ФИЗИКА И МУЗЫКА - Анфилов

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.