На музыке. Наука о человеческой одержимости звуком

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 ушей или такого же слухового опыта, как у нас. Однако было бы трудно представить высокоразвитый вид, вообще не способный воспринимать колебания объектов. Везде, где есть атмосфера, есть и молекулы, которые колеблются в ответ на движение. И знание о том, производит ли шум тот или иной объект и движется ли он к нам или от нас, даже когда мы его не видим (например, потому что темно, или он незаметен для нашего зрения, или мы спим), очень ценно для выживания.

Поскольку большинство физических объектов заставляют молекулы колебаться одновременно в разных направлениях и поскольку у многих объектов числовые значения этих колебаний кратны друг другу, мы ожидаем услышать и ощутить обертоновый ряд везде: в Северной Америке, на Фиджи, на Марсе и на планетах, вращающихся вокруг Антареса. Любой организм, эволюционировавший в мире колеблющихся объектов, скорее всего – при условии, что он эволюционировал достаточно долго, – развил у себя в мозгу систему, которая обрабатывает эти закономерности. Поскольку высота звука – фундаментальное свойство идентичности объекта, мы ожидаем найти в мозгу рассматриваемого существа тонотопические карты, как в слуховой коре человека, а также увидеть синхронные разряды нейронов на ноты, находящиеся на интервале в октаву друг от друга и в иных гармонических отношениях. Именно так мозг (инопланетного или земного существа) понимает, что все звуки производит один и тот же объект.

Обертоны часто обозначаются цифрами: первый обертон – это первая частота вибрации выше основной, второй обертон – вторая частота вибрации выше основной и т. д. Поскольку физики любят описывать все слишком сложно, чтобы остальные ничего не поняли, существует и параллельная терминологическая система, где эти явления называются гармониками, и, как мне кажется, ее придумали специально для того, чтобы свести с ума студентов. Согласно этой терминологии, первая гармоника – основная частота звука, вторая соответствует первому обертону и т. д. Не все инструменты создают колебания на четко определенных частотах. Иногда, как, например, у фортепиано (поскольку оно своего рода ударный инструмент), обертоны могут быть почти кратны основной частоте, но не совсем точно, и как раз благодаря этому инструмент имеет такое характерное звучание. Ударные инструменты, колокольчики и другие подобные предметы – в зависимости от своего устройства и формы – нередко создают обертоны, частота которых не кратна основной частоте, и их называют негармоническими обертонами. Как правило, звучанию инструментов с негармоническими обертонами не хватает ясного ощущения высоты тона, которое мы ассоциируем с гармоническими инструментами, и нейрональная основа этого, вероятно, связана с отсутствием синхронного возбуждения нейронов. Однако высоту звука мы все равно воспринимаем и наиболее ясно слышим ее, когда исполняем на инструменте несколько негармонических нот подряд. Напевать под звук одной ноты, сыгранной на деревянной колоде или колокольчике, вероятно, не получится, а вот целую узнаваемую мелодию на них мы можем исполнить, потому что мозг фокусируется на переходе от одного набора обертонов к другому. Примерно то же происходит, когда мы слышим, как кто-то выстукивает мелодию пальцем по надутым щекам.

Флейта, скрипка, труба и фортепиано способны сыграть одну и ту же ноту – можно обозначить ее в нотной записи, и все инструменты сыграют ее с одинаковой основной частотой, а мы (скорее всего) услышим звук одной высоты. Но все эти инструменты звучат очень по-разному.

Их различие заключается в тембре – наиболее важном и значимом для выживания свойстве звуков. Тембр – это основная характеристика, отличающая рычание льва от мурлыкания кошки, раскаты грома от грохота океанских волн, голос нашего друга от голоса налогового инспектора, встречи с которым нам хотелось бы избежать. У людей настолько развита способность к различению тембров, что большинство из нас может распознавать сотни голосов. Основываясь на тембре голоса, мы даже определяем, счастлив или печален кто-то из наших близких, здоров он или простужен.

Тембр порождают обертоны. У разных материалов различная плотность. Если взять кусок металла и кусок древесины одинакового размера и поместить в пруд, то металл утонет, а дерево останется на плаву. Отчасти из-за плотности, а отчасти из-за размера и формы разные предметы издают разные звуки, если стукнуть по ним рукой. Представьте себе звук, который вы услышите, если постучите молотком (только аккуратно, пожалуйста!) по гитаре, – такой глухой, деревянный стук. А если постучите по чему-нибудь металлическому, например по саксофону, получится жестяной звон. Когда вы бьете по этим объектам, энергия, передающаяся от молотка, заставляет молекулы внутри них колебаться, танцевать на нескольких различных частотах, которые определяются материалом, размером и формой объекта. Если объект колеблется, скажем, на частоте 100 Гц, 200 Гц, 300 Гц, 400 Гц и т. д., интенсивность колебаний для каждой из этих гармоник не обязательно будет одна и та же, как правило, она разная.

Когда вы слышите, как саксофон играет звук с основной частотой в 220 Гц, на самом деле вы слышите больше одного тона. Другие тоны, которые вы слышите, кратны основной частоте: 440, 660, 880, 1100, 1320, 1540 и т. д. У этих разных тонов – обертонов – разная интенсивность, вот почему мы слышим их как звуки разной громкости. Особенно интересные громкости у обертонов саксофона, и именно они порождают его неповторимый тональный окрас, его неповторимое звучание – его тембр. Если сыграть ту же самую ноту (220 Гц) на скрипке, ее обертоны расположатся на тех же частотах, но громкость каждого из них будет отличаться от громкости других. У каждого инструмента уникальная система обертонов (например, у одного второй обертон громче, чем у другого, а пятый – тише). Практически все тональные вариации, слышимые нами, – то самое свойство, которое делает звук трубы трубным, а звук фортепиано фортепианным, – основаны на уникальном распределении громкости обертонов.

У каждого инструмента своя неповторимая система обертонов, подобная отпечатку пальца. Это сложная система, благодаря которой мы можем идентифицировать инструмент. Кларнеты, например, характеризуются относительно большим количеством энергии в нечетных гармониках – в три, пять, семь раз кратных основной частоте и т. д. (это следствие того, что кларнет закрыт с одного конца и открыт с другого). Трубы отличает относительно равномерное количество энергии как в нечетной, так и в четной гармониках (как и кларнет, труба закрыта с одного конца и открыта с другого, а мундштук и колокол сглаживают натуральный звукоряд). Скрипка, вогнутая посередине, будет давать в основном нечетные гармоники и, следовательно, звучать подобно кларнету. А если она вогнута на одной трети длины, то это подчеркивает третью гармонику и кратные ей: шестую, девятую, двенадцатую и т. д.

У трубы свой неповторимый тембральный отпечаток, который легко отличить от тембрального отпечатка скрипки, фортепиано и даже человеческого голоса. Большинство музыкантов различают и тембры разных труб – они звучат не одинаково, как и разные фортепиано и разные аккордеоны. Отличает одно фортепиано от другого различие тембральных профилей, но, конечно, оно не столь разительно, как различия между профилями фортепиано, клавесина, органа и трубы. Мастера-музыканты могут услышать разницу между скрипками Страдивари и Гварнери за одну-две ноты. Я очень отчетливо слышу разницу между своей акустической гитарой Martin 000-18 1956 года, Martin D-18 1973 года и Collings D2H 1996 года. Они звучат как разные инструменты, хотя все являются акустическими гитарами. Я бы никогда их не перепутал. Вот что такое тембр.

Естественные инструменты, то есть акустические инструменты, сделанные из природных материалов вроде дерева или металла, как правило, производят энергию на нескольких частотах одновременно как раз благодаря тому, что молекулы у них внутри колеблются на разных частотах. Предположим, что я изобрел инструмент, который, в отличие от всех известных нам традиционных инструментов, производит энергию только на одной частоте. Давайте назовем этот гипотетический инструмент генератором (потому что он генерирует тоны на определенных частотах). Если я создам целый ряд таких генераторов, я могу настроить каждый из них так, чтобы он воспроизводил одну определенную частоту, и частоты всего ряда генераторов будут соответствовать частотам серии обертонов конкретного инструмента, исполняющего определенную ноту. Банк генераторов воспроизводил бы звуки с частотами в 110, 220, 330, 440, 550 и 660 Гц, и у слушателя создавалось бы впечатление, что он слышит ноту на частоте 110 Гц, исполненную на определенном музыкальном инструменте. Кроме того, я мог бы контролировать амплитуду каждого из генераторов и настраивать каждый тон на определенную громкость, соответствующую профилю обертона естественного музыкального инструмента. Если бы я так сделал, то получившийся набор генераторов мог бы воспроизводить звучание кларнета, флейты или любого другого инструмента, которое я попытался бы воспроизвести.

Аддитивный синтез, подобный описанному выше подходу, позволяет задавать тембр музыкального инструмента путем сложения элементарных компонентов звука. Трубы многих органов, например в церквях, как раз позволяют поэкспериментировать с этой особенностью. На большинстве органов вы нажимаете клавишу (или педаль), которая посылает струю воздуха в металлическую трубу. Орган состоит из сотен труб разного размера, и все они, пропуская воздух, производят звуки различной высоты, соответствующей размеру трубы. Можно представить их как механические флейты, воздух в которые подается не дыханием человека, а электрическим двигателем. Звучание церковного органа – его особый тембр – следствие наличия энергии одновременно на нескольких частотах, как и в других инструментах. Каждая труба органа производит серию обертонов, и, когда вы нажимаете клавишу на клавиатуре органа, столб воздуха врывается одновременно в несколько труб, давая богатый спектр звуков. Когда мы играем ноту, звучит не только труба, колеблющаяся на основной частоте этой ноты, но и дополнительные трубы. Частота их колебаний либо кратна основной частоте нашей ноты, либо тесно связана с ней математически и гармонически.

Обычно органист контролирует, в какие из этих дополнительных труб он хочет подать воздух, с помощью рычагов, направляющих поток. Зная, что у кларнетов много энергии в нечетных гармониках обертонового ряда, опытный органист мог бы сымитировать звучание кларнета, открывая и закрывая отверстия таким образом, чтобы воссоздать обертоновый ряд этого инструмента. Взять немного 220 Гц, щедро приправить 330 Гц, добавить ложечку 440 Гц и полстакана 550 Гц, и – вуаля! – у нас готово убедительное факсимиле другого музыкального инструмента.

В конце 1950-х годов ученые стали экспериментировать с подобным синтезом различных тембров в компактных электронных устройствах, образовавших новое семейство музыкальных инструментов, в совокупности известных как синтезаторы. К 1960-м годам синтезаторы уже можно было услышать в песнях The Beatles “Here Comes the Sun” («А вот и солнце») и “Maxwell’s Silver Hammer” («Серебряный молоток Максвелла»), а также в альбоме Switched-On Bach («Включенный Бах») Венди Карлос. За ними последовали группы, которые все свое звучание выстраивали относительно синтезатора, например Pink Floyd и ELP.

Во многих синтезаторах использовался аддитивный синтез, который я описал выше, а в более поздних появились алгоритмы посложнее, например цифровой волновод (его изобрел Джулиус Смит из Стэнфорда) и частотно-модуляционный синтез, или FM-синтез (метод, предложенный Джоном Чоунингом, тоже из Стэнфорда). Однако простое копирование обертонового профиля хоть и позволяет создать подобие настоящего инструмента, дает довольно неубедительный звук. Тембр – нечто большее, чем обертоновый ряд. Исследователи до сих пор спорят о том, что означает это «большее», но их мнения сходятся в том, что, кроме обертонового профиля, тембр определяют еще два свойства, помогающие нам отличить один инструмент от другого: атака звука и изменяемость звука.

Стэнфордский университет располагается среди буколических пейзажей к югу от Сан-Франциско и к востоку от Тихого океана. На западе от него – холмы с пастбищами, а всего в часе езды на восток – плодородная Калифорнийская долина, где собирается значительная часть мирового урожая винограда, из которого делают изюм, а также хлопка, апельсинов и миндаля. К югу, недалеко от города Гилроя, раскинулись обширные поля чеснока. Там же, в южном направлении, находится Кастровиль, известный как «артишоковая столица мира» (как-то я внес предложение в Торговую палату Кастровиля переименовать город в «артишоковую сердцевину», но энтузиазма это не вызвало).

Стэнфорд стал вторым домом для специалистов по компьютерным наукам и инженеров, любящих музыку. Джон Чоунинг, хорошо известный композитор-авангардист, с 1970-х годов преподавал там на музыкальном факультете и был в числе новаторов того времени, использовавших компьютер для создания, хранения и воспроизведения звуков в своих сочинениях. Позднее Чоунинг основал в Стэнфорде Центр компьютерных исследований в музыке и акустике (на английском сокращенно CCRMA, мы произносили это как «Карма»). Чоунинг – очень приятный человек. Когда я учился в Стэнфорде, он порой клал руку мне на плечо и спрашивал, над чем я сейчас работаю. Возникало ощущение, что даже разговор со студентом он воспринимал как повод чему-нибудь научиться. В начале 1970-х годов, изучая возможности компьютера и синусоидальных волн – разновидности искусственных звуков, которые создаются компьютерами и используются в качестве строительных блоков для аддитивного синтеза, Чоунинг заметил, что, если менять частоту звуков прямо во время воспроизведения, они получаются музыкальными. Настроив параметры таким образом, он смог сымитировать тембры целого ряда музыкальных инструментов. Новый метод получил название частотно-модуляционного синтеза, или FM-синтеза, и начал использоваться в линейке синтезаторов Yamaha DX9 и DX7. Технология FM-синтеза произвела революцию в музыкальной индустрии с момента появления этих синтезаторов в 1983 году. FM-синтез сделал синтезирование музыки демократичным. До его появления эти инструменты были дорогими, громоздкими и трудными в управлении. Для создания новых звуков приходилось долго экспериментировать и что-то изобретать. А с технологией FM-синтеза у любого музыканта появилась возможность добиться убедительного звучания нажатием одной кнопки. Авторы песен и композиторы, которые не имели средств, чтобы нанять духовую секцию или целый оркестр, получили возможность экспериментировать со звуками. Композиторам и дирижерам стало удобнее пробовать разные аранжировки – без необходимости привлекать целый оркестр, чтобы послушать, что хорошо звучит, а что нет. Группы новой волны, такие как The Cars и The Pretenders, а также популярные исполнители вроде Стиви Уандера, Hall & Oates и Фила Коллинза начали широко использовать FM-синтез в своей музыке. Многое из того, что мы называем «звучанием восьмидесятых» в популярной музыке, обязано своей неповторимостью особому звучанию инструментов, использующих FM-синтез.

Когда эта технология получила распространение, у Чоунинга появился стабильный доход от авторских отчислений, и он смог сделать имя центру CCRMA и привлечь аспирантов и высококлассных преподавателей. Среди первых из множества известных фигур в электронной музыке и психологии музыки в CCRMA пришли Джон Пирс и Макс Мэтьюз. Пирс был вице-президентом по исследованиям в Лабораториях Белла в Нью-Джерси и руководил командой инженеров, которые собрали и запатентовали транзистор, – и именно он дал название новому устройству (от англ. TRANSfer resISTOR). У Пирса была выдающаяся карьера, ему также приписывают изобретение лампы бегущей волны и запуск первого телекоммуникационного спутника «Телстар». Еще он известен как писатель-фантаст: он писал под псевдонимом Дж. Дж. Каплинг. Пирсу удалось создать редкую для своей области и любой лаборатории исследовательскую среду, где ученым хотелось работать в полную силу и где их творчество высоко ценилось. В то время у Bell Telephone Company / AT&T была полная монополия на телефонную связь в США, и компания зарабатывала огромные деньги. Лаборатория стала чем-то вроде игровой площадки для самых талантливых изобретателей, инженеров и ученых Америки. В этой «песочнице» Пирс позволял своим работникам заниматься творчеством, не беспокоясь о конечном результате или о монетизации проектов. Пирс понимал, что настоящие инновации появляются только тогда, когда людям не нужно подвергать цензуре собственную работу и они могут свободно развивать свои идеи; немногим из их идей найдется практическое применение, и еще меньше будет тех, что станут реальными продуктами, но эти изобретения окажутся революционными, уникальными и потенциально прибыльными. В такой среде родился целый ряд инноваций, включая лазеры, цифровые компьютеры и операционную систему Unix.

Впервые я встретился с Пирсом в 1990 году, когда ему было уже восемьдесят и он читал лекции по психоакустике в «Карме». Несколько лет спустя, когда я получил докторскую степень и вернулся в Стэнфорд, мы с ним подружились и каждую среду вместе ужинали и обсуждали научные исследования. Однажды он попросил меня объяснить ему рок-н-ролл, который он не понимал и на который никогда не обращал внимания. Он знал о моей карьере в музыкальном бизнесе и потому спросил, могу ли я прийти к нему как-нибудь на ужин и поставить шесть песен, которые отражают все, что важно знать о рок-н-ролле. Шесть песен, чтобы узнать все о рок-н-ролле?! Я не был уверен даже в том, что смогу выбрать шесть песен из творчества одних только The Beatles, – что уж говорить обо всем жанре! Накануне встречи Пирс позвонил мне и сказал, что уже слышал Элвиса Пресли, так что его можно пропустить.

Вот что я принес к ужину:

– Литл Ричард – “Long Tall Sally” («Долговязая Салли»);

– The Beatles – “Roll Over Beethoven” («Посторонись, Бетховен»);

– Джими Хендрикс – “All Along the Watchtower” («Всегда на сторожевой башне»);

– Эрик Клэптон – “Wonderful Tonight” («Чудесный вечер»);

– Принс – “Little Red Corvette” («Маленький красный “корвет”»);

– Sex Pistols – “Anarchy in the U.K.” («Анархия в Соединенном Королевстве»).

В случае с парой песен выдающихся авторов пришлось выбирать из нескольких вариантов исполнения. Все композиции, которые я отобрал, были отличными, но даже сейчас мне хотелось бы внести в список кое-какие коррективы. Пирс слушал и то и дело спрашивал, кто эти люди, какие инструменты он слышит и почему они так звучат. В основном он говорил, что в музыке ему нравятся тембры. Сами песни и ритмы его не очень интересовали, а вот тембры он находил замечательными: новыми, незнакомыми и волнующими. Романтичная текучесть гитарного соло Клэптона в “Wonderful Tonight” в сочетании с мягкими податливыми барабанами. Абсолютная мощь и плотность кирпичной стены из гитар, басов и барабанов у Sex Pistols. Новым Пирсу показалось не только звучание перегруженной электрогитары. Само сочетание инструментов для создания единого целого – баса, барабанов, электрической и акустической гитар и вокала – вот чего он раньше не слышал. Пирс определял рок-музыку именно тембром. И это стало откровением для нас обоих.

Высота звуков, которые мы используем в музыке, – музыкальные тональности – практически не менялась со времен древних греков, за исключением развития – по сути, усовершенствования – темперированного строя во времена Баха. Возможно, рок-н-ролл – последняя ступень тысячелетней революции, позволившей чистым квартам и квинтам занять в музыке важное место, которое исторически принадлежало лишь октаве. Долгое время в западной музыке больше всего внимания уделялось высоте звука. Примерно за последние 200 лет важность приобрел еще и тембр. Стандартный компонент музыки любого жанра – повторение мелодии в исполнении разных инструментов, от Пятой симфонии Бетховена и «Болеро» Равеля до “Michelle” («Мишель») The Beatles и “All My Ex’s Live in Texas” («Все мои бывшие живут в Техасе») Джорджа Стрейта. Новые музыкальные инструменты изобретались для того, чтобы расширить палитру тембральных оттенков, которые композиторы могли бы использовать в своих творениях. Когда исполнитель кантри или популярной музыки замолкает и мелодию начинает играть какой-нибудь другой инструмент, даже не меняя ее, – само повторение с другим тембром кажется нам приятным.

•••

В 1950-х годах авангардный композитор Пьер Шеффер (фамилию нужно произносить с ударением на последний слог, изо всех сил имитируя французский акцент) провел ряд экспериментов, которые продемонстрировали важный атрибут тембра. Шеффер записал на магнитофонную ленту несколько оркестровых инструментов. Затем лезвием бритвы отрезал начало звуков. Самая первая часть звука, который производит музыкальный инструмент, называется атакой. Это звук начального удара, бренчания струны, натяжения или движения воздуха, благодаря которому инструмент начинает колебаться.

Движение, которое совершает наше тело, чтобы извлечь из инструмента звук, оказывает на него большое влияние. Но, как правило, эффект пропадает за первые несколько секунд. Почти все жесты, которые мы совершаем для извлечения звука, импульсивны – это короткие прерывистые всплески активности. При игре на ударных инструментах музыкант обычно теряет контакт с инструментом после первоначального всплеска. А при игре на духовых и смычковых инструментах музыкант остается в контакте с инструментом и после начального импульса – момента, когда поток воздуха начинает выходить изо рта, а смычок – прикасается к струне. Следующие воздушные потоки и движения смычка более плавны, непрерывны и менее импульсивны.

Когда в инструмент поступает энергия – в фазе атаки, – она возникает сразу на многих различных частотах, не связанных друг с другом отношением кратных друг другу чисел. Иначе говоря, в течение короткого периода после того, как мы ударим что-то, дунем, щипнем или иным образом извлечем звук, сам этот удар будет скорее шумным, чем музыкальным, больше похожим на звук молотка, бьющего по древесине, чем на звук того же молотка при ударе по колокольчику или струне фортепиано или на звук воздушного потока, несущегося по трубе. После атаки наступает более стабильная фаза, в которой музыкальный тон приобретает упорядоченный рисунок обертоновых частот, поскольку металл, дерево или другой материал, из которого сделан инструмент, начинает резонировать. Эта средняя часть музыкального тона является устойчивым состоянием – в большинстве случаев обертоновый профиль относительно стабилен, а инструмент в это время издает звук.

Когда Шеффер убрал из записи фазу атаки оркестровых инструментов, он прокрутил пленку задом наперед и обнаружил, что большинство людей даже не может идентифицировать инструмент. Без фазы атаки фортепиано и колокольчик перестают звучать как фортепиано и колокольчик, и издаваемые ими звуки кажутся удивительно одинаковыми. Если соединить запись фазы атаки одного инструмента с фазой устойчивого состояния другого, результаты могут быть разными. В некоторых случаях получается странный гибридный инструмент, больше напоминающий тот, от которого взяли фазу атаки, чем тот, чье устойчивое состояние мы слышим. Мишель Кастелленго и другие исследователи обнаружили, что таким образом можно создавать совершенно новые инструменты. Например, если соединить звучание скрипичного смычка с тоном флейты, получится звук, сильно напоминающий шарманку. Эти эксперименты доказывают важность фазы атаки.

Третья характеристика тембра – изменяемость звука, то, как он меняется после начала. У тарелок или гонга большая изменяемость – их звук сильно меняется с течением времени звучания, а у трубы она меньше – у этого инструмента тон более стабилен по мере развития звука. Кроме того, инструменты звучат по-разному в разных частях своего диапазона, то есть их тембр будет разным при исполнении высоких и низких нот. Когда Стинг доходит до вершины своего вокального диапазона в песне “Roxanne” («Роксана») группы The Police, его напряженный, пронзительный голос передает те эмоции, на которые не способен в нижней части регистра – ее мы слышим, например, в первой строчке композиции “Every Breath You Take” («За каждым твоим вдохом»), здесь звук более размеренный и тоскующий. В верхней части регистра голос Стинга исступленно умоляет нас, его голосовые связки напрягаются, а в нижней части мы слышим давнюю тупую боль, еще не достигшую критической точки.