На музыке. Наука о человеческой одержимости звуком

Человеческое ухо воспринимает звуки частотой от 20 до 20 000 Гц, но не все они музыкальны, и мы не способны однозначно присвоить многим из них ту или иную высоту. Аналогичным образом цветам в инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра мы не можем дать четкого определения – в отличие от цветов, расположенных ближе к его середине. Рисунок выше иллюстрирует диапазоны музыкальных инструментов. Частота среднестатистического мужского голоса при разговоре – около 110 Гц, а женского – около 220 Гц. Гул люминесцентных ламп или неисправной проводки имеет частоту 60 Гц (это в Северной Америке, а в странах с другим стандартом напряжения, например в европейских, – около 50 Гц). Высокий звук голоса, которым певица разбивает бокал, может достигать частоты в 1000 Гц. Бокал трескается, потому что у него, как и у всех физических объектов, есть естественная частота колебаний. Соответствующий звук можно услышать, если слегка стукнуть пальцем по стенке бокала, а если он из хрусталя, то поводить по кромке мокрым пальцем. Когда голос певицы попадает в эту частоту, молекулы вещества, из которого сделан бокал, начинают колебаться, связи между ними становятся слабее – и бокал разбивается.

У стандартного фортепиано 88 клавиш. В редких случаях у него есть несколько дополнительных клавиш внизу, а у электронных пианино, органов и синтезаторов бывает по 20 или 24 клавиши, но это особые случаи. Самая низкая нота на стандартном фортепиано имеет частоту 27,5 Гц. Интересно, что примерно та же частота смены кадров представляет важный порог в зрительном восприятии. Если менять фотографии с такой скоростью, возникнет иллюзия движения. Кинофильм – это последовательность неподвижных изображений, которые показываются со скоростью 24 кадра в секунду, что превышает скорость восприятия зрительной системы человека. В 35-миллиметровом пленочном проекторе каждое изображение показывается на экране примерно в течение 1/48 секунды, а затем идет черный кадр той же длительности, поскольку между изображениями объектив закрывается. Мы воспринимаем происходящее на экране как плавное непрерывное движение, когда на самом деле нам ничего подобного не показывают. (В старых фильмах можно заметить мерцание, потому что изображения там менялись со скоростью 16–18 кадров в секунду – это ниже нашего порога восприятия, и потому мы замечаем разрывы.) Когда молекулы колеблются примерно с той же скоростью, мы слышим плавный непрерывный звук. Если в детстве вы вставляли игральные карты в спицы велосипедного колеса, то вот вам иллюстрация этого принципа: если колесо вращается медленно, вы слышите отдельные щелчки карты по каждой спице. А если разогнать его до определенной скорости, то щелчки сольются в один звук – непрерывное жужжание, которому можно подпевать, потому что у него есть определенная музыкальная высота.

Если сыграть на фортепиано самую низкую ноту, воздух будет колебаться с частотой 27,5 Гц, и большинство людей не услышит в звуке определенной музыкальной высоты – она проявляется ближе к середине клавиатуры. Многие не могут точно определить высоту самых низких и самых высоких нот на фортепианной клавиатуре. Композиторы это знают и либо используют такие ноты, либо избегают их в зависимости от того, чего пытаются достичь с точки зрения композиции и эмоциональной окраски произведения. Звуки с частотой выше самой высокой ноты на клавиатуре фортепиано, примерно от 6000 Гц, кажутся тонким свистом. Звуки выше 20 000 Гц многие люди вообще не слышат, а к 60 годам большинство уже не воспринимает колебания, частота которых превышает 15 000 Гц, из-за того что волосковые клетки во внутреннем ухе с возрастом становятся жестче. Так что, когда мы говорим о музыкальном диапазоне или о той части фортепианной клавиатуры, где мы лучше всего различаем высоту звука, мы имеем в виду примерно 3/4 всех нот, которые можно сыграть на фортепиано, – они имеют частоту примерно от 55 до 2000 Гц.

Высота звука – одно из основных средств для выражения музыкальной эмоции. Передать настроение, волнение, спокойствие, создать романтичное или тревожное чувство можно по-разному, но именно высота звука является решающим фактором. Всего одна высокая нота способна выразить беспокойство, а одна низкая – печаль. Из нескольких нот создаются еще более мощные музыкальные высказывания со множеством нюансов.

Мелодия определяется сочетанием и соотношением нот во времени. Большинство людей без труда распознают знакомую мелодию, даже если сыграть ее в более высокой или более низкой тональности. На самом деле у многих мелодий нет единственно верной начальной высоты – они свободно плавают в пространстве, и начать их можно с любого места. Песенка “Happy Birthday” («C днем рождения») – один из таких примеров. Мелодию можно рассматривать как абстрактный прототип, получающийся при определенном сочетании тональности, темпа, инструментовки и т. д. Когнитивный психолог сказал бы, что мелодия – это слуховой объект, который сохраняет свою идентичность, несмотря на изменения, подобно тому как сохраняет свою идентичность стул, когда его переставили в другую часть комнаты, перевернули или покрасили в красный цвет. Поэтому, если вы услышите знакомую песню на большей громкости, чем раньше, вы все равно узнаете ее и определите как ту же самую песню. То же относится и к изменению абсолютного значения высоты звука, если относительные интервалы между нотами в мелодии остаются прежними.

Понятие относительного значения высоты звука легко проиллюстрировать на примере того, как мы говорим. Когда вы спрашиваете кого-то, естественный тон вашего голоса повышается в конце предложения, сигнализируя о том, что это вопрос. Однако вы не пытаетесь соблюсти какую-то определенную высоту звука. Достаточно того, что тон в конце предложения выше, чем в начале. По крайней мере, так устроена вопросительная интонация в английском языке (в других языках интонационные конструкции могут быть иными, их нужно учить). В лингвистике это явление относят к просодическим средствам. Подобные общепринятые конструкции существуют и в музыке, написанной в западной традиции. Некоторые последовательности высот вызывают ощущение спокойствия, другие – возбуждения. Медленное, преимущественно ступенчатое нисходящее движение мелодии в композиции «Утро» из Сюиты № 1 Эдварда Грига к пьесе «Пер Гюнт» передает умиротворенность, а в «Танце Анитры» из той же сюиты хроматическое восходящее движение (со случайными и игриво нисходящими интервалами при общем повышении тона) создает ощущение большего действия. Восприятие этих ощущений мозгом основано на обучении, подобно тому как нам приходится запоминать, что повышение интонации означает вопрос. Мы все обладаем врожденной способностью усваивать языковые и эстетические особенности той культуры, в которой родились, а опыт взаимодействия с музыкой этой культуры формирует наши нейрональные связи таким образом, что в итоге мы запоминаем набор правил, общих для данной музыкальной традиции.

У разных инструментов разный диапазон доступной высоты звука. У фортепиано самый широкий диапазон по сравнению с другими инструментами, как мы уже видели на рисунке. Каждый из оставшихся инструментов охватывает определенное подмножество доступных нот, и это определяет выбор инструментов для передачи эмоций. Флейта-пикколо, с высоким пронзительным звуком, близким к голосу птицы, обычно вызывает легкое, радостное настроение, независимо от того, какие ноты на ней играют. Композиторы часто используют пикколо для создания веселой или воодушевляющей музыки, например, Джон Суза задействовал этот инструмент в своих маршах. Точно так же в сказке «Петя и Волк» Прокофьев с помощью флейты окрашивает персонаж птички, а валторной обозначает появление волка. Индивидуальный характер персонажей выражается в тембре различных инструментов, и у каждого из них свой лейтмотив – мелодическая фраза или фигура, сопровождающая появление идеи, персонажа или ситуации. (Особенно это касается вагнеровской музыкальной драмы.) Если композитор предпочитает грустные мелодии, он добавит партию для пикколо в свое произведение разве что ради иронии. Низкие, глубокие звуки тубы или контрабаса часто используются для передачи ощущения торжественности, весомости, силы притяжения.

Сколько всего значений у высоты звука? По сути, она представляет собой колебания молекул, а значит, технически значений может быть бесконечное множество. Назовите любую пару частот, и я высчитаю среднее значение между ними – звук с таким значением высоты теоретически может существовать. Однако не любое изменение частоты заметно изменит высоту звука, подобно тому как попавшая в рюкзак песчинка не сделает его заметно тяжелее. И не любые изменения частоты работают в музыке. Люди неодинаково восприимчивы к небольшим ее перепадам. Обучение развивает слух, но, вообще говоря, в большинстве культур интервалы существенно меньше полутона не используются в качестве основы для музыки, и лишь немногие слушатели способны точно уловить изменения высоты менее чем в 1/10 полутона.

Способность различать высоту звуков основана на физиологии и варьирует у разных животных. Как вообще получилось, что мы, люди, различаем ее? В базилярной мембране внутреннего уха есть волосковые клетки, чувствительные к колебаниям, и они реагируют на определенный диапазон частот. Они протянуты по всей мембране. Низкочастотные звуки возбуждают волосковые клетки на одном конце базилярной мембраны, звуки из среднего диапазона частот – в середине, а высокочастотные звуки – на другом ее конце. Можно представить, что на мембране есть карта различных высот, очень напоминающая клавиатуру фортепиано. Так как тоны распределены по всей поверхности мембраны, эта карта называется тонотипической.

Когда звук попадает в ухо, он проходит через базилярную мембрану, где в зависимости от его частоты активируются определенные волосковые клетки. Мембрана работает подобно фонарю с детектором движения, какие иногда устанавливают в садах. Определенная ее часть активируется и передает электрический сигнал в слуховую зону коры головного мозга. У той тоже есть тонотопическая карта – тоны располагаются на поверхности коры от низких к высоким, то есть разные области мозга реагируют на разные высоты. Высота звука настолько важна, что мозг представляет ее непосредственно. В отличие от большинства остальных характеристик звука, его высоту мы можем определить напрямую: введя в мозг человека электроды, мы могли бы понять, какой тон он слышит, наблюдая только за активностью мозга. Несмотря на то что музыка основана на соотношении тонов, а не на абсолютном значении высоты, парадоксальным образом именно на эти абсолютные значения мозг реагирует на всех стадиях обработки звуковой информации.

Непосредственное восприятие высоты звука настолько важно, что стоит это повторить. Если я вживлю электроды в зрительную кору вашего мозга (расположенную в его затылочной части и отвечающую за зрение), а потом покажу вам красный помидор, то ни одна группа нейронов не заставит соответствующие электроды покраснеть. А если я расположу электроды в вашей слуховой коре и сыграю чистую ноту с частотой 440 Гц, то у вас активируются нейроны, которые разряжаются именно с этой частотой, и электрод получит и передаст электрический сигнал с частотой 440 Гц. Можно сказать, в ухо влетело, из мозга вылетело!

Музыкальная гамма – лишь подмножество теоретически бесконечной последовательности значений высоты звука, и каждая культура обращается с ней или на основе исторической традиции, или несколько произвольно. Избранные тоны провозглашаются частью музыкальной системы. Названия нот можно увидеть на клавишах на рисунке. Сами эти названия – «ля», «си»[4 - В ряде стран, в частности в Англии, Голландии, США, для обозначения ноты си используется латинская буква B, при этом в классической теории музыки обозначение B соответствует ноте си-бемоль, а нота си обозначается латинской буквой Н. – Прим. ред.], «до» (или «A», «B», «C») и т. д. – произвольные обозначения, которые мы ассоциируем с определенными частотами. В западной музыке, то есть музыке европейской традиции, существуют только «принятые» ноты. Большинство инструментов предназначены для воспроизведения исключительно этих звуков, а не других. (Инструменты вроде тромбона и виолончели – исключение, на них можно сыграть звуки, расположенные между нотами. Тромбонисты, виолончелисты, скрипачи и т. д. немало времени тратят на то, чтобы научиться различать на слух и точно воспроизводить те частоты, которые попадают в «принятые» ноты.) Промежуточные звуки считаются ошибочными («не попал в ноту»), если не используются для выразительности (когда краткий «фальшивый звук» воспроизводится намеренно для создания эмоционального напряжения) или при переходе от одной «принятой» ноты к другой.

Настройка инструмента предполагает точное совпадение исполняемой ноты со стандартом (камертоном, тюнером) или определенное отношение между двумя и более исполняемыми нотами. Музыканты в оркестре настраиваются перед выступлением, синхронизируя свои инструменты (которые естественным образом расстраиваются, потому что дерево, металл, струны и другие материалы расширяются или сжимаются при изменении температуры и влажности) со стандартной частотой, а иногда друг с другом. Опытные музыканты нередко изменяют частоту тонов во время игры для большей выразительности (конечно, так не делают с инструментами, у которых высота фиксированная, например с клавишными и ксилофонами). Умело сыгранная нота, звучащая чуть выше или ниже своей номинальной высоты, позволяет передать определенные эмоции. Опытные музыканты, которые вместе играют в ансамбле, тоже меняют высоту тона своих инструментов, чтобы те звучали гармоничнее с остальными, если один или несколько их коллег отойдут от стандартной настройки во время исполнения.

В западной музыке ноты обозначаются латинскими буквами от A до G либо названиями до – ре – ми – фа – соль – ля – си. Эту систему обыграли Роджерс и Хаммерстайн в песне «До-ре-ми» из мюзикла The Sound of Music («Звуки музыки»): «До – воробушка гнездо, ре – деревья во дворе…» Ноты расположены по возрастанию частоты звука: у ре частота больше, чем у до (то есть нота ре выше, чем до), у ми частота больше, чем у до и ре. После си снова идет нота до, но уже следующей октавы и т. д. Ноты соседних октав с одним и тем же названием отличаются друг от друга по частоте в два раза. У одной из нот с названием ля частота 110 Гц. Нота с частотой в два раза меньше – 55 Гц – тоже называется ля, и нота с частотой в два раза больше – 220 Гц – тоже ля. Если дальше удваивать значение, мы получим ноты ля с частотой 440 Гц, 880 Гц, 1760 Гц и т. д.