Начнем со звуков, о которых справедливо было бы сказать, что они вовсе лишены тембра. По меньшей мере один из них вы наверняка слышали. Когда по какому-то телевизионному каналу нет передач, на экране мы видим телевизионную таблицу для настройки яркости, контрастности, четкости. Иногда эта таблица сопровождается ровным высоким звуком, который создается на телевизионной станции электронным звуковым генератором. Как-то охарактеризовать этот звук все-таки можно, но определения будут такими: холодный, пустой, неприятный. Именно такой здесь и нужен, потому что телевизионные мастера пользуются им для настройки звукового тракта и всякие бархатистые или ворчливые звуки будут только мешать, а то и вовсе не дадут правильно настроить телевизор.

Если изобразить этот звук на бумаге (а физики и математики умеют изображать почти все, в том числе и звук), получится правильная, безукоризненная синусоида. Она отражает то, что происходит при этом звуке в воздушной волне, достигающей нашего уха: уплотнения и разрежения воздуха совершенно одинаковы. Но если мы изобразим на бумаге звук такой же высоты, взятый на скрипке, симметричная форма синусоиды нарушится. Расстояния между ее вершинами останутся такими же, поскольку частота одинакова, но линия синусоиды образует какие-то новые выпуклости и углубления, поменьше основных. Значит, при звуке скрипки основные уплотнения в воздушной волне чередуются с дополнительными, более слабыми. Изображение звука кларнета тоже даст неправильную синусоиду, но дополнительные выпуклости будут другой формы и величины, не такой, как у звука скрипки.

Но перейдем от бумаги и воздуха к самому инструменту и посмотрим, как образуется тембр. Если у вас или у вашего товарища есть гитара, предлагаю проделать несложный опыт. Оставьте свободной самую толстую струну, остальные заглушите, пропустив между ними полоску тонкого картона. Это нужно для того, чтобы они не резонировали и не мешали опыту. Теперь защипните свободную струну и, пока она звучит, легонько прикоснитесь к ней пальцем точно над двенадцатым порожком грифа и тут же отдерните палец. Вам покажется, что вы остановили колебания струны. Но прислушайтесь: она продолжает звучать, хотя звук стал гораздо слабее и намного выше.

Повторите опыт в другом варианте. Снова защипните струну, но коснитесь ее уже не над двенадцатым порожком, а над седьмым. Вы услышите звук еще слабее и еще выше. Вы сможете выделить еще три достаточно отчетливых звука, коснувшись струны над четвертым, пятым, девятым порожками. Что же происходит? Звучащая струна колеблется не только вся целиком, но и своими частями — половинками, третями, четвертями и так далее. Когда вы коснулись струны над двенадцатым порожком, то есть точно посередине, колебания целой струны приглушились, но половинки продолжали звучать.

Коснулись над седьмым порожком — приглушили целую струну и половинки, но продолжали звучать трети. Над пятым — остались четверти. Точно так же колеблются и пятые части, и шестые, и более мелкие. То же самое происходит и с воздухом, заключенным в трубе духового инструмента. Тут мы с вами не сможем проделать опыт, потому что без специальных приборов не обойтись, но такие опыты проводились в лабораториях. Выяснилось, что столб воздуха в трубе тоже колеблется не только целиком, но и частями. И эти колебания рождают, как и в струне, дополнительные призвуки.

Вот теперь загадка тембра начала проясняться. Музыкальный звук состоит из основного тона и нескольких призвуков, которые называются обертонами. Отдельно мы не слышим обертонов (услышали, когда специально выделили их), но именно они, смешиваясь с основным тоном, образуют тембр. Звук, который сопровождает телевизионную таблицу, никаких обертонов не имеет, поэтому он такой скучный и неприятный. Да, но тембр у разных инструментов неодинаковый. Почему? В звуке может быть разное количество обертонов. Оно зависит от длины, толщины и материала струны, от длины и среднего диаметра духового инструмента. Обертонов в звуке может быть всего два, три, четыре, а может быть и гораздо больше. И чем больше обертонов, тем выше каждый последующий из них.