Музыкальный инстинкт. Почему мы любим музыку - Филип Болл

Большая часть мировой музыки состоит из нот. Говоря наиболее точно, мы слышим каждую ноту как высоту звука с особой акустической частотой. Ноты, звучащие последовательно, производят мелодию, а ноты, звучащие одновременно, создают гармонию. Субъективное качество ноты – грубо говоря, особенность звучания инструмента – называется ее тембром. Длительность нот и размер пауз между ними определяют ритм музыки. Из этих ингредиентов музыканты создают «глобальные» структуры – песни и симфонии, джинглы и оперы – композиции, которые принадлежат к определенной форме, стилю и жанру.

Музыка в основном ощущается как вибрация в воздухе. Можно сказать, что какой-то объект ударяют, пощипывают, дуют в него или приводят в действие колеблющимися электромагнитными полями таким образом, чтобы он вибрировал на определенной частоте. Эти движения в свою очередь вызывают симпатические вибрации в окружающем воздухе, которые радиально расходятся от источника колебаний, словно круги на воде. В отличие от волн на поверхности моря, вибрации воздуха не являются неровностями, выступающими вверх, – они изменяют плотность воздуха. На пике звуковой волны воздух становится гораздо плотнее, чем в пространстве без звуков. В самой низшей точке воздух теряет плотность (становится разреженным) (рис. 3.1). Тот же самый принцип действует при распространении звуковой волны через другие вещества, например, воду или дерево: вибрации представляют собой волны плотности вещества. Наушники, подключенные к портативному электронному устройству, вступают в контакт с тканями уха и передают вибрации напрямую в орган слуха.

Воспринимаемая высота звука становится выше, когда увеличивается частота акустических колебаний. Частота 440 вибраций в секунду – камертон (эталон высоты), которым пользуются для настройки традиционных западных музыкальных инструментов, – соотносится с нотой ля первой октавы. Ученые пользуются герцами (Гц), чтобы обозначать число вибраций в секунду – камертон ля первой октавы обладает частотой 440 Гц. Мы способны слышать частоты до 20 Гц, а более низкие частоты мы скорее ощущаем, чем слышим. Частоты ниже порога слышимости называются инфразвуком. Инфразвук возникает из-за естественных явлений природы – прибоя, землетрясения, грозы. Эти звуки вызывают странные психологические реакции: чувство беспокойства, отвращения, тревоги и благоговейного ужаса. Им приписывают способность порождать «сверхъестественные» переживания. Из-за способности инфразвука внушать тревогу его часто применяют в современной музыке, как, например, поступили создатели саундтрека к французскому триллеру «Irréversible» («Необратимость» – прим. ред.). Использовать музыку для возбуждения эмоций как-то не очень честно.

Рис. 3.1 Звуковые волны в воздухе являются волнами более и менее плотного воздуха.

Верхний лимит частот, различимых человеческим ухом, находится обычно в районе 20,000 Гц, но с возрастом порог слышимости снижается, так как у пожилых людей слуховые рецепторные клетки теряют подвижность. Частоты, превышающие этот порог (ультразвук), человеческое ухо расслышать не в состоянии, но их различают многие животные: летучие мыши пользуются ультразвуком для эхолокации. Между названными крайними точками находится диапазон из десяти октав, воспринимаемых человеческим ухом. У фортепиано с 88 клавишами самая низкая нота ля, она рычит на 27,5 Гц, а самая высокая до – визжит на 4,186 Гц. Нам сложнее воспринимать четко определенную высоту звука нот по краям фортепианной клавиатуры, чем в ее середине – поэтому музыку в основном исполняют именно на средних клавишах, и расположение этих нот в центре клавиатуры тоже объясняется их свойствами. Частота основного тона мужского голоса обычно составляет 110 Гц, а женский голос на октаву выше – 220 Гц. Когда мужчина и женщина поют «в унисон», то они на самом деле поют в октавную гармонию.

КАК МЫ СЛЫШИМ

Орган, преобразующий вибрации воздуха в нервные импульсы и направляющий их в мозг для дальнейшей обработки, называется ушной улиткой. Это спиралевидный полый канал с костным стержнем во внутреннем ухе, который выглядит как маленькая раковина улитки (рис. 3.2). Внутри нее располагается длинная плоская мембрана – базилярная мембрана – покрытая звукочувствительными «волосковыми клетками». Они носят это название из-за мелких пучкообразных выростов на их поверхности. Эти клетки напоминают механические переключатели: когда «волоски» раскачиваются под воздействием акустических вибраций внутри жидкости, которая заполняет улитку, из-за движения открываются крохотные поры в стенках клетки. Через них в клетку поступают электрически заряженные атомы металла из соли, которая растворена в окружающей жидкости, и мембранный потенциал клетки изменяется.

В результате возникает нервный импульс, который устремляется по нервным волокнам к мозгу.

Различные волосковые клетки откликаются на различные звуковые частоты. Они расположены на базилярной мембране способом, поразительно напоминающим позицию фортепианных струн на резонансной деке. Базилярная мембрана колеблется под действием низкочастотных звуков с одной стороны и постепенно переходит к реагированию на высокие частоты на другом конце.

Рис. 3.2 Анатомия уха.

Все описанное выше – это легкая часть слухового восприятия. Звук преобразуется в электрические сигналы, почти как в микрофоне. Наше восприятие звука зависит от того, как эти сигналы обрабатываются. На первом шаге декодируется высота звука, что происходит с удивительной определенностью: каждая часть базилярной мембраны соотносится с определенным набором нейронов в мозге, которые распознают ее активность. Нейроны, определяющие высоту звука, находятся в первичной слуховой коре, то есть в той части мозга, где обрабатывается высота звука. Такое взаимно-однозначное преобразование не является типичным для воспринимаемых сигналов – например, у нас нет отдельных нейронов, соотносящихся с определенным вкусом, запахом или цветом.