Введение
Музыкальный интервал - логарифмическая единица измерения, используемая для измерения музыкальных интервалов. Равномерно темперированный двенадцатитоновый строй делит октаву на 12 полутонов, каждый из которых равен 100 центам. Центы обычно используются для выражения небольших интервалов, проверки интонации или для сравнения размеров сопоставимых интервалов в различных системах строя. Для человека один цент слишком мал, чтобы быть воспринятым между последовательными нотами. Центы, как описал Александр Джон Эллис, продолжают традицию измерения интервалов логарифмами, начатую Хуаном Карамуэлем и Лобковицем в XVII веке. Эллис выбрал основывать свои измерения на сотой части полутона, по предложению Роберта Холфорда Макдуэлла Босанке. Проведя обширные измерения музыкальных инструментов со всего мира, Эллис использовал центы для представления и сравнения используемых гамм, а также описал и применил систему в своем издании 1875 года труда Германа фон Гельмгольца «О ощущениях тона». В настоящее время это стандартный метод представления и сравнения музыкальных высот и интервалов.
The cent is a logarithmic unit of measure used for musical intervals. Twelve tone equal temperament divides the octave into 12 semitones of 100 cents each. Typically, cents are used to express small intervals, to check intonation, or to compare the sizes of comparable intervals in different tuning systems. For humans, a single cent is too small to be perceived between successive notes. Cents, as described by Alexander John Ellis, follow a tradition of measuring intervals by logarithms that began with Juan Caramuel y Lobkowitz in the 17th century. Ellis chose to base his measures on the hundredth part of a semitone, , at Robert Holford Macdowell Bosanquet's suggestion. Making extensive measurements of musical instruments from around the world, Ellis used cents to report and compare the scales employed, and further described and utilized the system in his 1875 edition of Hermann von Helmholtz's On the Sensations of Tone. It has become the standard method of representing and comparing musical pitches and intervals.
История
В статье Александра Джона Эллиса «О музыкальных ладах различных народов», опубликованной в 1885 году в журнале Journal of the Society of Arts, официально была представлена центовая система, предназначенная для изучения музыкальных ладов различных народов путем их сравнения и сопоставления. Центовая система уже была определена в его «Истории музыкальной высоты», где Эллис пишет: «Если бы мы предположили, что между каждой парой соседних нот, образующих равный полутон [ ], было вставлено 99 других нот, создающих точно равные интервалы друг с другом, мы разделили бы октаву на 1200 равных частей равного полутона, или центов, как их можно кратко назвать». Эллис определил высоту музыкальной ноты в своей работе 1880 года «История музыкальной высоты» как «количество двойных или полных колебаний, в обе стороны, совершаемых в секунду частицей воздуха, когда нота слышна». Позже он определил музыкальную высоту как «высоту, или V [обозначающее "двойные колебания"] любой названной музыкальной ноты, которая определяет высоту всех остальных нот в определенной системе строя». Он отмечает, что эти ноты, звучащие последовательно, образуют лад инструмента, а интервал между любыми двумя нотами измеряется «отношением меньшего числа колебаний к большему, или дробью, полученной путем деления большего на меньшее». Абсолютные и относительные высоты также были определены на основе этих соотношений. Эллис отметил, что «задача настройщика состоит в том, чтобы интервал [ ] между любыми двумя нотами, соответствующими любым двум соседним клавишам, был точно одинаковым по всему инструменту. Результат называется равным темпераментом или строем, и это система, используемая в настоящее время по всей Европе». Далее он приводит вычисления для приближенного определения соотношения в центах, добавляя, что «как правило, нет необходимости выходить за пределы ближайшего целого числа центов». Эллис представляет в этой статье применение центовой системы к музыкальным ладам различных народов, которые включают: (I. Гептатонические лады) Древняя Греция и современная Европа, Персия, Аравия, Сирия и Шотландское нагорье, Индия, Сингапур, Бирма и Сиам; (II. Пентатонические лады) Южная часть Тихого океана, Западная Африка, Ява, Китай и Япония. И он приходит к выводу, что «Музыкальный лад не един, не "естественен" и даже не обязательно основан на законах строения музыкального звука, так блестяще разработанных Гельмгольцем, но очень разнообразен, очень искусственен и очень прихотлив».
Сравнение больших третей в справедливом и равномерном темпераменте
Большая терция в стройной интонации имеет частотное отношение 5:4 или ~386 центов, а в равной темперации – 400 центов. Эта разница в 14 центов составляет примерно седьмую часть полутона и достаточно заметна для слуха.
Линейная приближенность по частям
По мере увеличения x от 0 до 1/12, функция 2x увеличивается почти линейно от 1.00000 до 1.05946, что позволяет использовать кусочно-линейное приближение. Таким образом, хотя центы представляют собой логарифмическую шкалу, небольшие интервалы (менее 100 центов) можно приближенно представить линейным соотношением 1 + 0.0005946 вместо истинного экспоненциального соотношения 2. Ошибка округления равна нулю при x = 0 или 100 и составляет всего около 0.72 цента при x = 50 (где точное значение 2 ≈ 1.02930 приближается к 1 + 0.0005946 × 50 ≈ 1.02973). Эта ошибка значительно ниже порога человеческого восприятия, что делает это кусочно-линейное приближение достаточным для большинства практических целей.
Человеческое восприятие
Трудно установить, сколько центов различимы для человеческого слуха; эта точность сильно варьируется от человека к человеку. Один автор утверждал, что люди могут различать разницу в высоте тона примерно в 5–6 центов. Порог восприятия, технически известный как минимально различимая разница (JND), также изменяется в зависимости от частоты, амплитуды и тембра. В одном исследовании изменения тембра снизили способность студентов-музыкантов распознавать отклонения в высоте тона от правильного значения на ±12 центов. Также было установлено, что расширение тонального контекста позволяет слушателям более точно оценивать высоту звука. "В то время как интервалы менее нескольких центов обычно неразличимы для человеческого уха в мелодическом контексте, в гармонии даже небольшие изменения могут приводить к значительным изменениям в биениях и диссонансе аккордов". При прослушивании тонов с вибрато есть данные, свидетельствующие о том, что люди воспринимают среднюю частоту как центр тона. Одно исследование современных исполнений "Ave Maria" Шуберта показало, что диапазон вибрато обычно составлял от ±34 центов до ±123 центов, в среднем ±71 цент, и отмечалось большее колебание в оперных ариях Верди. Здоровые взрослые способны надёжно распознавать разницу в высоте тона даже в 25 центов. Однако взрослые с амузией испытывают трудности с распознаванием разницы менее 100 центов и иногда испытывают трудности даже с такими или более широкими интервалами.
Октава
Представление музыкальных интервалов логарифмами почти так же старо, как и сами логарифмы. Логарифмы были изобретены лордом Непером в 1614 году. Уже в 1647 году Хуан Карамуэль и Лобковиц (1606–1682) в письме к Афанасию Кирхеру описал применение логарифмов по основанию 2 в музыке. В этом основании октава представляется числом 1, полутон – 1/12 и так далее.
Гептамериды
Джозеф Совёр в своей работе «Principes d'acoustique et de musique» 1701 года предложил использовать десятичные логарифмы, вероятно, из-за доступности таблиц. Он использовал логарифмы, вычисленные с точностью до трёх десятичных знаков. Десятичный логарифм 2 равен приблизительно 0,301, который Совёр умножает на 1000, получая 301 единицу в октаве. Для работы с более удобными единицами он предлагает брать 7/301, чтобы получить единицы, равные 1/43 октавы. Таким образом, октава делится на 43 части, названные «меридами», которые, в свою очередь, делятся на 7 частей, называемых «гептамеридами». Совёр также рассматривал возможность дальнейшего деления каждой гептамериды на 10, но фактически не использовал такие микроскопические единицы.
Саварт
Феликс Савар (1791–1841) перенял систему Совёра, не ограничивая количество десятичных знаков логарифма 2, из-за чего значение его единицы измерения различается в разных источниках. При пяти десятичных знаках десятичный логарифм 2 равен 0,30103, что соответствует 301,03 савару в октаве. Это значение часто округляется до 1/301 или 1/300 октавы.
Прони
В начале 19 века Гаспар де Прони предложил логарифмическую единицу с основанием , где единица соответствует полутону в равном темпераменте. Александр Джон Эллис в 1880 году описал большое количество эталонов высоты тона, которые он зафиксировал или вычислил, указывая отклонение в прони с двумя десятичными знаками, то есть с точностью до 1/100 полутона, от теоретической высоты тона в 370 Гц, принятой за точку отсчета.
Стотонные
Центитон (также Иринг) — музыкальный интервал (2, ) равный двум центам (2), предложенный Видогастом Ирингом в Die reine Stimmung in der Musik (1898) в качестве единицы измерения, равной 600 шагов на октаву, а позже Джозефом Яссером в A Theory of Evolving Tonality (1932) как 100 шагов на равнотемперированный целый тон. Иринг заметил, что Grad/Werckmeister (1,96 цента, 12 на пифагорову запятую) и шисма (1,95 цента) почти идентичны (≈ 614 шагов на октаву) и оба могут быть приближены к 600 шагам на октаву (2 цента).