МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
MUSICAL INSTRUMENT

Изобретение относится к устройствам для получения звука, в частности к музыкальным инструментам с системной последовательностью блоков звукоизвлечения, обеспечивающих генерацию ступенчатых по высоте наборов музыкальных звуков, и может быть использовано для совершенствования средств музыкальной выразительности и создания музыки, базирующихся на новых музыкальных строях.
Известные музыкальные инструменты, в состав которых входят, в том числе, блоки звукоизвлечения, которые включают механизмы звукоизвлечения, которые различаются по своему конструктивному выполнению в зависимости от вида музыкального инструмента. В этих музыкальных инструментах блоки звукоизвлечения предназначены для генерирования одной основной звуковой частоты, обуславливающей определенные свойства извлекаемого звука, в том числе высоту, являющуюся самым важным свойством музыкального звука. При этом настройка каждого из этих блоков по частоте генерируемого им звука согласована с частотной настройкой всех остальных блоков. Совокупность звуков, генерируемых блоками звукоизвлечения в пределах определенного диапазона, образует звуковую систему с характерным для нее звуковым составом и структурой интервальной последовательности, определяемых, в общем случае, количеством блоков звукоизвлечения, их взаимным расположением и принципом частотного соотношения (согласования) между генерируемыми блоками частотами. Указанное, в свою очередь, характеризует музыкальный строй с присущим ему звукорядом - последовательностью звуков или ступеней звуковой системы, расположенных в определенном порядке. Музыкальный строй применительно к музыкальным инструментам определяет особенности их конструкции и настройки (например, для скрипки, как правило, используется квинтовый строй, для домры - квартовый, для баяна - хроматический, для фортепьяно - темперированные строи и т.д.). Музыкальный строй в музыке может быть выражен разными способами, в том числе: рядом чисел в виде последовательности простых дробей, показывающих, например, соотношение частот звуков в выбранном интервале - во сколько раз частота верхнего звука в интервале больше частоты нижнего или как настроены блоки звукоизвлечения, образующие при колебании тот или иной интервал: полутон, тон, полтора тона и т.д.; последовательностью частот, соответствующих каждой ступени звукоряда в определенном строе, и т.д. Строй является определяющим при изготовлении музыкальных инструментов (например, определении длины трубки или кроны духовых инструментов, мест сверления отверстий на них, установки ладов на грифе струнных щипковых инструментов и т.д.) и при их настройке (см. Музыкальная энциклопедия и словарь, сайт в сети Интернет http://www.music-dic.ru/).
Аналогом заявленного изобретения является группа музыкальных инструментов, при создании которых используются: а) диатонический строй из 7 нот (7-ступенный музыкальный строй, для которого характерно деление октавы на семь частотных блоков звукоизвлечения), при этом настройка блоков звукоизвлечения по частоте осуществляется таким образом, что отношения частот любой пары соседних блоков равны одному из двух видов интервальных коэффициентов, называемых соответственно тон-интервалом Т и полутон-интервалом S, где Т=9/8, S=256/243, а весь интервал октавы от ноты «до» предыдущей октавы до ноты «до» следующей октавы исчерпывается следующей последовательностью указанных коэффициентов: Т-Т-S-Т-Т-Т-S; б) хроматический строй, который для каждой октавы содержит 12 блоков звукоизвлечения (12-ступенный музыкальный строй), при этом согласование частотных отношений между ступенями в этих музыкальных инструментах осуществляется в соответствии с геометрической прогрессией, имеющей квинтовый коэффициент прогрессии 3/2 (см. Музыкальная энциклопедия и словарь, сайт в сети Интернет http://www.music-dic.ru/; The Grove Concise Dictionary of Music, edited by S.Sadie, Macmillan Press, 1994 в переводе Л.О.Акопяна, М.: Практика, 2001).
Основным недостатком указанных музыкальных инструментов является проблема пифагоровой коммы и связанной с ней так называемой «волчьей квинты».
1/12
Данный недостаток вышеописанных музыкальных инструментов устраняется в музыкальных инструментах, при создании которых используется равномерно темперированный музыкальный строй, при котором пифагорова комма равномерно распределяется по всем ступеням и теряет остроту. В современных музыкальных инструментах чаще всего используется 12-ступенный равномерно темперированный музыкальный строй, при котором каждая октава делится на 12 равных интервалов - полутонов, границы которых являются ступенями звукоряда. В этих музыкальных инструментах настройка каждого из блоков звукоизвлечения по частоте генерируемого им звука согласована с частотной настройкой всех остальных блоков так, что частоты двух соседних (любых) блоков отличаются по величине в 2 раза и, соответственно, любая пара блоков, отстоящих друг от друга на 12 блоков, отличается по генерируемым ими звуковым частотам в 2 раза, то есть отличается по звучанию на интервал октавы (см. The Grove Concise Dictionary of Music, edited by S.Sadie, Macmillan Press, 1994 в пер. Л.О.Акопяна, М.: Практика, 2001).
Недостатком этих музыкальных инструментов является то, что система блоков звукоизвлечения генерирует последовательность звуковых частот, у которой функциональная зона музыкального интервала, то есть спектр звуковых интервалов, передающих ему свои функции, составляет всего ±50 центов относительно фиксированной частоты настройки музыкального интервала. В то же время зона интонирования музыкального интервала, то есть спектр звуковых интервалов, до частот которых слуховое восприятие может смещать фиксированную частоту его настройки, составляет приблизительно ±30 центов относительно фиксированной частоты настройки музыкального интервала. Такое различие между функциональной зоной музыкального интервала и его зоной интонирования приводит к образованию зоны «мертвых» звуковых интервалов, которые не могут быть услышаны из-за ограниченной способности человеческого слухового восприятия к звуковысотному интонированию, при этом их количество составляет около 45% от всех звуковых интервалов, объединяемых октавой (см. «Гарбузов - музыкант, исследователь, педагог». - М., 1980, с.89-98).
1/22
Известно техническое решение, принятое за прототип заявленного изобретения и представляющее собой музыкальный инструмент с фиксированной высотой звуков и с равномерно темперированным строем, включающий совокупность блоков звукоизвлечения с механизмами звукоизвлечения, в котором каждый из блоков звукоизвлечения предназначен для генерирования одной основной звуковой частоты и согласован по этой частоте со звуковыми частотами, генерируемыми остальными блоками. При этом количество блоков звукоизвлечения в октаве позволяет получить 22-ступенный звукоряд с отношением частоты настройки любого из блоков звукоизвлечения к частоте настройки соседнего блока звукоизвлечения, расположенного ниже по звукоряду, равным 22. В данном техническом решении увеличение блоков звукоизвлечения в октаве позволяет создать звукоряд, в котором функциональная зона музыкального интервала меньше зоны интонирования, что в свою очередь, обеспечивает включение зоны «мертвых» звуковых интервалов в сферу слухового восприятия (патент RU 2217815 С1, приоритет 16.05.2002, МПК G10C 9/00, опубл. 27.11.2003).
Недостатком данного музыкального инструмента, равно как и всех музыкальных инструментов аналогов, является то, что они не удовлетворяют расширяющимся потребностям современных композиторов за счет ограниченных возможностей сочинения и озвучивания на них музыкальных произведений из-за использования системы блоков звукоизвлечения с фиксированным числом ступеней в музыкальном строе. Иными словами, композиторы нуждаются в инструментах с новыми системами блоков звукоизвлечения, которые позволяют создавать произведения с новыми мелодическими и гармоническими решениями.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание музыкального инструмента, позволяющего обеспечить технический результат, направленный на расширение его функциональных возможностей за счет создания системы блоков звукоизвлечения, основанной на использовании нового типа музыкального строя.
2
0,5
В заявленном изобретении данная задача с достижением указанного технического результата решается тем, что в музыкальном инструменте, включающем систему взаимосвязанных между собой блоков звукоизвлечения, в которой каждый блок предназначен для генерирования одной основной звуковой частоты и согласован по этой частоте со звуковыми частотами, генерируемыми другими блоками, при этом количество блоков звукоизвлечения, принцип их согласования по генерируемым звуковым частотам, маркировка блоков звукоизвлечения на инструменте и их пространственное расположение определяются многоступенным музыкальным строем, образуемым из дискретного набора монохроматических звуков, количество блоков звукоизвлечения, принцип их согласования по генерируемым звуковым частотам, маркировка блоков на инструменте и пространственное расположение в системе блоков звукоизвлечения определяются исходя из получения такого дискретного набора монохроматических звуков, который образует пентаграммный фибоначчиево-ступенный музыкальный строй на основе геометрической прогрессии с фибоначчиевым числом членов этой прогрессии и с коэффициентом прогрессии k, равным квадрату золотого сечения φ, где φ=(1+5)/2, при этом отношения звуковых частот соседних блоков звукоизвлечения в данном строе являются иррациональными числами, выраженными через величину золотого сечения.
Кроме того, указанная задача решается тем, что в музыкальном инструменте система блоков звукоизвлечения состоит из согласованных между собой подсистем с разными по числу ступеней пентаграммными фибоначчиево-ступенными музыкальными строями, при этом одна из подсистем, имеющая последовательность блоков звукоизвлечения с меньшим числом ступеней, входит в состав другой подсистемы, имеющей последовательность блоков звукоизвлечения с большим числом ступеней.
Кроме того, указанная задача решается тем, что в музыкальном инструменте блоки звукоизвлечения каждой из подсистем с разными по числу ступеней пентаграммными фибоначчиево-ступенными музыкальными строями размещены на разных по высоте ярусах.
Указанная задача решается также тем, что в музыкальном инструменте по меньшей мере одна из подсистем системы блоков звукоизвлечения соответствует равномерно темперированному музыкальному строю.
Сущность изобретения заключается в создании музыкального инструмента с последовательностью блоков звукоизвлечения и частотным соотношением между генерируемыми блоками частотами, позволяющим получить звукоряд - дискретный набор монохроматических звуков, соответствующий новому, ранее не известному музыкальному строю - пентаграммному фибоначчиево-ступенному строю. Этот музыкальный строй позволяет конструировать музыкальные инструменты с различными комбинациями расположения блоков звукоизвлечения в системе блоков, в том числе с использованием в одном музыкальном инструменте согласованных между собой последовательностей (наборов) блоков звукоизвлечения с пентаграммными фибоначчиево-ступенными музыкальными строями с различным числом ступеней.
n
2
0,5
Согласно изобретению в заявленном музыкальном инструменте количество размещенных в выбранном интервале блоков звукоизвлечения, соответствующее количеству ступеней в музыкальном строе, определяется в соответствии с геометрической прогрессией с фибоначчиевым числом F членов этой прогрессии и с коэффициентом прогрессии k=φ, где φ=(1+S)/2=1,618… - иррациональное число, известное под названием золотого сечения.
n
По определению рядом чисел Фибоначчи называется числовая последовательность {F}, которая начинается с членов 0 и 1 и в которой каждый последующий член после этих членов равен сумме двух предыдущих (см. Воробьев Н.Н. Числа Фибоначчи. - М.: Наука, 1978). Эту последовательность можно выразить следующим образом:
n+2
n
n+1
F=F+F=0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, … где n=1, 2, 3….
Особенностью указанной последовательности чисел является то, что отношение последующего числа из ряда чисел к предыдущему приближается к иррациональной величине золотого сечения φ=1,618….
Понятие золотого сечения, относящееся к геометрии, представляет собой такое пропорциональное деление целого на неравные части, при котором все целое так относится к большей части, как большая часть относится к меньшей.
Золотое сечение наглядно проявляется в известной геометрической фигуре, называемой пентаграммой и представляющей собой пятиконечную звезду, получаемую при последовательном соединении через одну всех вершин правильного пятиугольника. В этой фигуре соблюдается постоянство отношений составляющих ее отрезков: AD:AC=AC:CD=АВ:ВС=AD:АЕ=АЕ:ЕС, при этом все эти отношения равны золотому сечению (см. Фиг.5).
Квадрат золотого сечения является величиной, известной как коэффициент отношения соответствующих линейных размеров двух пентаграмм или правильных пятиконечных звезд, из которых одна вписана в другую (см. Фиг.6).
Таким образом, пентаграмма многообразно сопряжена по геометрическим характеристикам с золотым сечением.
0
2
4
6
8
2
-2
n
В силу этой связи музыкальный инструмент согласно заявленному изобретению назван заявителем «Пентаграмон». Соответственно, новый музыкальный строй, определяемый в соответствии с геометрической прогрессией … φ, φ, φ, φ, φ, … с фибоначчиевым числом F членов этой прогрессии и с коэффициентом прогрессии k=φ назван заявителем пентаграммный фибоначчиево-ступенный строй. В случае инвертирования данной прогрессии в обратном направлении справа налево, при котором коэффициент прогрессии k равен обратной величине квадрата золотого сечения φ, имеют место быть аналогичные в отношении музыкального строя результаты и потому данный случай не рассматривается как самостоятельно значимый.
Связанное с рядом чисел Фибоначчи золотое сечение реализуется в пентасимметричных фигурах, широко представленных в живой природе и запрещенных в классической кристаллографии. Биологические исследования показывают, что, начиная с вирусов и растений и кончая организмом человека, всюду выявляется золотая пропорция, характеризующая соразмерность и гармоничность их строения. Например, на разных уровнях и ветвях биологической эволюции проявляются биологические законы филлотаксиса (листорасположения), согласно которым при спирально симметричном расположении листоорганов в телах растений реализуются сразу пары чисел Фибоначчи. Эти же законы проявляются в спиральных укладках чешуи у рыб и млекопитающих, почек у гидр, органов у медуз и т.д. В психофизике восприятия обнаружен биологический феномен предпочтения пропорций золотого сечения в эстетике пропорций. Пропорции золотого сечения обнаружены в строении и функционировании многих физиологических систем, включая сердечно-сосудистую, дыхательную, систему электрической активности мозга и др.
В музыке золотое сечение отражает особенности человеческого восприятия временных пропорций, оно приводит к впечатлению особой стройности музыкального сочинения. Любое музыкальное произведение имеет временное протяжение и делится на отдельные части, которые обращают на себя внимание и облегчают восприятие целого. Соотношение этих частей, находящихся в отношениях золотого сечения, производит в музыкальном произведении впечатление гармонии, соразмерности, изящества (см. сайт в сети Интернет www.goldenmuseum.ru).
Согласно поставленной в изобретении задачи заявленный музыкальный инструмент спроектирован так, что система блоков звукоизвлечения в нем позволяет реализовать новые музыкальные строи, базирующиеся на свойствах ряда чисел Фибоначчи и связанного с ним золотого сечения.
Сущность изобретения подтверждается графическими материалами на примере клавишного музыкального инструмента, на которых схематически показана клавиатура клавишного инструмента, являющаяся основным средством для извлечения звуков. Механизмы блоков звукоизвлечения с другими конструктивными элементами, входящими в состав музыкального инструмента, не претерпевают каких-либо изменений, а потому условно не показаны.
На фиг.1 - показана клавиатура в виде одномерной линейной конструкции, соответствующая системе блоков звукоизвлечения с одним пентаграммным фибоначчиево-ступенным музыкальным строем;
На фиг.2 - показана клавиатура в виде одномерной линейной конструкции, соответствующая системе блоков звукоизвлечения, состоящей из двух последовательно расположенных подсистем с разными по числу ступеней музыкальными строями;
На фиг.3 - показана клавиатура в виде одномерной линейной конструкции, соответствующая системе блоков звукоизвлечения, состоящей из двух подсистем с разными по числу ступеней музыкальными строями и с вхождением последовательности блоков с меньшим числом ступеней в состав другой подсистемы с последовательностью блоков с большим числом ступеней;
На фиг.4 - показана клавиатура в виде 3-ярусной конструкции с расположением на каждом ярусе последовательности блоков звукоизвлечения, каждая из которых включает разное число ступеней и соответствует своему музыкальному строю.
2
0,5
42
41
Заявленный музыкальный инструмент в представленном примере (фиг.1) включает совокупность блоков звукоизвлечения 1, выполненных в виде клавиш 2 с механизмами звукоизвлечения (условно не показаны), которые образуют систему взаимосвязанных между собой блоков звукоизвлечения 1. Каждый отдельный блок звукоизвлечения 1 предназначен для генерирования одной основной звуковой частоты и согласован по этой частоте со звуковыми частотами, генерируемыми остальными блоками звукоизвлечениями. Система блоков звукоизвлечения 1, в частности последовательность их расположения и количество, определяется из условия реализации пентаграммного фибоначчиево-ступенного музыкального строя на основе геометрической прогрессии с фибоначчиевым числом членов этой прогрессии, которое, собственно, и определяет фибоначчиево число ступеней 3 в музыкальном строе, и с коэффициентом прогрессии k, равным квадрату золотого сечения φ, где φ=(l+S)/2. Настройка каждого из блоков звукоизвлечения 1 по частоте генерируемого им звука согласована с частотной настройкой всех остальных блоков так, что отношения звуковых частот соседних блоков звукоизвлечения, например, f/f являются иррациональными числами, выраженными через величину золотого сечения φ.
В музыкальном инструменте может быть реализована система блоков звукоизвлечения 1 с одним пентаграммным фибоначчиево-ступенным музыкальным строем с числом ступеней 3 в музыкальном интервале, равным фибоначчиеву числу, например, представленная на фиг.1 система блоков звукоизвлечения 1 с 55-ступенным музыкальным строем, либо система блоков звукоизвлечения 1 с несколькими, например, как это представлено на фиг.2, двумя пентаграммными фибоначчиево-ступенными музыкальными строями с различным фибоначчиевым числом ступеней 3, при котором набор блоков звукоизвлечения в каждом музыкальном интервале состоит из двух подсистем 4 и 5, соответственно, с 21-ступенным и 34-ступенным музыкальными строями.
1
2
3
13
Характерной особенностью пентаграммного фибоначчиево-ступенного строя является то, что, если в двух разных по числу ступеней строях их крайние по частоте ступени совпадают (например, ноты «до» имеют одинаковую частоту 256 Гц в обоих строях), то все звуковые частоты меньшего по числу ступеней строя входят в состав звуковых частот более высокоступенного строя. Так, на фиг 3 представлен вариант реализации музыкального инструмента с двумя подсистемами 5 и 6 блоков звукоизвлечения 1, соответственно, с 13-ступенным и 21-ступенным музыкальными строями, в которых все 13 звуковых частот f, f, f, … f из 13-ступенного строя являются членами множества звуковых частот 21-ступенного строя, расставленными внутри последнего таким образом, как это показано на фиг.3 дополнительными линиями 7, соединяющими соответстветственные по звуковой частоте ступени данных строев. Это определяет многоярусность системы блоков звукоизвлечения 1, образующих пентаграммные фибоначчиево-ступенные строи или, иными словами, принцип вложенной многоярусности.
Из соображения удобств для исполнителя музыкального произведения на музыкальном инструменте наборы блоков звукоизвлечения 1, соответствующие разным по числу ступеней пентаграммным фибоначчиево-ступенным музыкальным строям, могут быть размещены на разных по высоте ярусах 8 (фиг.4). На указанной фиг.4 верхний 9 ярус блоков звукоизвлечения содержит 55 блоков звукоизвлечения, соответствует 55-ступенному пентаграммному фибоначчиево-ступенному музыкальному строю и предназначен для исполнения мелодии в этом строе. Средний 10 ярус содержит два набора по 21 блоку звукоизвлечения, каждый из которых соответствует 21-ступенному пентаграммному фибоначчиево-ступенному музыкальному строю, а нижний 11 ярус содержит три набора по 13 блоков звукоизвлечения, каждый из которых соответствует 13-ступенному пентаграммному фибоначчиево-ступенному музыкальному строю. Средний 10 и нижний 11 ярусы предназначены, главным образом, для извлечения согласованных по звучанию аккордов к мелодии верхнего 9 яруса. Числа 55, 21, 13 являются числами из ряда чисел Фибоначчи.
В заявленном музыкальном инструменте может быть реализована комбинация музыкальных строев, при которой один из наборов блоков звукоизвлечения 1, размещенных, например, на одном из ярусов так, как это показано на фиг.4, может соответствовать равномерно-темперированному музыкальному строю.
Для обеспечения удобства освоения музыкального инструмента блоки звукоизвлечения 1 могут быть окрашены в разные цвета, например, в традиционные белый и черный для клавишного музыкального инструмента или другие любые цвета с учетом последовательности расположения блоков звукоизвлечения в том или ином музыкальном интервале или принадлежности их к тому или иному ярусу. С этой же целью блоки звукоизвлечения могут подсвечиваться световой индикацией.
Настоящее изобретение позволяет расширить функциональные возможности музыкального инструмента за счет организации системы блоков звукоизвлечения, обеспечивающей реализацию новых - пентаграммных фибоначчиево-ступенных строев с различными комбинациями этих строев по числу ступеней.