Марина Корсакова
Мозг и музыка. Как чувства проявляют себя в музыке и почему ее понимание доступно всем
3. Вибрация
Для объяснения строительного материала музыки нам понадобится образ струны. Представьте, что вы тронули гитарную струну, она зазвучала и при этом стала выглядеть расплывчато. Почему расплывчато? Потому что она вибрирует. Следующий вопрос может показаться нелепым. Что означает «струна вибрирует»? Ответ на этот вопрос ведет нас к образу скрытого измерения обертонов и к закону лености, известному как принцип наименьших усилий.
Итак, представьте, что вы ущипнули струну и она завибрировала. Вибрация означает молниеносное деление струны на 2, 3, 4, 5, 6, и так далее частей. При каждом делении струна производит легчайший призвук, называемый обертоном (гармоникой). Последовательность этих мимолетных призвуков образует шлейф призвуков, называемый обертоновой серией (рис. 1). Точно такой же процесс происходит с колонной воздуха во флейте, тромбоне и горле певца. Любой естественный звук окутан облаком обертонов, и чем дальше обертон в серии, тем он слабее. А теперь представьте, как обертоновые шлейфы-серии входят в отношения между собой. Эти отношения определяют характер мелодических элементов.
Рис. 1. Обертоновая серия (незавершенная) для ноты До
4. Мелодические частицы и скрытое измерение обертонов
Любой натуральный звук являет собой аккорд, состоящий из фундаментального (основного) тона и длинного шлейфа легоньких обертонов. Представьте, что вы слышите песенку «В лесу родилась елочка». Наш разум сознательно регистрирует только фундаментальные тона, поскольку обертоновые серии слишком слабы для обычного уха, и анализ отношений между сериями происходит на подсознательном уровне. Естественно, что и запись нотами «В лесу родилась елочка» использует фундаментальные тона (рис. 2).
Рис. 2. Мелодия записана нотами, каждая из которых – это фундаментальный тон-«частица»
То, что мы сознательно слышим, и то, что мы записываем нотами, – это «частицы», каждая из которых заключает в себе обертоновую серию. Когда мы слушаем музыку, эти серии как бы разворачиваются для нашей системы слуха, и наш мозг сортирует звуки и их сочетания согласно отношениям между обертоновыми сериями. Анализируя эти отношения, система слуха дает нам ощущение характера звучания: или мирный консонанс, или напряженный диссонанс. Суть этой разницы в количестве общей информации или, так сказать, в родственности по обертоновой линии (рис. 3, цветная вклейка).
Так же как семейные отношения определяются родственной близостью, характер мелодических элементов зависит от количества общих обертонов. Причем не всяких обертонов, а только самых сильных, тех, что появляются в самом начале обертоновой серии. Дело обстоит так: когда основной тон второго звука дублирует один из сильных начальных обертонов первого звука, то происходит дублирование «громкой» информации. Такое дублирование производит особый эффект – консонанс. Чем больше общей «громкой» информации – то есть, чем больше общих сильных обертонов в двух разных обертоновых сериях, – тем меньше усилий на обработку такого звукосочетания и тем стройнее слуховое ощущение. Именно такой особенностью обладает мажорное трезвучие.
Рис. 3. Консонансы и дублирование важной информации: в октаве фундаментальный тон второго звука дублирует первый (самый сильный) обертон первого звука
Слушая музыку, мы схватываем фундаментальные (основные) тона, тогда как легонькие призвуки-обертоны остаются как бы «свернутыми» внутри явно слышимых музыкальных звуков. Скрытое измерение обертонов обнаруживает себя тембрами. Та же самая нота окрашивается по-разному, когда она озвучена голосом или гитарой, скрипкой или валторной. Различия в тембровой окраске определяются амплитудой определенных обертонов в серии. Обертоновая серия как бы обнажается в музыкальных тембрах.
5. Пифагорейские интервалы
Есть геометрия в звучанье струн.
Пифагор
Если мы отнесемся с вниманием к самому началу обертоновой серии, то мы сразу заметим, что первые три обертона образуют знаменитые мелодические интервалы, известные как пифагорейские интервалы: октава, квинта и кварта (рис. 4). Все три интервала принадлежат к консонансам. Они названы в честь греческого философа и геометра Пифагора Самосского (автора теоремы о прямоугольных треугольниках и уравнения a2+ b2= c2). Пифагорейские интервалы встроены в самое начало обертоновой серии любого натурального звука. Это закон физики. Когда мы слышим какой-либо музыкальный звук, наша система слуха ухватывает фундаментальный тон, за которым следуют сначала пифагорейские интервалы, а уж затем все остальные призвуки-обертоны в обертоновой серии.
Рис. 4. Пифагорейские интервалы появляются в самом начале обертоновой серии любого звука
Обсуждать пифагорейские интервалы – одно удовольствие, поскольку, во-первых, они обладают изящной арифметической простотой выражения. Как результат деления струны во время вибрации пифагорейские интервалы выражаются следующими дробями: октава (первое деление) = ½; квинта (второе деление) = ⅔; кварта (третье деление) = ¾. Напомним, что эти интервалы появляются в самом начале обертоновой серии, и потому они самые сильные и «громкие» (рис. 5).
Связь между простотой числового выражения и приятным звучанием с давних времен занимала внимание философов. «Божественным» пифагорейским интервалам было посвящено множество трактатов. На знаменитой фреске Рафаэля «Афинская школа», Пифагор обучает внимающего ему юношу не геометрии и не философии, но музыке.
Если сопоставить записанные нотами обертоновые серии любого из пифагорейских интервалов, то мы видим дублирование сильных начальных обертонов. Такое дублирование важной информации облегчает обработку пифагорейских интервалов для системы слуха. Известно, что рисунок активации мозга в ответ на консонансы и диссонансы различается у однодневных младенцев и что четырехмесячные малыши предпочитают консонансы. Эти данные говорят нам о врожденной человеческой экспертизе в отношении мелодических «частиц», о том, что эта экспертиза опирается на автоматические и подсознательные процессы обработки слуховой информации.
Рис. 5. Пифагорейские интервалы октава, квинта и кварта встроены в самое начало обертоновой серии любого натурального звука. Эти три обертоны и следующий за ними четвертый обертон образуют трезвучие в мажоре, которое ощущается даже маленькими детьми как «веселое». Мажорное трезвучие состоит из самых сильных начальных обертонов одного звука. Когда разные звуки собираются в мажорное трезвучие, происходит взаимное дублирование сильнейших обертонов. Обозначения: Терция М = мажорная терция (2 тона). Терция м = минорная терция (полтора тона). Поскольку в музыке есть понятие октавного эквивалента, то мы узнаем мажорное трезвучие, даже если тона звучат через октаву (или две, или три октавы)
Главной уликой важности «семейных связей по обертоновой линии» является роль октавы. Представьте два разных звука образующих мелодический интервал. В интервале октавы фундаментальный тон второго звука дублирует первый (самый сильный) обертон первого звука, и эта особенность упрощает процесс обработки октавы системой слуха. В результате октава воспринимается как «тот же» звук, но только выше или ниже. Например, когда дедушка и внук поют вместе песенку, то дедушка поет ее ниже, а ребенок – выше. «Ниже» и «выше» в этом случае означает расстояние в октаву. По всему миру, когда семья из взрослых и детей поет песню вместе, то кто-то наверняка поет ее в октаву и при этом все уверены, что они поют ту же самую мелодию. Таков эффект дублирования самого сильного обертона.
6. Автограф консонансов в записях работы мозга
Разные комбинации звуков требуют от мозга различных затрат на их обработку, что и определяет характер звучания. Именно поэтому консонансы отличаются на слух от диссонансов. Разница в наших слуховых ощущениях зарождается в тайной особенности любого натурального звука – в обертоновой серии. Обертоновые серии образуют «скрытое измерение», поскольку мы не способны сознательно уловить тот аккорд из призвуков-обертонов, который содержится в каждом обычном звуке. Хотя мы сознательно не замечаем обертоновые серии, наш мозг схватывает и анализирует их отношения. Именно этот тайный процесс дал жизнь искусству музыки.
Для людей нет необходимости изучать консонансы и диссонансы, чтобы понять различие в их звучании, поскольку механизм подсознательной обработки берет на себя заботу и о распознавание, и об ощущении. Мы обладаем интуитивным пониманием основных элементов мелодической материи. Исследуя реакции человеческого мозга на мелодические интервалы, ученые нашли, что реакции системы слуха на глубоком уровне ствола головного мозга оказались сильнее и стройнее для консонансов, чем для диссонансов. Скорее всего, именно общность важной спектральной информации работает синергетически при восприятии благозвучных консонансов. Полученные данные указывают на связь реакций системы слуха с характером музыкальных сочетаний и потому могут быть смело названы нейрофизиологическим автографом элементов мелодической материи.
Даже более впечатляющими были результаты исследования реакций системы слуха на трезвучия. В обычной музыке основных трезвучий всего четыре: мажорное, минорное, уменьшенное и увеличенное. Замеряя ответы системы слуха на трезвучия, исследователи нашли градиент ощущаемого (перцептуального) комфорта. Уровни комфорта проявились в различиях у замеренных реакций. «Веселое» трезвучие в мажоре произвело самые стройные, связные реакции. За ним следовал «грустный» минор. Следующим по уровню комфортности было уменьшенное трезвучие, обнимаемое тритоном (прозванным за свое неприятное звучание Diabolus in musica), и последним было увеличенное трезвучие (рис. 6).
Рис. 6. Градиент перцептуального комфорта для трезвучий: мажорное (1), минорное (2), уменьшенное (3) и увеличенное (4). Максимальная комфортность для мажорного трезвучия (1) и минимальная для увеличенного трезвучия (4)
Давайте присмотримся к этим результатам сквозь призму скрытого измерения обертонов. Среди четырех трезвучий мажорное является чемпионом по общей информации. Мажорное трезвучие состоит из фундаментального тона и следующих за ним трех обертонов (учитывая октавную эквивалентность). Все звуки мажорного трезвучия – близкие родственники по обертоновой серии, и вместе они создают гармоничную семью. Общность важной спектральной информации объясняет стройность и связность реакций ствола головного мозга в ответ на звучание «веселого» мажорного трезвучия. По контрасту, звуки уменьшенного и увеличенного трезвучий не обладают такими крепкими родственными связями и это, скорее всего, имеет отношение к напряженному характеру их звучания.
Отсюда понятно, почему унисон – сочетание из тех же нот – показывает самый высокий уровень связности реакций ствола головного мозга. В следующий раз, когда вы услышите приятное сочетание звуков, вспомните о законе лености: чем проще процесс обработки данного мелодического элемента, тем приятнее он звучит.
Увеличенное трезвучие было наименее комфортным для системы слуха (согласно данным), и оно же является самым необычным среди трезвучий. Увеличенное трезвучие построено на тонах целотонной гаммы, популярной в музыке о странных мирах и волшебных персонажах, таких, как колдун Черномор в опере Глинки «Руслан и Людмила». В свою очередь, целотонная гамма являет собой искусственное создание, лишенное тональной иерархии (рис. 7).
Рис. 7. Целотонная гамма и метаморфоза пифагорейских интервалов. Все кварты и их обращения преобразованы в тритоны. Увеличенные квинты звучат невинно, превратившись в энгармонически равные минорные сексты. Только один пифагорейский интервал остался верен себе – октава
Важно помнить, что закон лености строго локализован и имеет смысл только для базовых элементов восприятия. По большому счету, наш разум наслаждается интересными и необычными рисунками информации. Те же самые мелодические элементы служат строительным материалом для всех видов музыки – от простеньких напевов и хитов Бейонсе до опер Вагнера и «Микрокосмоса» Бартока. Так, в «Лунной сонате» Бетховена цепочки из напряженных тритонов магически передают томление души. В «Трио» Равеля «странные» увеличенные трезвучия сплетаются в обворожительно звучащее полотно. И основные мелодические элементы, и методы кодирования в музыке очень просты, но вот уровни сложности закодированной информации колоссально различаются.
Контраст между простотой элементов и сложностью структур, состоящих из этих элементов, является нам не только в музыке. Например, давно исчезнувшие звезды стали источником строительного материала для нашей планеты и тех, кто ее населяет. Конечное число базовых химических элементов в звездной пыли организовалось в разнообразные структуры, включая живые организмы, сложность которых может быть бесконечной. Достаточно вспомнить об организации и работе человеческого мозга, этой самой сложной структуре, известной для современной науки. Мы все еще не можем объяснить механизмы мышления, а неостанавливающаяся пластичность мозга делает задачу создания коннектома (карты всех связей в мозге) невероятно сложной.
Приложение закона лености к мелодическим элементам имеет интересные последствия, так как закон лености позволяет нам думать о музыкальных композициях в терминах распределения энергии: на уровне нейронных сетей система слуха производит меньше затрат на обработку консонансов и больше затрат на обработку диссонансов. С точки зрения градиента нейронных затрат на обработку слуховой информации любая тональная композиция создана из уровней энергии. Когда эти уровни талантливо организованы во времени, их конфигурация преображается человеческим разумом в эстетические эмоции. Такое определение справедливо и для популярной сегодня электронной музыки, и для бессмертного «Искусства фуги» Иоганна Себастьяна Баха, и для фольклорных мелодий. Образ музыки как динамического поля не просто метафора, но психофизическая реальность.
7. Абсолютный слух
Для некоторых людей не составляет труда назвать ноты по слуху, так же как для них не составляет труда назвать пушистое мурлыкающее животное котом, а румяный фрукт – яблоком. Способность узнавать музыкальные звуки «по именам» (по нотам) называется абсолютным слухом.
Семантическая память на ноты появляется спонтанно в детстве. Эта способность довольно редка, примерно у одного человека из 10000. Мы даже знаем неврологические корреляты абсолютного слуха, а именно левостороннюю асимметрию в височной площадке (planum temporale). Абсолютный слух чаще встречается в Азии, там, где говорят на тональных языках, в которых значение слов зависит от направления мелодического интонирования вверх или вниз. Абсолютный слух полезен для музыкантов, но он не критичен для понимания музыки. У большинства людей слух относительный. Человеческий разум входит в мир музыки, следуя за взаимоотношениями между музыкальными звуками, и относительный слух прекрасно справляется с задачей считывания тональных рисунков информации.
Соотнося разные музыкальные звуки, разум подключается к мелодическому мышлению – и интуитивно ощущаемые отношения между тонами преобразуются в эмоции. Именно поэтому для абсолютного большинства людей относительный слух открывает мир музыки для разума. Чтобы узнать любимую мелодию, нам не требуется знание амплитуды и частоты звучания нот в цифрах, и мы прекрасно обходимся без знания нот. Мелодию можно сдвинуть повыше или пониже по звуковысотности, мы все равно ее узнаем, поскольку все, что действительно важно, – это сохранение отношений между тонами. Это как сохранение пропорций в обычном пространстве. Знаменитое здание узнается на расстоянии (или на рисунке или в виде модели), потому что мы отзываемся на знакомые пропорции.
Когда люди разговаривают, мелодия их речи меняет направление то вверх, то вниз, что помогает выразительности слов, этих семантических единиц, которые мы запоминаем и пополняем с детства. Слова несут в себе значение речи, подчиняясь правилам языкового синтаксиса. У музыки тоже есть свой синтаксис, но его правила совершенно отличны от лингвистических. Вместо семантической определенности слов музыка вводит нас в пространство феноменальной тональной гравитации. Прежде чем начать рассказ о динамическом поле тонов, надо прислушаться и присмотреться к скромной гамме, поскольку та европейская музыка, что сквозь века сохраняет свое воздействие на чувства и разум слушателей, опирается на диатоническую гамму.