Текст книги "Физика и музыка"
Автор книги: Глеб Анфилов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 12 страниц)
Янковский задумал решить спор опытом – искусственно «обыграть» одну из удачных экспериментальных скрипок и проследить, как будет меняться при этом акустический спектр ее резонатора. Искусственное обыгрывание он хочет проделать чрезвычайно ускоренно – либо на каком-нибудь вибрационном приспособлении, либо с помощью «механического смычка», либо путем воздействия ультразвуком. Метод еще не выбран. Кто знает, быть может, «преждевременно состарить» скрипку удастся даже радиоактивным облучением. Янковский уже пытается улучшить этим способом древесину.
Работы впереди масса. Есть надежда сменить даже материал скрипки: вместо старинных ели да клена придумать какую-то особую волокнистую пластмассу – легкую, упругую прочную, наделенную рекордными акустическими свойствами исключительно равномерную, свободную от всякого рода «сучков» и «задоринок», чрезвычайно удобную для обработки. ЕЩЕ до войны академик Андреев начал экспериментировать в этом направлении.
...Видимо, недалек день, когда великолепные скрипки, виолончели, гитары, будут вытачиваться на станках-автоматах, а может быть... просто штамповаться, как портсигары и мыльницы. И не одни лишь прославленные, знаменитейшие! солисты, но и каждый оркестрант, каждый ученик музыкальной школы получит инструмент, которым сто лет назад восхитился бы сам Паганини.
Удивительно? Нет, в наш век – вполне закономерно.
ГЛАВА 4
ГОЛОС НА АНАЛИЗЕ
Как вы думаете, на каком экспериментальном фундаменте лежат успехи акустиков, овладевающих трудной тайной творения скрипки? В чем основа их работы?
Внимательный читатель ответит сразу. Главное тут в мастерстве физического анализа звука.
Умение анализировать звук всесторонне развилось в наши дни. То самое «разъятие» звука, «как труп», которым, как уверял Пушкин, кичливо хвастался Сальери, то самое расчленение звука в спектр обертонов, которое действительно совершил в свое время Гельмгольц, стало сегодня важнейшим оружием музыкальной науки.
Аппараты, преобразующие трубный глас и струнный звон в столбики светящихся диаграмм, трудятся в лабораториях множества музыкальных фабрик. Они помогают совершенствовать пианино на подмосковной фабрике «Заря», где разворачивает исследования известный знаток фортепьяно Николай Андреевич Дьяконов. Вы увидите их на Ленинградской фабрике имени Луначарского – родине гитар, балалаек, домр и неплохих отечественных арф.
А в акустической лаборатории Московской консерватории анализируется приборами даже человеческий голос. Среди консерваторских студентов-вокалистов бытует странно звучащее выражение: «Сдать голос на анализ».
Пожалуй, тут нет ничего неожиданного. Человеческий голосовой аппарат во многом похож на обычные музыкальные инструменты. Есть в нем и вибраторы – упругие мышечные связки, вибрирующие со звуковой частотой, есть и резонаторы – полости гортани и рта. Словом, голос певца и по источникам и по признакам своим подпадает под категорию музыкального звука и, стало быть, доступен акустическим исследованиям. Они здесь, впрочем, весьма своеобразны.
ЗВУКОВАЯ РЕЗИНА
Вы входите в лабораторию и сначала не замечаете ничего музыкального. Пахнет канифолью (не смычковой, а паяльной), лаборанты склонились над столами с электрооборудованием, на черной доске выведены мелком какие-то формулы. Такую картину можно встретить на любом радиозаводе или в научно-исследовательском институте.
Но если на вид лаборатория не слишком музыкальна, то звуки, раздающиеся в ней, вполне соответствуют консерваторским традициям. Одна из комнат обита мягкой драпировкой. Она служит студией – местом, откуда черпается материал для исследований. То и дело там рокочет бас, воркует тенор, раздаются рулады сопрано. Певцы отдают свои голоса на растерзание ученым.
Вот молодая студентка, имя которой мы, быть может, скоро прочтем на афишах, поет ариозо Лебедя из «Сказки о царе Салтане». Голос превосходный. Девушку внимательно слушает руководитель лаборатории Дмитрий Дмитриевич Юрченко. Ариозо закончено. Певицу просят взять один длинный звук. Включен микрофон. Звук записывается на магнитную пленку.
– А теперь послушайте, что вы спели, – говорит Юрченко, давая знак лаборанту включить магнитофон на воспроизведение.
И тут происходит нечто непонятное и неприятное. Вместо чудесного высокого звука из громкоговорителя слышится какое-то басовитое мерцающее гудение. Студентка морщится. А Юрченко улыбается:
– Над вашим голосом проделана маленькая операция – он как бы вытянут, удлинен, словно резинка или пружина. Пленка сейчас движется вдвое медленнее, чем при записи, поэтому частота звуковых колебаний стала вдвое меньше, звук сделался ниже и длительность его увеличилась. Это, разумеется, не слишком красиво, но зато мы имеем возможность изучить важную особенность вашего голоса – вибрато.
Вибрато... Что это такое? Это своеобразные пульсации голоса – периодические изменения его высоты, громкости и частотного состава.
Оказывается, вибрато – важнейший элемент певческой красоты, придающий голосу нежность, проникновенность. И вот что примечательно: у всех выдающихся певцов, как выяснили физики, частота вибрато составляет 6—7 колебаний в секунду – ни больше, ни меньше. Размах пульсаций по высоте тоже подсчитан.
Отклонения от нормы говорят о неправильной постановке голоса или даже о болезни. Значит, уловить отклонения важно как можно раньше – когда они еще совсем незаметны на слух. И физики придумали для этого много способов, простейший из которых – «растягивание» звука. К примеру, частоту вибрато подсчитать на «растянутом» голосе легче легкого – просто на слух, с секундомером в руках. А с помощью особого прибора вибрато доступно изучению и без «растягивания» голоса. В лаборатории создан и такой «вибратомер». Педагоги-вокалисты могут пользоваться им вполне самостоятельно.
Однако изучение вибрато – лишь простейший и потому далеко не типичный пример исследований, ведущихся в лаборатории. Многие научные работы тут посвящены куда более тонким, порой даже парадоксальным свойствам голоса.
КОГДА ПЕВЕЦ МОЛЧИТ
Сотрудник лаборатории Евгений Александрович Рудаков вот уже несколько лет переписывается с французским ученым Раулем Юссоном, автором любопытной электрофизиологической теории певческого голоса. Физиолог и певец, Юссон опроверг прежние представления о самой основе певческого звука – о природе возбуждения голосовых связок.
Как думали раньше, голосовые связки можно сравнить с упругими язычками баяна, колеблющимися под давлением воздуха. Предполагалось, что связки натягиваются и вибрируют лишь под напором воздуха, выдыхаемого из легких. Чем больше связки, тем ниже звук. Сильнее дуновение – звук громче. Просто, правда?
Но голос – не гармошка. Такая примитивная трактовка живого вибратора не выдержала опытной проверки. У многих певцов – например, у Шаляпина, у Карузо – размеры связок никак не соответствовали тому, что требовала старая теория. Не так давно в Италии объявился молодой человек со столь громадными связками, что по прежним воззрениям голос его должен был бы походить на рокот пароходного гудка. А на деле у него оказался довольно жиденький тенорок.
Короче говоря, наше горло куда сложнее органной трубы. Действие голосового аппарата певца несравненно хитрее. Видимо, вибрация голосовых связок происходит и без механических толчков воздуха. Горло – это, скорее, какой-то электрофизиологический «громкоговоритель», ибо, как доказал Юссон, колебания связок вызываются также электрическими импульсами возбуждения, поступающими к гортани прямо из головного мозга. Это и лежит в основе новой теории голоса.
И вот что любопытно: даже когда человек не поет, а только слушает музыку или мысленно представляет себе какую-нибудь мелодию, его голосовые связки все равно колеблются, причем с той же частотой, как и при настоящем пении. И эти колебания поддаются регистрации электронными приборами. Выходит, можно уловить и записать мысленное пение!
Отсюда, кстати, следует и другой вывод: физические методы открывают возможность проверить музыкальный слух даже тогда, когда человек молчит.
Вообразите такое. Педагог берет на рояле какой-то тон, а затем просит вас лишь подумать о нем. И если вы подумаете правильно, не сфальшивите, то беззвучная, но доступная регистрация частота колебаний ваших голосовых связок будет точно соответствовать звучавшему тону.
СОПРАНО ИЛИ МЕЦЦО-СОПРАНО?
Есть в жизни начинающего вокалиста ответственный момент, который зависит не столько от самого певца, сколько от его учителя. Этот момент – определение типа голоса. В самом деле, как с самого начала, пока голос еще не натренирован, не обработан, отличить баритон от тенора или сопрано от меццо-сопрано? До последнего времени никаких рецептов тут не было. В сомнительных случаях педагог интуитивно угадывал тип голоса и в соответствии с этим применял тот или иной путь обучения. Ну, а если педагог ошибался? Тогда ученик понапрасну терял драгоценное время, получал профессиональные заболевания, иной раз даже портил голос.
К сожалению, так иногда случается и в наши дни. Но, надо полагать, скоро подобные гадания уйдут в прошлое, И благодаря теории Юссона.
Исходя из своих воззрений, Юссон дал развернутую, так сказать, «электрофизиологическую» классификацию певческих голосов, значительно увеличив количество их типов. А отличать один тип от другого ученый предложил, измеряя так называемую «хронаксию» – возбудимость нервов, управляющих гортанью. Вот как делаются измерения.
К шее певца или певицы прикладывается датчик электронного прибора, который посылает в мышцу электрические импульсы. Прибор тут же отмечает, на каких из импульсов возникло сокращение мышцы, и показывает на шкале значение хронаксии. Если, например, получился отсчет 0,08, значит, певица обладает голосом типа сопрано, отсчет 0,1 соответствует меццо-сопрано, и т. д. Вдумайтесь: тип голоса определяется совершенно объективно. Испытуемые при этом не поют, не издают ни звука. Огромное удобство для педагога! Великолепная гарантия от пагубных ошибок!
Итак, наука ухитряется изучать даже молчащих певцов. И, наконец, не менее любопытны исследования спектрального состава голоса – вроде тех, что выполняются при изучении
резонатора музыкального инструмента.
ХИРУРГИЯ ГОЛОСА
В лаборатории идет очередной эксперимент. Студент-певец, обладающий сильным, красивым басом, берет продолжительный звук. С микрофона «электрическая копия» звука подается на усилитель, а затем на спектрометр, экран которого расчерчен сеткой координатных линий. И вот на матовом экране голос «разрезан» на части, расчленен на множество обертонов. Каждому соответствует светящийся столбик, который поднимается вверх от точек, находящихся на нижней горизонтальной полосе. Больше энергии сосредоточено в каких-либо обертонах – их столбики поднимаются выше. Получается диаграмма, спектр голоса. И разным тембрам отвечают неодинаковые спектры.
На этот раз все идет в точности так же, как при изучении скрипки. А чтобы еще тоньше уловить различия в спектральном составе голосов, применяют другой прибор – гармонический анализатор. Запись голоса подается на радиофилътры, которые последовательно «вырезают» из него разные составляющие. Одновременно стрелка прибора указывает количество энергии, приходящееся на каждый обертон. Операция эта не слишком ласкает слух, но весьма любопытна для непосвященного. Происходит самая настоящая хирургия. Голос рассекается на какие-то невыразимые словами визги.
Трудно сразу поверить, что в сочном басе широкоплечего высокого певца обнаруживаются звуки, похожие на радиосигнал проверки времени! Высокие, резкие, эти тоны кажутся чисто женскими. Но факт остается фактом – они извлечены из мужского баса.
КАК ПОНЯЛИ НОСКОСТЬ
Когда исследователи сняли спектры множества профессиональных мужских голосов, они сделали вывод, что всем таким голосам обязательно присущи две группы обертонов – две форманты. Первая – низкая, около 500 колебаний в секунду, а вторая – высокая, с частотами в 2500—3500 колебаний в секунду. Низкая форманта придает голосу своеобразную массивность, мощность. Но это, пожалуй, не главное, что определяет его красоту. Важнее другое его качество – так называемая «носкость».
Странное слово, да? Оно, скорее, подходит к валенкам или ботинкам – что-то вроде износоустойчивости. Вокалисты же означают термином «носкость» своего рода «дальнобойность» голоса, его способность нестись вдаль, лететь вперед, покрывать оркестр. Иногда это свойство именуют также полетностью, а за рубежом—словами, означающими в переводе «едкость», «колкость».
Кстати, ноский голос – совсем не обязательно громкий. Наоборот, иной раз голос у певца невелик, а слышен издалека. Другой же – сильный, прямо-таки громоподобный вблизи, плохо слышен в большом концертном зале.
И вот загадка носкости, долгое время мучившая вокалистов, теперь усилиями науки разгадана. Как показали Юрченко и Рудаков, развившие идеи профессора Сергея Николаевича Ржевкина, это свойство присуще лишь тем голосам, в которых хорошо выражена высокая форманта. Без нее голос глухой, тусклый, а с нею – яркий, звонкий. Певцу, имеющему в голосе хорошо развитую высокую форманту, нетрудно овладеть отличной дикцией. Слушая его, не надо напрягаться, ловить, разбирать слова.
Понятна и физиологическая причина ноского голоса. Оказывается (это подметил Е. А. Рудаков), певец не только поет, но и одновременно свистит – свистит горлом. Так же, как при обычном «губном» свисте, высокие частоты возникают и в гортани, в голосовых связках. Получается, что хорошо обучить певца—значит научить его красиво «свистеть горлом»!
Ученые поняли также секрет столь важной музыкальной роли этого «горлового свиста» – высокой форманты. Дело здесь в том, что звук с частотой в 2500—3500 колебаний в секунду хорошо воспринимается человеческим ухом. Вспомним те же радиосигналы точного времени (передающиеся на высокой частоте) – их слышно очень издалека, звук их всегда перекрывает и речь и музыку.
Значит, ноский голос потому слышен издалека, потому дальнобоен, что насыщен звуковыми частотами, заметными для человеческого слуха. Ничего мудреного.
Повышенная чувствительность нашего уха к высоким звуковым частотам объяснила тот факт, что хороших женских голосов больше, чем мужских. В женском голосе высокая форманта играет менее важную роль, ибо сопрано или меццо-сопрано и без того богаты высокими частотами. Зато в мужском голосе она совершенно необходима.
НА ВЕСАХ – КРАСОТА
Как видите, физика подсказывает педагогам-вокалистам, чего добиваться от учеников: развития высокой форманты. В ней-то и скрыт, как выяснилось, важный секрет красоты певческого голоса. Отлично, скажут педагоги. Пусть так. Но каким же образом применить этот совет на практике? Как, слушая арии и вокализы, следить за высокой формантой? Ведь не будешь на каждом уроке раскладывать голос в спектр! А на слух уловить тончайшие изменения частотного состава от урока к уроку практически невозможно.
Но физики и здесь пришли на выручку. Трудами инженера Рудакова разработана методика, при которой профессиональные качества певческого голоса определяются поведением стрелок электронных приборов. А заботами инженера Б. А. Шварца в лаборатории построен аппарат – «индикатор тембра». Певец поет, а стрелка прибора неусыпно следит за тембром его голоса. Скользя по шкале, она все время показывает цифры – коэффициент носкости, так сказать – коэффициент красоты!
Вы скажете: «До чего все-таки дошли—красоту научились измерять на приборах, словно взвешивать кули с мукой!»
Пожалуй, не совсем так. Измеряется все-таки не красота, а какие-то ее элементы, неотделимые от многих других качеств голоса. Тем не менее «индикатор тембра» – замечательное подспорье в работе педагога-вокалиста. Представьте себе, что начинающий певец на уроке нашел приятный тембр, сумел красиво спеть. «Индикатор тембра» в это время указал, скажем, цифру 20 – коэффициент носкости был равен 20 процентам. Педагог обратил на это внимание ученика и на следующем уроке требует, чтобы тот сумел повторить прежний тембр – тембр, соответствующий тем же 20 процентам. Прибор помогает добиться этого без большого труда.
Читатель вправе иронически заметить: «Что ж, может быть, в конце концов экзамены у певцов будут принимать не люди, а приборы? А потом и в концертных залах вместо публики станут рассаживаться эти ваши «индикаторы тембра»?»
Шутки шутками, а на экзаменах в Московской консерватории приборы применяют уже сейчас, правда, лишь с целью исследований.
В будущем же они несомненно прочно войдут в практику обучения певцов.
ЗАГАДКИ ВОКАЛА
Вдумчивый анализ скрипичного звука открывает физикам секреты артистического изготовления скрипок. Разгадав до конца человеческий голос, наука поможет певцам овладевать всем, чем одарила их щедрая природа. А может быть, когда-нибудь и природа будет превзойдена. Может, сбудется древняя мечта: физики, физиологи ц педагоги научатся искусственно творить певческие голоса у всех людей – у всех без исключения, а не только у одаренных одиночек, в поиски которых теперь снаряжаются целые экспедиции. Никаких запретов свершению этой заманчивой надежды, по мнению многих ученых, нет. Но прежде предстоит колоссально много изучить, испытать, понять.
В акустике вокала еще полно загадок. Чего стоит, к примеру, четырехоктавный голос Имы Сумак – певицы, которая отлично чувствует себя во всех традиционных женских диапазонах, начиная от контральто и кончая колоратурным сопрано. Даже мужские баритональные и басовые партии доступны удивительной перуанке, хоть и звучат непривычно «по-женски». А ее умение «на ходу» менять тембр, частотный состав голоса! А ее поразительный «двойной звук» – будто пение дуэтом! Это ли не доказательство величайшего запаса скрытых возможностей человеческого голоса, поныне необъясненных и проявляющихся чрезвычайно редко, чуть ли не случайно. Тут есть над чем поразмыслить и певцам, и ученым, и педагогам.
Впрочем, только ли Сумак! Необъяснимый «двойной звук» умеют воспроизводить и некоторые не столь знаменитые певцы. Видимо, таков один из эффектов управления тембром. И очень может быть, что изучение этой способности сделает ее достоянием множества вокалистов.
Человеческий голос, пожалуй, самый сложный, самый гибкий и богатый из всех музыкальных звуков.
Вспомните хоть ту же носкость голоса. Разгадана она как будто до конца. И причины ее найдены, и измерять ее научились, и следят приборами за ее развитием. Но, с другой стороны, разве не поразительно, что визгливые свистящие звуки, составляющие высокую форманту, в баритоне и басе совершенно не слышны по отдельности? Почему же в совокупности своей они дают красивый слитный низкий звук?
В лаборатории снято множество акустических спектрограмм, глядя на которые хочется в недоумении развести руками. Судите сами.
В спектре мощного баса на основной тон приходится обычно ничтожная доля всей звуковой энергии. Иногда спектр вовсе не фиксирует основного тона, который между тем слышен великолепно. Выходит, что певец складывает нижний тон из тонкозвучного хора высших обертонов. Словно женская капелла поет своими заливистыми сопрано рокочущую арию Кончака. Из сотни высоченных «жердей» складывается одно коротенькое «полено»! Удивительное явление!
А между тем, как вы прочтете в следующей главе, оно уже объяснено наукой. Разгадка пришла, когда особенности человеческого голоса глубже сопоставили с особенностями человеческого слуха, где заключены многие секреты восприятия музыкальных звучаний.
Да и всю физику музыки невозможно осмыслить без знания физики слуха.
УХО ВНОСИТ ПОПРАВКИ
Некогда в одной из радиостудий шла репетиция фантастического спектакля с участием марсиан, роботов и прочих таинственных персонажей. Актеры выбивались из сил, стараясь придать своим репликам «неземное» звучание. Ничего у них не выходило. «Нечеловеческие» голоса не получались. Но вот к режиссеру подошел многоопытный звукооператор и дал дельный совет:
– Пусть ваши «роботы» кричат в открытый рояль, нажав правую педаль.
Попробовали. И остались довольны.
Оказалось, что незажатые демпферами рояльные струны отзываются на человеческий голос и повторяют его со своеобразным металлическим, звенящим призвуком.
С тех пор радиорежиссеры, ставящие фантастические пьесы о космических полетах и далеких мирах, частенько пользуются этим приемом. Каждый наш читатель может проверить его – прокричать в открытый рояль. Тот будто услышит ваш голос и ответит звоном струн, довольно отчетливо повторяя гласные «а», «о», «у», «е».
А сто лет назад в рояль усиленно кричал основоположник музыкальной акустики Герман Гельмгольц. Возможно, это занятие и натолкнуло его на идею анализа музыкального звука. Ведь рояль тут выступал как типичный анализатор: струны резонировали лишь те тоны, которые звучали во «встряхивающей» их «звуковой смеси» – человеческом голосе. И, быть может, тот же рояль-«анализатор» подсказал ученому его интереснейшие идеи о природе человеческого слуха.
РОЯЛЬ В НЕДРАХ УХА
Гельмгольц, по образованию врач, был в одинаковой степени и физиком и физиологом. Он с увлечением копался в препарированных и заспиртованных органах слуха человека и животных. Цель была очень заманчива: понять, чем и как ухо слышит.
Поиски шли трудно. Поначалу ученый ошибся – принял подсобное за главное. Весь первый вариант «резонансной теории слуха» пошел насмарку. Гельмгольц скрепя сердце вынужден был отказаться от своих первоначальных выводов. Но руки у него не опустились. И в конце концов настойчивость взяла верх.
В недрах внутреннего уха ученый разыскивал нечто замечательное: крошечное подобие рояля с двадцатью тысячами «струн»—упругих волоконец разной длины. По «струне» на каждую частоту слышимых колебаний! Этот живой резонатор-анализатор спрятался в извилистой костяной трубке, наполненной особой жидкостью. И называется он основной мембраной.
Звуковые волны бегут в жидкости поперек «струн» – волокон, те мгновенно отзываются на них резонансными колебаниями, возбуждают многочисленные окончания слухового нерва, который и передает полученную информацию в мозг.
Позднее ученые чуть-чуть изменили понимание механизма слуха. Вероятно, резонансными свойствами наделена не только мембрана, но и вся жидкость в извилистой трубке – «лабиринте» уха. Эта трубка – вроде «музыкальной посуды» духового инструмента. Наполняющую ее жидкость пронизывают длинные и короткие волны. Они замыкаются дугами и бьют по разным местам мембраны, как пальцы пианиста по фортепьянным клавишам.
Правда, такое объяснение – лишь приближение к действительности. Подробности физиологии слуха выясняются лишь сегодня. Этот процесс необычайно сложен, связан с биоэнергетикой, механохимией, электроникой, кибернетикой. И столь же сложны его тонкие особенности, о которых надо поговорить особо.
ЗВУКИ-"ПРИЗРАКИ"
В XVIII веке падуанский скрипач Джузеппе Тартини сделал любопытное наблюдение. Как-то, готовясь к выступлению, он отрабатывал двойные звуки – вел смычком сразу по двум струнам. Чуткий слух музыканта был настороже и придирчиво следил за пением скрипки. И, когда громкость была велика, ухо улавливало непонятный посторонний призвук: к двум тонам почему-то примешивался третий, более низкий. Будто между двумя струнами приютилась третья, натянутая слабее. «Что еще за струна-невидимка? – удивился Тартини. – Или уши у меня не в порядке – слышат то, чего нет?»
Примерно тогда же странные призвуки, сопровождающие парные звуки, заметил гамбургский органист Зорге. Вскоре эти «комбинационные тоны» различали многие музыканты, считавшие свои уши вполне нормальными. Физики подсчитали, что частота «незаконнорожденного» басистого «ребенка» равна разности частот «отца» и «матери». Встал вопрос: как же возникает, откуда берется эта добавка?
Верный ответ дал опять-таки Гельмгольц.
Загадочные комбинационные тоны оказались, так сказать,
«звуковыми призраками». Музыкальные инструменты их обычно не излучают. Появляются же они лишь в органе слуха, причем совершенно нормальном и здоровом.
Как это ни странно, по, слушая музыку, мы бессознательно «украшаем» ее. Ухо и мозг – не только анализаторы. Они и «музыкальные инструменты». Любой посетитель концерта, сам того не зная, участвует в оркестре и хоре. И это автоматическое «творчество» простирается довольно далеко.
«Призраки», открытые Тартини, —лишь одна из «приправ», которыми наше ухо сдабривает полученное музыкальное «блюдо». Кроме разностных, существуют менее заметные «суммовые комбинационные тоны». Они получаются в результате сложения частот основных тонов, и открыл их тот же Гельмгольц. А потом ученые отыскали еще «субъективные обертоны», которыми ухо унизывает достаточно сильные одиночные чистые тоны. Все эти звуки-«дети», объединяясь в пары, в свою очередь дают «наследников». Громкость их подчиняется строгим математическим взаимосвязям, энергия распределяется по сложным закономерностям.
Один из творцов математики Лейбниц сказал однажды: «Музыка есть бессознательное упражнение души в арифметике». Он был прав больше, чем думал сам. Мозг и ухо непрерывно выполняют молниеносные подсчеты: вычитают, складывают, умножают акустические частоты. Даже простенькое звуковое воздействие при достаточной громкости оборачивается в представлении слушателя целой симфонией! Эта-то симфония и определяет в конечном счете тембр, окраску звука.
О КРАСНОЙ ШАПОЧКЕ И ТЕЛЕФОНЕ
Живая природа не любит излишеств. Все в ней имеет причину и смысл. А потому уместен вопрос: почему возникает в ухе внутренняя симфония, почему усложняется и без того запутанная смесь обертонов реальных звуков? Ведь не ради пустого украшательства!
Ответ прост. Эта способность неизмеримо расширяет богатство звуковых восприятий, делает их гибкими и тонкими.
Вот зазвенела струна. Ухо улавливает хор ее обертонов и приступает к анализу. В помощь идут «призраки» Тартини.
Каждая пара голосов струны украшается разностным комбинационным тоном. Какой же частоты? Если, к примеру, основной тон составляет 100 колебаний в секунду, а обертоны – 200, 300, 400, 500 и т. д., то разность любой соседней пары обертонов неизменно даст 100 колебаний в секунду. Значит, прежде всего будет многократно подчеркнут основной тон. Потому он и слышен лучше всех остальных. Разность обертонов, взятых через один, подчеркнет первый обертон (200 колебаний в секунду), через два – второй (300 колебаний в секунду), и т. д. Словом, ухо действует, как прилежный ученик, штудирующий трудный учебник: оно выделяет главное. Звук обретает стойкость и определенность. Ухо разбирается в нем, даже когда он сильно искажен. Умением мгновенно «ремонтировать» испорченные .звуки – вот какой удивительной способностью обладает ухо.
Пусть звон нашей струны безнадежно искалечен – каким-то способом «обезглавлен», лишен столь важной составной части, как основной тон, – но уху и такое грубейшее искажение не страшно. С помощью комбинационных тонов «отсеченная голова» приращивается. Эта удивительная хирургия доказана на множестве опытов. Она напоминает расшифровку тайнописи, реставрацию выцветших картин или, если хотите, нашумевшие в последние годы эксперименты восстановления лица по черепу.
Как бы ни пищал Серый Волк из детской сказки, как бы ни старался выбросить прочь басистый призвук своего основного тона, Красная Шапочка по комбинационным тонам должна была распознать его кровожадный голос!
Или вспомните телефон. Ради простоты и экономии низкие звуковые частоты по телефонному кабелю не передаются. Но их великолепно реставрируют уши абонентов. Речь слышится вполне разборчиво.
И, наконец, тут же заключена разгадка удивительного спектра мужского баса, о котором вы читали раньше. В голосе певца основной тон может почти не присутствовать – ухо само сложит его из высших обертонов. Так приготавливать звуки хоть и сложнее, чем обычным «струнным» способом, но зато гораздо экономичнее. Для создания низких звуков не требуются гигантские голосовые связки и объемистые резонаторы. Не нужно тратить силы на раскачку тяжелых вибраторов. Словом, звуковая «информация» передается от человека к человеку с наименьшими затратами энергии, будто по телефонному каналу связи. Природа оказалась неплохим, знающим свое дело «связистом».
ЗА ДЕРЕВЬЯМИ – ЛЕС
В оркестре на десятки скрипок приходятся два-три контрабаса, и мелодии, исполняющиеся одной виолончелью, отлично слышны на фоне десятка высоких скрипичных голосов.
Почему так?
Потому что звуки оркестра – словно роща на косогоре. У «подножия» музыкального диапазона из низких тонов контрабасов и виолончелей растут самые «длинные» звуковые «деревья» обертонов. Они простираются на весь диапазон. «Верхушки» их, хоть сами по себе и не слышны, но «заслоняют» коротенькие «кустики», выросшие наверху из тонких голосов скрипок и флейт. Отсюда понятна и повышенная чувствительность уха к звукам высоких частот. Не будь ее, мы вообще не услышали бы скрипок на фоне виолончелей.
Однако дело не только в этом. Высокие тоны-«призраки», как и низкие, помогают уху разбираться в звуках, даже лишенных естественных гармонических обертонов, анализировать и оценивать «чистые» звучания – не имеющие сложного тембра.
Тут уже сам орган слуха выступает как плодородная почва, а громкие звуки – как семена. Будто травинка из зернышка, из чистого тона в ухе молниеносно вырастет звуковое «дерево», унизанное «ветвями» субъективных обертонов. «Разукрашенные» же звуки проанализировать нетрудно. Ведь деревья отличить друг от друга проще, чем семена.
Зная все это подробно и точно, акустик, вооруженный арифмометром, может вычислить рациональный состав инструментов, необходимый для исполнения той или иной симфонической музыки. «Математическая инструментовка» оказала бы немалую помощь и композиторам и дирижерам. В этом деле далеко не всегда спасает интуиция. Известно, например, что Петр Ильич Чайковский безжалостно забраковал свою же оперу «Кузнец Вакула» – и именно из-за неудачной оркестровки, из-за того, что в ней «деревья загораживали лес».
В ухе – оркестр, в звуке каждого инструмента – оркестр, на концертной эстраде – оркестр. Узнав первый, удается понять строение второго и третьего. Все они, как видите, тесно связаны.
Даже порядок размещения инструментов на концертных подмостках объясняется особенностями нашего уха. Совсем не случайно тонкоголосые скрипки выдвинуты вперед, а басистые контрабасы спрятаны сзади. Вопреки знаменитой басне Крылова, музыкантам важно знать, кому из них где сидеть.
