Роль канала в интонации

Конструкция головки современной флейты всё ещё очень близка к той, что была установлена Теобальдом Бёмом. Работа его в этой области была во многом эмпирической ("Профиль головки несомненно определяется экспериментом, а не каким-либо математическим расчётом на основе параболы. Было измерено около сотни каналов флейт, среди которых инструменты почти всех известных производителей. Большинство из них никоим образом не напоминают параболу." - Дейтон Кларенс Миллер. - прим. переводчика). Факторы, влияющие на интонацию, уже достаточно хорошо изучены физиками и в данной статье представлен обзор этой темы.

В блокфлейте направление воздушной струи на кромку лабиума фиксировано и в достаточно малой степени поддаётся корректировке музыкантом, а давление воздуха является единственной переменной. На поперечной флейте роль виндвея выполняют губы музыканта. Таким образом, амбушюрное отверстие является лишь частью механизма звукообразования и может быть проанализировано только в совокупности с конкретным типом звукоизвлечения, но не само по себе. Из этого утверждения следует также, что не существует универсального и единственно верного дизайна канала головки. Но мы можем кое-что сказать о последствиях при изменении геометрии, которые предсказуемо изменят интонацию в нужную нам сторону на любом профиле и при любом характере звукоизвлечения.

Параметры, влияющие на интонацию: размер и форма амбушюрного отверстия, пробковая полость, диаметр канала напротив амбушюрного отверстия и отношение этого диаметра к диаметру цилиндрической части флейты. Довольно непросто отобразить эффект каждой из этих взаимодействующих друг с другом переменных, но мы попытаемся показать, как они изменяют акустическую длину головного канала. Это можно представить как единицу длины трубки того же диаметра, что у цилиндрического тела флейты, которой можно заменить часть головки для получения той же частоты для каждой конкретной ноты. Благодаря сложной геометрии головки и переменчивому амбушюру флейтиста, эта акустическая длина изменяется в зависимости от частоты. Фактически, этот принцип служит для устранения части приёмов корректировки интонации - изменения воздушной струи, увеличения или уменьшения силы и концентрации потока воздуха. В некоторых случаях следует построить график зависимостей акустической длины и частоты, дабы проследить взаимосвязи с интонацией.

Эффективная высота отверстия.

Высота ноты зависит от длины столба воздуха, содержащегося в открытом с двух сторон корпусе флейты. Этот столб укорачивается при последовательном открытии отверстий. Чтобы отверстия начали быть задействованы в процессе, требуется создать определённое звуковое давление, так как у отверстий наличествует сопротивление. Одной из основных переменных и является это сопротивление. Например, если начать играть на снятой с флейты головке, прикрывая часть выходного отверстия пальцем, то чем больше закрыт торец, тем играемая нота звучит ниже. То же самое можно получить, прибавив к головке трубку достаточной длины для получения той же ноты. Эта требуемая дополнительная длина трубки является удобной мерой сопротивления рассматриваемого отверстия и используется некоторыми физиками для прогнозирования поведения конкретного отверстия в инструменте. Это называется высотой отверстия, как если бы это была трубка того же диаметра, что и канал флейты, установленная перпендикулярно основной трубке и имеющая высоту, равную h. Когда мы будем использовать слово "высота" в этом обсуждении, то оно будет всегда ссылаться на этот показатель, а не на фактическое измерение.

То же правило можно применить и к амбушюрному отверстию. Когда мы играем больше внутрь отверстия, то нижняя губа закрывает его сильнее. Уменьшается площадь и увеличивается эффективная высота, h. Результатом является понижение строя. Это происходит именно из-за уменьшения площади отверстия, а не изменения направления воздушной струи. Чтобы в этом убедиться, достаточно поударять пальцами по отверстиям не дуя во флейту и меняя площадь отверстия нижней губой.
Эффективная высота прикрытого губой амбушюрного отверстия является важнейшим параметром, определяющим влияние головки на интонацию. Эта эффективная высота составляет примерно 50 мм, но может существенно варьироваться в пределах 30-65 мм, в зависимости от прикрытия отверстия. Модификации, вызванные этими факторами будут обсуждены ниже. По мере увеличения частоты, флейтист должен уменьшать время прохождения воздушной струи от губ до кромки отверстия. Делается это сокращением расстояния и увеличением давления. Блокфлейта в этом смысле имеет ограничение, что объясняет определённое превосходство поперечных флейт над продольными с виндвеем. Оба этих приёма применяются в разной пропорции, в зависимости от музыканта, инструмента, стиля игры. Для примера, давление воздушной струи, измеренное при игре двух профессиональных флейтистов, разнится более чем в два раза.

По мере того, как флейтист поднимается по шкале или переходит в другую октаву, он изменяет эффективную высоту амбушюрного отверстия и, вместе с этим, эффективную длину флейты. Это изменение эффективной длины частично компенсируется профилем головки, а также полостью между амбушюрным отверстием и пробкой. Общий строй флейты, зависящий от привычек музыканта, регулируется настроечным слайдом. Но упомянутая компенсация не одинакова для разных частот. Подчас, головка, обеспечивающая хорошую интонацию для одного музыканта, не может это сделать для другого. Изменение площади амбушюрного отверстия на 1 мм, что довольно существенно, изменит его высоту примерно на 3 мм. Изменение глубины отверстия также повлияет на акустическую высоту. Увеличение глубины на 1 мм приравнивается к увеличению акустической высоты на 2 мм. Следовательно, небольшие изменения размеров амбушюрного отверстия приведут к ощутимым изменениям высоты тона. Но, поскольку общую высоту строя не составляет труда отрегулировать другими методами, амбушюрное отверстие должно быть сконструировано с учётом наилучших характеристик звучания.

Пробковая полость.

Ранее мы говорили, что частично заглушённое отверстие действует как дополнительная длина трубки. На самом деле, это справедливо только для низких частот. Сопротивление отверстия растёт прямо пропорционально частоте. Сопротивление трубки растёт сначала таким же образом, но затем увеличивается всё быстрее. Если мы хотим, чтобы отверстие в этом имитировало трубку, мы должны сделать небольшую полость, которая будет составлять около одной трети акустической высоты амбушюрного отверстия и находиться рядом с ним. Способ этот был открыт задолго до его теоретического обоснования и применяется на поперечных флейтах уже много веков. Важен только объём этой камеры между пробкой и амбушюрным отверстием, а форма её не принципиальна до тех пор, пока это не затрагивает канал от начала отверстия.

Весь этот объём вместе с объёмом амбушюрного отверстия, при правильном выборе, будет хорошо работать во всём диапазоне частот. На рисунке показана эффективная акустическая длина (то есть, имитируемая длина трубы) играемой ноты. Сплошная кривая показывает объём, который даёт хорошее приближение к частотно-независимой акустической длине. Пунктирные кривые показывают другие возможные варианты. Расстояние измерено от центра отверстия. Здесь мы сразу наблюдаем важный факт - умеренные изменения положения пробки почти не влияют на настройку нижнего регистра, умеренно действуют на второй регистр и наибольшее влияние оказывают на третий.

Пока мы рассуждаем об эффективной длине флейты, следует проговорить ещё один момент. Различные ноты по-разному реагируют на изменение длины. При сдвигании слайда на несколько миллиметров, высота C5 повысится вдвое больше высоты C4, потому что длина воздушного столба отличается в два раза. Та же ситуация и с другими переменными - прикрытием амбушюрного отверстия и позицией пробки.

Канал.

Если бы флейтист задался целью играть все ноты с неизменным положением губ, то и цилиндрическая головка могла бы обеспечить довольно хорошую интонацию. Здесь в игру вступают другие факторы - поправки на высоту игровых отверстий и эффекты полостей под закрытыми клапанами, но основной причиной использования головки сложного профиля является управление строем при разном перекрытии амбушюрного отверстия в разных регистрах. Кривые акустической длины головок показаны на рисунке. Для каждой высоты отверстия - своя кривая.

Если, например, при игре C4 флейтист использует высоту h=40, то мы видим на нижней кривой, что акустическая длина равна 205 мм. С D5, что близко к октаве, прикрытие амбушюрного отверстия может дать h=50 и на средней кривой длина будет снова 205 мм. На верхней кривой с h=60 нота D6 третьего регистра тоже равна 205 мм. Таким образом, благодаря сложному профилю, акустическая длина для всех нот приблизительно постоянна. В третьей октаве мы не хотим слишком большой компенсации профилем головки из-за повышения высоты большинства нот отверстиями. Здесь вступает в дело пробковая полость, выравнивающая кривые на высоких частотах. Пунктирные ответвления кривой h=50 показывают, как может измениться кривая при перемещении пробки.

Формы кривых зависят от геометрии конуса, который, очевидно, может принимать различные формы. Сложная часть канала обычно равна 120 мм и диаметр его напротив амбушюрного отверстия - 17,3 мм. На рисунке показано, как изменяется акустическая длина в трёх вариантах этого диаметра. При этом, геометрия канала и амбушюрного отверстия остаются неизменными.

Так как общая длина должна быть отрегулирована настроечным слайдом, кривые смещались до тех пор, пока каждая не достигла равной акустической длины для A4. Мы видим, что самая широкая головка имеет тенденцию повышать нижние ноты и сглаживать высокие. Она подойдёт флейтисту, склонному в меньшей степени изменять прикрытие отверстия в разных регистрах. Также, эта головка может помочь классическому инструменту получить более современный звук. Как отмечалось ранее, верхние концы этих кривых можно изменить положением пробки с небольшим эффектом в первых двух регистрах.

Изменение профиля, занимающего первые 90 мм из 120 мм, будет изменять кривую почти так же, как изменение диаметра в районе отверстия. Совершенно различные профили могут давать очень похожие характеристики. Акустическая длина может быть измерена с помощью электронных методов или рассчитана математически.

Амбушюр.

Из опыта игры на блокфлейтах, имеющих фиксированное направление воздушной струи, становится очевидно, что давление влияет на высоту и громкость. На поперечной флейте, музыкант при изменении громкости должен менять свой амбушюр для сохранения правильной высоты нот. Для разных регистров приходится находить разные положения. Если для первого и третьего регистров они могут довольно неплохо совпадать, то во втором регистре музыканты часто играют выше, чем необходимо. Таким образом, невозможно заранее предсказать, насколько верные ноты на каждой конкретной флейте будет воспроизводить музыкант. Но, измерив высоту звука конкретной флейты с конкретным музыкантом, появляется возможность рассчитать и внести необходимые изменения для корректировки интонации.

John Coltman
Flute Notes, London. 1985.
Перевёл Марат Аксянов.