament skalaen er designet til at skabe synkronicitet mellem forskellige oktaver. Dette blev opnået ved at afstemme visse intervaller, såsom den perfekte femte . En sand perfekt femtedel er 702 cent over det grundlæggende, men lige temperament flader det med to cent. Forskellen er kun knap mærkbar og tillader både illusionen af ​​skalaen at være i harmoni med sig selv på tværs af flere oktaver og for tonaliteter baseret på alle 12 kromatiske toner til at lyde i tune.

Vestlige klassiske komponister har også gjort brug af overtoneserien gennem orkestrering. I sin afhandling "Principles of Orchestration" siger den russiske komponist Nikolai Rimsky-Korsakov , at overtoneserien "kan tjene som en guide til orkesterarrangementet af akkorder". Rimsky-Korsakov demonstrerer derefter, hvordan man udtaler en C-dur-triade i henhold til overtoneserien ved hjælp af del 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 11 og 15.

I det 20. århundrede fik eksponering for ikke-vestlig musik og yderligere videnskabelige akustiske opdagelser nogle vestlige komponister til at udforske alternative stemmesystemer. Harry Partch designede f.eks. Et tuningsystem, der deler oktaven i 43 toner, hvor hver tone er baseret på overtoneserien. Musikken fra Ben Johnston bruger mange forskellige tuningsystemer, herunder hans strygekvartet nr. 5, der deler oktaven i mere end 100 toner.

Spektral musik er en genre udviklet af Gérard Grisey og Tristan Murail i 1970'erne og 80'erne, i regi af IRCAM . I store træk beskæftiger spektral musik sig med resonans og akustik som kompositionselementer. For eksempel i komponisten Griseys sædvanlige værk Partiels brugte komponisten et sonogram til at analysere de sande soniske egenskaber ved den laveste tone på en tenortrombon (E2). Analysen afslørede, hvilke overtoner der var mest fremtrædende fra denne lyd, og Partiels blev derefter komponeret omkring analysen. Et andet skelsættende spektralværk er Tristan Murails Gondwana for orkester. Dette arbejde begynder med en spektralanalyse af en klokke og omdanner den gradvist til spektralanalysen af ​​et messinginstrument. Andre spektralister og postspektralister inkluderer Jonathan Harvey , Kaija Saariaho og Georg Friedrich Haas .

John Luther Adams er kendt for sin omfattende brug af overtoneserien samt sin tendens til at give musikere mulighed for at lave deres egne grupperinger og spille i deres eget tempo for at ændre den soniske oplevelse. For eksempel kan hans stykke Sila: The Breath of the World spilles af 16 til 80 musikere og adskilles i deres egne grupper. Værket er sat på seksten "harmoniske skyer", der er baseret på de første seksten overtoner af lav B-flad. Et andet eksempel er John Luther Adams stykke Everything That Rises , som voksede vores af hans stykke Sila: The Breath of the World . Everything That Rises er et stykke for strygekvartet, der har seksten harmoniske skyer, der er bygget af den grundlæggende tone (C0)

Se også

• Kombinationstone
• Harmonisk
• Bare intonation
• Mersennes love
• Overtonebånd (i vibrationsspektroskopi)
• Harmoniske skala
• Strakt oktav
• Undertone serie
• Xenharmonisk musik

Referencer

eksterne links

• Overtoner, partier og harmoniske fra grundlæggende frekvens
• Klangfarve: Musikkens farve