Бенд изнутри

Сразу хочу отметить, что этот обзор носит скорее познавательный, чем практический характер и будет интересен в первую очередь тем, кто уже освоил технику бэнда и хорошо знаком с устройством губной гармоники.

Что привлекает тех, кто берется за освоение губной гармошки прежде всего? Об этом было уже много сказано. Первое что приходит в голову: ее компактность, возможность всегда носить с собой, небольшая цена и самое главное, может показаться, что освоить этот инструмент будет совсем не сложно. И действительно, все начинается с извлечения сочетаний нот, аккордов, затем одиночных нот и использования простых эффектов, исполнения простых мелодий. Но дальше на пути освоения возникает первое серьезное препятствие — бэнд. Вряд ли кто-нибудь скажет точно, что нужно сделать, чтобы осилить этот прием, однако советов, как это сделать, можно найти массу, и мы не будем здесь на этом останавливаться. Так или иначе, бэнд — это первый шаг к тому, чтобы понять насколько нетривиальным, разнообразным и выразительным может быть этот, на первый взгляд совсем простой инструмент — губная гармоника. Это и первый шаг к освоению новых, более продвинутых приемов звукоизвлечения и игры на инструменте, среди которых оверблоу и овердро. Рано или поздно возникают вопросы: “А как это работает?”, “Что происходит там, внутри, под крышками гармоники?”, “Как ведут себя язычки, когда я делаю бэнд или использую другие приемы?” и т.п. На многие из этих вопросов ответ можно найти в работе [1], краткому обзору которой, в основном, и будет посвящен этот материал. Кроме того, несколько слов будет сказано о работе [2].

В первую очередь остановимся на наиболее интересных экспериментальных результатах, которые получили авторы в работе [1].

Высота звука и роль язычков гармоники. Простые наблюдения

Начнем с того, что выясним, какой диапазона частот можно извлечь на каждом отверстии диатонической гармоники, используя обычные приемы игры, т.е. бэнды на вдох с 1 по 6 отверстие и бэнды на выдох с отверстия 7 по 10. Кроме того, попробуем предварительно выяснить, какую роль играет каждый из язычков при формировании звука. Владея техникой бэнда и имея под рукой цифровой тюнер, можно провести несложный эксперимент. На следующем рисунке представлены результаты такого опыта [1].

Рисунок показывает, какие диапазоны частот доступны на каждом из отверстий гармоники в случае, когда оба язычка (blow и draw) работают вместе и когда один из них блокирован пальцем, а другой остается свободным. Для эксперимента использовали гармошку Golden Melody (Hohner) в тональности C. Частота звука определялась с помощью цифрового тюнера (Korg, DT-2, Tokyo) и указана (Гц) на рисунке для чистых нот на вдох и на выдох.

Нужно отметить, что каждый язычок гармошки функционирует как основной или вспомогательный. Не смотря на то, что действие blow и draw язычков связано, тем не менее, обычно один из них доминирует и является основным, ведущим язычком. Чтобы определить, роль каждого из язычков при тех или иных способах звукоизвлечения, использовался простой метод — один из двух язычков блокировался во время бэнда или прямого извлечения нот. В определенных пределах можно заставить каждый из двух язычков колебаться в диапазоне частот между собственными частотами blow и draw язычков.

Когда разница между blow и draw язычками составляет два полутона, например на 4 отверстии, бэнд можно получить с помощью каждого из язычков, при соответствующей конфигурации голосового тракта. Это дает основание полагать, что звук при бэнде в таком случае приходит от любого из двух или от обоих язычков, и что каждый из язычков играет равную роль в формировании звука при бэнде. Когда разница настройки между язычками составляет 4 полутона (как например на 3 отверстии), более высокий по тону язычок является ведущим для первой части бэнда, когда звук понижается на первые полтона. Когда же извлекается полный бэнд, нота понижается на полтора тона, звук непосредственно издает язычок с более низкой настройкой. Более подробно, происходит следующее: бэнд на полтона на третьем отверстии (Bb на C-гармошке) исходит непосредственно от draw язычка. Бэнд на тон (A) можно получить от каждого язычка в отдельности и проще всего, если они работают вместе. Бэнд на полтора тона (Ab) исходит от blow язычка. Более того, когда draw язычок заблокирован, можно сделать бэнд с помощью только blow язычка, если же draw язычок разблокировать во время такого бэнда, то звук быстро cмолкает.

По итогам этого простого наблюдения можно сделать следующие предварительные выводы о роли язычков. При бэнде и на вдох и на выдох оба язычка вовлечены в процесс формирования звука в диапазоне частот, заключенном между собственными частотами этих двух язычков. При бэнде частота высокого язычка понижается, а низкого повышается. По-видимому, ведущим язычком при бэнде является тот, чья собственная высота ближе к высоте бэнда. Функции более низких язычков (например, в 3 отверстии) перекрываются больше, чем более высоких (например в 9 отверстии). Этот простой эксперимент может сделать каждый кто владеет техникой бэнда, и все эти выводы являются предварительными, изучение динамики язычков требует боле точной постановки эксперимента.

Изучение роли язычков стробоскопическим методом

Предварительные результаты, приведенные выше, полученные с помощью блокировки язычков, были подтверждены прямым наблюдением и видеозаписью движения язычка с помощью волоконно-оптического эндоскопа под стробоскопическим освещением. Анализ полученных данных приведен в следующей таблице.

Отверстие	Действие	Нота(прибл.)	Blow-язычок	Draw-язычок
1	BlowDraw  ‘Bend Overblow	CD  C# D#	+++++  ++ +	0+++  ++ ++
2	BlowDraw  ‘Bend ”Bend	EG  F# F	+++0  ++ ++	0+++  +++ ++
3	BlowDraw  ‘Bend ”Bend ”’Bend Overblow	GB  A# A G# C	++0  + ++ ++ 0	0+++  +++ ++ от + до ++ ++
4	BlowDraw  ‘Bend Overblow	CD  C# D#	+++  ++ 0	++++  ++ +++
5	BlowDraw  Overblow	EF  F#	+++  +	+++  ++
6	BlowDraw  ‘Bend Overblow	GA  G# A#	+++0  +++ 0	0+++  0 +++

Таблица указывает на активность blow и draw язычков при различных приемах звукоизвлечения (для первых 6 отверстий). (+++) означает сильную активность, (++) — среднюю, а (+) — минимальную активность.

Можно видеть, что простое извлечение нот на вдох и выдох вызывает соответствующее колебание draw или blow язычка, в то время, как второй язычок практически остается неподвижным или лишь едва вибрирует, амплитуда этих вибраций составляет лишь двадцатую или меньшую часть от амплитуды основного язычка. Во время бэнда на вдох, сначала работает draw язычок, однако при понижении высоты звука на целый тон или больше, blow язычок начинает вибрировать и даже становится ведущим, не смотря на то, что продолжается вдох. Подобные измерения были сделаны и с бэндами на выдох и дали аналогичные результаты. Такая смена ведущего язычка лучше всего наблюдается там, где разница между высотой blow и draw язычков большая, как во 2 и 3 или 10 отверстии.

Совсем неочевидным образом ведет себя гармошка при извлечении звуков с помощью оверблоу и овердро. Логично было бы думать, что при оверблоу, то есть при выдохе, звук приходит от blow-язычка и высота тона скачком повышается на два или три полутона, в то время, как продолжается выдох. На самом же деле простые опыты с блокировкой язычков показали, что звук при оверблоу исходит от draw язычка, который внезапно начинает работать как открытый язычок с высотой, которая только на полтона выше собственной высоты draw язычка. Точно так же звук при овердро исходит от blow язычка. Эти результаты подтвердились стробоскопическими экспериментами — во время оверблоу blow язычок остается практически неподвижным, в то время, как draw язычок активно вибрирует. Блокировка blow-язычка во время оверблоу дает более глубокий и громкий звук, кроме того проще становится извлекать звук. Это наблюдение привело к модификации стандартной конструкции губной гармоники, которая практически приближает ее к хроматической.

Непосредственное наблюдение динамики вибрации язычков

Для того, чтобы еще лучше понять поведение язычков гармоники при различных способах звукоизвлечения были проведены дополнительные прецизионные измерения. Эксперименты проводились с Hohner Golden Melody (C), со снятыми крышками, над blow и draw язычком были установлены два точных бесконтактных сенсора, которые могли одновременно точно фиксировать динамику смещений каждого из язычков.

Для измерений, кроме обычной игры на гармонике, пользовались специальным устройством, которое позволяет имитировать процесс звукоизвлечения человеком. Это устройство представляет собой камеру с переменным контролируемым объемом, которая играет роль резонатора, через эту камеру поток воздуха, который так же можно контролировать, подается в отверстие гармоники. Таким образом, язычки можно было заставить вибрировать в любом из трех различных режимов (просто вдох и выдох, бэнд на вдох и на выдох, оверблоу и овердро), выбирая подходящий объем резонирующей камеры и давление воздуха.

Результаты этих точных экспериментов подтверждают уже сделанные выводы. Некоторые, наиболее интересные из этих результатов приведены далее.

На этом рисунке показано смещение язычков во время прямого извлечения ноты на выдох (a) и на вдох (b) на 3 отверстии. Во время игры низкой ноты на выдох [например выдох на 3 отверстии, рисунок (a)], среднее положение blow-язычка, около которого он колеблется, смещается внутрь в прорезь корпуса гармошки. Draw-язычок, не смотря на то, что практически бездействует во время выдоха, стремиться немного сместиться вверх, в соответствующую прорезь, внутрь пластины. Низкая нота на вдох [например вдох на 3 отверстии, рисунок (b)], в первую очередь определяется работой draw-язычка, но blow-язычок тоже немного вибрирует около своего положения равновесия или немного вне платы.

Это наблюдение противоречит интуитивному представлению о том, что среднее положение обоих язычков должно смещаться во вне при выдохе, когда давление положительно и втягиваться внутрь при вдохе, когда в отверстии отрицательное давление.

Такое странное поведение язычков можно объяснить, если обратиться к принципу Бернулли, согласно которому, увеличение скорости вдоль линии потока воздуха, уменьшает давление, следовательно, возможно создать разреженные участки с помощью струи воздуха. Эти результаты, также немного проливают свет на влияние зазора между язычком и платой на простоту извлечения необходимых нот. Можно поправить основную позицию язычка — немного увеличить зазор, или наоборот вдавить язычок в плату и найти такое положение, когда становятся более простыми и доступными бэнды, оверблоу и овердро, но труднее становится извлекать обычные ноты.

Интуиция также подсказывает, что связь между фазами колебаний язычков будет определяться их противоположным движением: во вне корпуса, во время выдоха и внутрь во время вдоха. Тем не менее, такое наблюдается только для высоких нот на выдох. Когда любое из десяти отверстий используется на вдох, наблюдается движение язычков параллельно друг другу.

Поскольку draw-язычок на низких отверстиях во время выдоха практически не вибрирует, было трудно определить связь фаз в этом случае.

На этом рисунке показано относительное смещение blow и draw язычков во время выполнения бэнда на 2-ом отверстии, от G приблизительно до F#. Хорошо видно, как меняется роль язычков в процессе бэнда. Во время глубокого бэнда ведущим становится blow-язычок.

На этом рисунке показано относительное смещение blow и draw язычков во время бэнда на два полутона на 3 отверстии. Наблюдается значительная вибрация обоих язычков, смещение язычков происходит параллельно, в одной фазе.

Здесь можно видеть как меняется амплитуда каждого из язычков в зависимости от частоты извлекаемого звука во время выполнения бэнда на два полутона на 2 отверстии. В то время, как высота звука понижается, амплитуда вибраций draw-язычка уменьшается, а blow-язычка повышается, и он становится ведущим.

Уже более века музыканты, исполнители на губной гармонике используют этот простой, но очень выразительный инструмент, играя различные мелодии, гаммы, отдельные музыкальные фразы. Все доступные эффекты возможны благодаря непрерывному акустическому взаимодействию инструмента и организма человека.

Для того чтобы понять музыкальные возможности инструмента, очевидно, нужно понимать его устройство и особенности. В работе [1] авторы сосредоточили свое внимание на непосредственном изучении динамики язычков гармоники. Экспериментальные результаты, приведенные выше, хорошо иллюстрируют какую роль выполняет каждый из язычков гармоники во время того или иного приема звукоизвлечения.

Многие нетривиальные результаты, полученные в итоге экспериментов, описанных выше можно частично объяснить теоретически, используя математическую модель, которую предложил в своей работе R.B.Johnston [2]. Например, такое правило, что глубина бэнда ограничена полутоном от противоположной более низкой ноты. Это отчасти объясняет теоретическая модель Jonston-а, которая описывает диапазон частот, который можно получить от отдельного язычка. Его анализ приводит к тому, что основной тон закрытого язычка (blow-язычок при вдохе или draw-язычок при выдохе) может быть понижен бэндом только лишь на полтона или больше. К сожалению, модель Jonston-а не предусматривает возможность связанной работы язычков в этом случае. Эксперименты с блокированием язычков, описанные выше, показали, что присутствие более низкого открытого язычка стремится уменьшить потенциальный частотный интервал бэнда.

Модель Jonston-а может дать объяснения и тому факту, что некоторые из пар язычков гармошки могут находиться в параллельном движении и наблюдается связь между фазами колебаний язычков.

Так или иначе, Johnston впервые подошел к вопросу формирования звука и динамики язычков губной гармоники с научной точки зрения. Существует множество материалов, посвященных акустическим и физическим особенностям классических духовых инструментов, но тема акустики губной гармоники затрагивается незаслуженно редко. Johnston строит теоретическую модель, разделяя инструмент на пассивную линейную распределенную акустическую систему (голосовой тракт исполнителя) и нелинейный генератор звука (пара язычков в отверстии гармоники). Такой подход используется для описания физики колебаний классических духовых инструментов. Работа [2] доступна в сети и ее обсуждение требует отдельного разговора.

К сожалению, в этом небольшом обзоре удалось затронуть не все темы, обсуждаемые в работах [1] и [2]. Но хочется верить, что он станет дополнительным подтверждением того, насколько многогранным и удивительно интересным инструментом является нам губная гармоника.

Литература:

 

[1] Henry T. Bahnson and James F. Antaki, “Acustical and physical dinamics of the diatonic harmonica”, Journal of the acoustical society of america, 103(4), 2134-2144, Apr.98

[2] R. B. Jonston, “Pitch Control in Harmonica Playing”, Acustics Australia 15, 69-75 (1987)