Камертон

Камертон — это инструмент, предназначенный для воспроизведения эталонной высоты звука (обычно ноты «ля» первой октавы, частота 440 Гц), используемый для настройки музыкальных инструментов и в качестве эталона высоты тона в хоровом пении. Представляет собой металлический стержень U-образной формы, закреплённый на ручке-держателе, который при ударе издаёт чистый, затухающий звук определённой частоты. В более широком смысле термин может обозначать любой источник эталонного звука, включая электронные или виртуальные аналоги.

История

Изобретение и ранние конструкции

Изобретение камертона приписывается английскому трубачу и придворному музыканту Джону Шору (John Shore) около 1711 года. Шор, служивший при дворе королевы Анны, нуждался в компактном и точном устройстве для настройки инструментов, в отличие от громоздких и нестабильных органных труб или виолончелей. Его конструкция — стальной стержень, согнутый в виде буквы «U» с ручкой в центре — остаётся классической до сих пор. Первоначально камертон Шора издавал звук ноты «ля» с частотой около 422,5 Гц, что соответствовало лондонскому стандарту того времени.

Развитие и стандартизация

В XVIII—XIX веках камертон стал основным инструментом для настройки в оркестрах и хорах. Однако частота эталонного «ля» варьировалась в разных странах и эпохах: от 415 Гц в барочной музыке до 435 Гц в Париже (1859) и 440 Гц в Вене (1885). В 1939 году Международная федерация национальных стандартизирующих организаций (ISA) рекомендовала частоту 440 Гц в качестве стандарта. В 1955 году Международная организация по стандартизации (ISO) утвердила стандарт ISO 16:1975, закрепивший 440 Гц для ноты «ля» первой октавы. В СССР этот стандарт был введён с 1950-х годов.

Электронные и цифровые аналоги

С середины XX века появились электронные камертоны, генерирующие звук с помощью кварцевого резонатора или цифрового синтезатора. Они обеспечивают более высокую точность (погрешность менее 0,01 Гц) и могут воспроизводить несколько нот. В XXI веке широкое распространение получили программные камертоны (приложения для смартфонов и компьютеров), а также встроенные функции в тюнерах и метрономах. Несмотря на это, классический механический камертон остаётся популярным благодаря простоте, надёжности и независимости от источников питания.

Устройство и принцип действия

Механический камертон

Классический камертон состоит из:

• Вилки — двух стальных (реже из алюминиевого сплава) стержней, согнутых в форме буквы «U». Длина, толщина и сечение стержней определяют частоту собственных колебаний.
• Ручки — центрального стержня, соединяющего вилку и служащего для удержания инструмента. Ручка также передаёт колебания на резонатор (например, деревянную коробку или стол).

Принцип действия основан на явлении резонанса. При ударе по вилке (например, молоточком или о твёрдую поверхность) стержни начинают колебаться в противофазе: один сближается с другим, затем расходится. Это создаёт в окружающем воздухе звуковую волну, частота которой равна собственной частоте колебаний вилки. Звук чистый (почти синусоидальный) и быстро затухает из-за потерь энергии на трение и излучение.

Электронный камертон

Электронные камертоны используют кварцевый резонатор или цифровой генератор для создания сигнала эталонной частоты. Сигнал усиливается и подаётся на динамик или наушники. Такие устройства часто совмещают функции камертона, тюнера и метронома. Цифровые камертоны (приложения) работают на основе алгоритмов, генерирующих звук через аудиовыход смартфона или компьютера.

Виды и классификация

Камертоны классифицируются по нескольким признакам:

По способу возбуждения звука

• Механические (ударные) — требуют физического удара для начала колебаний.
• Электронные — генерируют звук непрерывно или по нажатию кнопки.
• Программные — эмулируют механический камертон в виде приложения.

По назначению

• Музыкальные — для настройки инструментов и хоров. Наиболее распространённые ноты: «ля» (440 Гц), «до» (523,25 Гц), «ми» (659,25 Гц), «соль» (392 Гц).
• Акустические — для калибровки измерительных приборов (микрофонов, шумомеров). Часто имеют частоту 1000 Гц.
• Медицинские — для оценки слуха (аудиометрия). Используются частоты 128, 256, 512, 1024, 2048 Гц. Камертон Квинке (с двумя ветвями) применяется для диагностики костной проводимости.
• Физические — для демонстрации резонанса, интерференции и других волновых явлений в учебных экспериментах.

По форме и конструкции

• Классический U-образный — с ручкой.
• С резонаторной коробкой — для усиления звука (например, в наборах для настройки фортепиано).
• В виде вилки с двумя ветвями — для медицинских целей (камертон Квинке).
• С изменяемой частотой — с подвижным грузиком на одной из ветвей (редко).

Применение

Музыка

Основное применение камертона — настройка музыкальных инструментов. Музыканты (скрипачи, альтисты, виолончелисты) используют его для настройки четырёх струн по квинтам, начиная с «ля». Пианисты и настройщики фортепиано применяют камертон для калибровки слуха и проверки строя. В хоровом пении камертон задаёт начальную высоту тона для всех голосов.

Медицина

В оториноларингологии и аудиологии камертон используется для оценки слуха (камертональная аудиометрия). Врач ударяет камерон и подносит его к уху пациента (воздушная проводимость) или прикладывает ручку к сосцевидному отростку (костная проводимость). Сравнение порогов слышимости позволяет выявить кондуктивную (среднее ухо) или нейросенсорную (внутреннее ухо) тугоухость. Классические тесты: Ринне, Вебера, Швабаха.

Физика и образование

Камертон — классический демонстрационный инструмент в школьных и университетских курсах физики. С его помощью изучают:

• Свободные и вынужденные колебания.
• Резонанс (например, если два одинаковых камертона поставить рядом, один из них, после удара по другому, начнёт звучать).
• Интерференцию и биения.
• Скорость звука (с помощью резонансной трубы).

Промышленность и калибровка

В акустических измерениях камертон используется для калибровки звукового оборудования (микрофонов, громкоговорителей, шумомеров) на эталонную частоту. В часовом деле и механике — для проверки точности кварцевых резонаторов.

Интересные факты

• Самый большой камертон в мире (высота около 3 метров) установлен в городе Беркли (Калифорния, США) и используется для акустических экспериментов.
• В некоторых культурах камертон применяется в качестве ритуального или медитативного инструмента (например, в тибетских поющих чашах).
• Стандартная частота 440 Гц была выбрана не случайно: она обеспечивает наилучшую слышимость и удобство для большинства инструментов. Существуют альтернативные стандарты (432 Гц, 444 Гц), используемые в отдельных направлениях музыки.
• В СССР камертон был обязательным атрибутом каждого школьного кабинета физики, а также входил в наборы для настройки фортепиано.

Критика и альтернативы

Основной недостаток механического камертона — ограниченный набор частот (обычно одна нота) и необходимость физического удара. Электронные и программные аналоги лишены этих недостатков, но требуют электропитания и могут быть менее точными при некачественной реализации. Некоторые музыканты предпочитают настраивать инструменты «на слух» по камертону, другие — с помощью электронных тюнеров, которые показывают отклонение от эталона в центах. В хоровой практике камертон иногда заменяют настройкой по первому звуку аккомпанирующего инструмента.

Источники

• «Музыкальная энциклопедия», том 2, 1974.
• «Физический энциклопедический словарь», 1983.
• ISO 16:1975 «Acoustics — Standard tuning frequency (Standard musical pitch)».
• «История камертона» (статья в журнале «Музыкальная жизнь», 2005).
• «Аудиология и слухопротезирование» (учебник для медицинских вузов, 2010).