На музыке. Наука о человеческой одержимости звуком - Дэниел Левитин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
История с высотой звука становится немного сложнее, и в этом виновата физика. Однако усложнение порождает богатый спектр звуков, которые мы слышим в разных инструментах. У всех природных объектов в мире есть несколько видов колебаний. На самом деле струна фортепиано колеблется сразу на нескольких разных частотах. То же можно сказать и о колоколах, по которым ударяет язычок, о барабанах, в которые мы стучим руками, и о флейтах, в которые мы дуем: молекулы воздуха колеблются одновременно с несколькими скоростями, а не с какой-то одной.
Можно привести аналогию с несколькими типами движения Земли, которые происходят одновременно. Мы знаем, что Земля вращается вокруг своей оси и делает полный оборот за 24 часа, но еще она вращается вокруг Солнца и проходит всю орбиту за 365,25 дня, а вся Солнечная система вращается вместе с галактикой Млечный Путь. Несколько типов движения происходят одновременно. Еще одна аналогия — разные колебания, которые мы ощущаем, когда едем в поезде. Представьте, что сидите в вагоне, стоящем на станции, и двигатель локомотива выключен. На улице ветрено, и вы чувствуете, как вагон слегка раскачивается вперед-назад. Он движется с такой регулярностью, что частоту колебаний можно засечь на секундомере, и вы вычисляете, что он делает движение назад и вперед два раза в секунду. Затем машинист запускает двигатель локомотива, и через сиденье вы ощущаете колебания другого рода (их вызывают колебания самого двигателя — поршней и коленчатых валов, вращающихся с определенной скоростью). Когда поезд начинает движение, вы испытываете третье ощущение — удары колес каждый раз, когда они проходят стыки рельсов. Всего вы ощущаете несколько типов колебаний, и у всех разная скорость, или частота. Когда поезд движется, вы точно сознаете, что колебания есть. Но во время движения вам, скорее всего, будет трудно определить, сколько разных колебаний происходит в каждый конкретный момент и какова их частота. Впрочем, это можно выяснить при помощи специальных измерительных приборов.
Когда мы извлекаем звук из музыкального инструмента — фортепиано, флейты, а также ударных вроде барабанов и колокольчиков, — в нем одновременно происходит несколько различных типов колебаний. Когда вы слушаете на музыкальном инструменте одну ноту, на самом деле вы слышите очень много тонов одновременно. Большинство из нас этого не осознает, хотя кто-то учится различать их. Самый низкий звук считается основной частотой, а остальные в совокупности называются обертонами.
Напомню, что все объекты в мире способны колебаться на нескольких разных частотах одновременно. Удивительно, но эти частоты нередко бывают связаны друг с другом простым математическим соотношением — как целые числа, кратные друг другу. Если вы дернете струну и ее самая низкая частота составит 100 колебаний в секунду, остальные частоты будут равны 2 × 100 (200 Гц), 3 × 100 (300 Гц) и т. д. Если вы извлечете ноту на флейте или блок-флейте и вызовете колебания с частотой 310 Гц, дополнительные колебания возникнут с частотами в два, три, четыре раза больше и т. д.: 620 Гц, 930 Гц, 1240 Гц… Когда инструмент создает энергию на целых частотах, кратных друг другу, как в нашем примере, мы считаем его звук гармоническим, а энергию дополнительных колебаний называем обертоновым, или натуральным, звукорядом. У нас есть данные, что мозг реагирует на такие гармонические звуки синхронными нервными импульсами, — нейроны в слуховой коре, реагируя на каждый из компонентов звука, синхронизируют с ними частоту импульсов, которые передают друг другу, создавая нейронную основу для связи между этими звуками.
Мозг настолько чутко настраивается на обертоновый звукоряд, что, если мы услышим звук, в котором есть все компоненты, кроме основного тона, мозг сам достроит его. Этот феномен так и называется: достройка основного тона. Звук, состоящий из колебаний с частотами 100 Гц, 200 Гц, 300 Гц, 400 Гц и 500 Гц, воспринимается как звук с частотой 100 Гц, то есть как его основной тон. Но если мы искусственно создадим звук с частотами 200 Гц, 300 Гц, 400 Гц и 500 Гц (исключив основной тон), мы все равно воспримем его на слух как звук с частотой 100 Гц. Мы не можем принять его за звук с частотой 200 Гц, потому что наш мозг знает, что в натуральном звукоряде с основным тоном в 200 Гц должны быть обертоны с частотой 400 Гц, 600 Гц, 800 Гц и т. д. Мы можем обмануть мозг, воспроизведя звукоряд, в котором обертоны немного отклоняются от натурального звукоряда, например: 100 Гц, 210 Гц, 302 Гц, 405 Гц и т. д. В подобных случаях тон, который мы услышим, сместится от 100 Гц к среднему значению между тем, что мы на самом деле услышали, и натуральным звукорядом.
Когда я учился в аспирантуре, мой научный руководитель Майк Познер рассказал мне о работе аспиранта-биолога Петра Джанаты. Несмотря на то что Петр вырос не в Сан-Франциско, как я, у него были длинные густые волосы, которые он собирал в хвост, а еще он играл джаз и пиано-рок и носил варенку — словом, я нашел в нем настоящую родственную душу. Петр проводил эксперименты на совах-сипухах. Он помещал им электроды в нижнее двухолмие — часть слуховой системы, затем включал совам вальс Иоганна Штрауса «На прекрасном голубом Дунае», составленный из звуков, откуда был удален основной тон. Петр предположил, что если основной тон достраивается на ранних этапах слуховой обработки, то нейроны в нижнем двухолмии совы должны возбуждаться с частотой недостающего основного тона. И именно так и произошло. А поскольку электроды при каждом разряде нейронов подавали небольшой электрический импульс, Петр направил этот сигнал в небольшой усилитель и воспроизвел его в виде звука через динамик. То, что он услышал, было поразительно. Мелодия вальса «На прекрасном голубом Дунае» отчетливо звучала из колонки: ба-да-да-да-да ди-ди ди-ди. Мы услышали частоту разрядов нейронов, и она совпала с частотой недостающего основного тона. Мы узнали не только то, что обертоновый ряд воспринимается на ранних этапах обработки слуховой информации, но и то, что понятие о нем есть не только у человека, но и у совершенно других видов.
Можно представить себе инопланетян, у которых нет
