Каждый звук характеризуется своим тембром или окраской и высотой. Представить себе, что такое «высота звука» для новичка очень просто. Низкий звук — гудение, высокий—свист или писк. Музыканты классифицируют звуки по высоте, разделяя их на опре­деленные интервалы. Каждый музыкальный звук получил свое на­звание м обозначение: место в нотной системе. Тон «ля» камертона, например, является основной, исходной точкой, от которой «отме­ряются» все другие тоны. В технике точное определение высоты тона производится числом звуковых колебаний в секунду или их частотой. Единица измерения частоты — герц (Гц). Если мы скажем, что тол «ля» камертона имеет частоту 440 Гц, это значит, что камер­тон, настроенный на этот тон, колеблется 440 раз в секунду и в том же ритме колеблются частички воздуха, находящиеся в непосредст­венной близости.
'Второй тон на октаву выше первого — это значит, что у второго тона частота в 2 раза выше. Если частота тона в два раза меньше, то тон на октаву ниже. Октавы, взятые от камертонного «ля», при­водят соответственно к частотам 880, 1760, 3520 Гц, т. е. каждая из этих частот в 2 раза выше предыдущей. Точно так же октавы, взятые от камертонного «ля» вниз, образуют ряд звуков с частотами, уменьшающимися от октавы к октаве в 2 раза, т. е. 220, 110, 55, 27,5 Гц.
Музыкант эти топы обозначает как тоны «ля» и различает их один от другого, добавляя к названию ноты знак принадлежности ее к соответствующей октаве: первой, второй, третьей и т. д. (по мере возрастания частоты) или малой, большой, контроктаве и субкон-троктаве, т. е. к октавам, лежащим вниз от камертонного «ля» (от «ля» первой октавы). Самый низкий тон рояля «ля» субконтроктавы имеет частоту 27,5 Гц, у самого высшего то'на рояля «до» пятой октаны частота равна 4186 Гц. Самые длинные и толстые трубы органа генерируют частоту примерно 16 Гц. Они излучают самый низкий тон, какой еще способно воспринять человеческое ухо. На такой границе слухового восприятия мы уже сомневаемся, слышим ли мы музыкальный тон или чувствуем всем телом только низкие ко­лебания воздуха. Верхняя граница слухового восприятия лежит между частотами 16000—20000 Гц. У пожилых людей эта граница понижается до 12 000—15 000 Гц. Частоты выше предела слышимо­сти относятся к области ультразвука.
Собака слышит более высокие звуки, чем люди, поэтому хозяин может ее подозвать бесшумным ультразвуковым свистком. Летучая мышь издает в полете ультразвуковые сигналы, и по их отраже­ниям от препятствий она уверенно ориентируется в полете даже в полной темноте. Зоологи предполагают, что и дельфины объясня­ются звуками, значительная часть которых относится к ультразвуко­вому диапазону. Но звуки различных музыкальных инструментов мо­гут быть одинаковыми по высоте и все же отличаться один от дру­гого различным тембром или окраской. Что же собственно представ­ляет собой окраска звука и чем она определяется?
Колебания струны рояля или другого музыкального инструмен­та — не такое простое явление, как может показаться на первый взгляд. Хотя как единое целое струна колеблется с определенной основной частотой, некоторые ее части одновременно дополнительно колеблются с частотами в 2, 3, 4 и т. д. раз большими. И наряду с основным тоном возникают еще гармонические колебания (или про­сто гармоники), которые в музыке принято называть обертонами. Их частоты всегда выше основной частоты в целое число раз. Обер­тоны, их количество и интенсивность в сравнении с основной часто­той определяют окраску звука. Так, например, четные (второй, чет­вертый, шестой и т. д.) обертоны дают мягкую, приятную окраску, в то время как нечетные, особенно седьмой, дают резкие, пронзи­тельные звуки. Возникновение обертонов (гармоник) зависит от ме­ста и способа возбуждения струны (удар молоточка, трение смыч­ком), от резонанса самого тела и полостей инструмента, материала, из которого он изготовлен, и т. д. Подобным образом возникают обертоны и в других инструментах, например духовых.
Музыкальные инструменты мы узнаем по тембру, причем глав­ным признаком, по которому они различаются на слух, является именно гармонический состав звука, т. е. наличие и интенсивность в нем тех или иных обертонов. Если записать два одинаковых по высоте звука двух инструментов и с помощью электроакустического фильтра удалить все высшие гармоники, никто не различит эти звуки друг от друга. Поэтому то, что самые высокие звуки, исполь­зуемые в музыке, редко превышают частоту 4000 Гц, еще не означа­ет, что для записи или передачи музыки достаточно, чтобы оборудо­вание было способно передавать звуки в ограниченной этой частотой полосе.
Кроме основных тонов, издаваемых музыкальными инструмента­ми, наше оборудование дополнительно должно улавливать, фиксиро­вать и воспроизводить как можно больше гармоник, которые прида­ют «окраску», «блеск» и «живость» звучанию инструментов.