Почему мы все так музыкальны? - страница 16

Приносит ли эта удивительная способность мозга реконструировать несуществующие звуки практическую пользу? Несомненно — при телефонном разговоре, например. Телефоны передают частоты, начиная приблизительно с 300 Герц, то есть выше базовой частоты голоса взрослого мужчины. Тем не менее, мы не воспринимаем звучащий в телефонной трубке мужской голос как детский — базовая частота реконструируется на основании спектра обертонов. Органисты, умеющие извлекать определенный спектр обертонов, могут симулировать такие низкие звуки, какие органу в силу его конструкции неподвластны. А производители громкоговорителей с помощью технических приспособлений добиваются эффекта излучения низких тонов, с точки зрения физики невозможных.

Так что высоту сложного звука определить не так легко, в этом немалую роль играют субъективные факторы. Один и тот же тон воспринимается по-разному в зависимости от окружающей среды, и на этом основан удивительный эффект так называемого звукоряда Шепарда — создающего иллюзию бесконечно повышающегося или понижающегося тона, в то время как на самом деле его высота не меняется.

Звукоряд Шепарда напоминает знаменитую лестницу Маурица Эшера. Если там зрительная иллюзия обманывает привычное ощущение перспективы, то звукоряд Шепарда делает то же самое с восприятием высоты звуков. Еще более сильное впечатление производит эффект, называемый «глиссандо Шепарда-Риссета»: кажется, что звук, как у сирены, непрерывно повышается, хотя на самом деле он остается на том же уровне. Этот прием использовали некоторые композиторы-модернисты, а также группа «Pink Floyd» в композиции «Echoes» и группа «Queen» — в альбоме «A Day at the Races».

Как же выделить из комплексного сигнала каждую из составляющих его частот? Подобный подход требует сложных расчетов с применением интегрального и дифференциального исчислений, но наш мозг не решает никаких уравнений. Для сравнения вспомним: чтобы поймать мяч, нам не нужно вычислять его траекторию — наша рука сама окажется в нужный момент в нужном месте.

Каким образом поступающий извне сигнал раскладывается во внутреннем ухе на исходные частоты, выяснил физик Георг фон Бекеши, удостоенный за это в 1961 году Нобелевской премии. До него считалось, что внутри органа слуха имеется нечто вроде струн, которые, принимая звуковой сигнал, колеблются с ним в резонансе. Бекеши доказал, что колебания мембраны происходят по типу бегущей волны.

Диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот достаточно широк. И здесь надо пояснить, что такое октава. Это одно из фундаментальных понятий в музыке: у каждого восьмого звука частота вдвое больше, чем у первого, но они воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя различаются по высоте. Поэтому когда одну и ту же ноту поют хором женщина и мужчина, их голоса отличаются на октаву, но на слух эта разница не слышна. Итак, в одной октаве соотношение частот между нижним и верхним звуками составляет 1:2, он охватывает примерно 10 октав, опережая по этому показателю все другие органы чувств, — диапазон световых частот, которые мы воспринимаем, охватывает всего одну «октаву» (свет с самой короткой длиной волны имеет частоту всего лишь вдвое большую, чем свет с самой длинной).

Как известно, острота слуха с возрастом ослабевает, в особенности в области высоких частот. У 60-летнего человека верхняя граница лежит на две октавы ниже, что, тем не менее, позволяет ему слышать все музыкальные звуки и, само собой, речь.

88 клавиш современного концертного рояля охватывают не весь диапазон частот, доступный восприятию человека, причем в экстремальных зонах, когда нажимаешь крайние клавиши, различить ноты почти невозможно — нижняя рокочет, верхняя визжит.

И все же наш слух способен поразительно быстро настраиваться на определенный тон и чувствовать его высоту. Низкий звук распознается за одну сотую долю секунды, в диапазоне более высоких частот идентификация происходит за четыре тысячные доли секунды. При этом в зоне средней октавы мы (я имею в виду не экспертов, а любого из нас) в состоянии различить до 350 звуков, хотя в европейской музыке используется только двенадцать из них.