Аре Бреан - Музыка и мозг [Как музыка влияет на эмоции, здоровье и интеллект]

От внешнего уха слуховой проход тянется к барабанной перепонке. Далее идет внутренний слуховой проход, внутри которого слуховые косточки связывают внутреннюю сторону барабанной перепонки с овальным окном и улиткой. Три дуги на вершине улитки — это вестибулярный аппарат.

Подробнее см. на рис., приведённом ранее.

Удивительно, но частота импульсов в слуховом нерве (во всяком случае в нижних диапазонах) полностью соответствует частоте услышанного нами тона, если не выходит за предел частоты импульса нейрона (400 Гц). К тому же каждый тон занимает в слуховом нерве свое место, а частота звуковой волны, которую улавливает ухо, соответствует частоте, с которой слуховой нерв пересылает сигналы в мозг. Эту информацию мозг использует во время анализа высоты тона — и об этом мы поговорим в следующей главе.

Для всей музыки тон — это краеугольный камень. Когда физический объект совершает гармонические колебания, возникает чистый тон. В природе это явление встречается достаточно редко. Можно сказать, что шум водопада имеет основную частоту, а звуки, издаваемые некоторыми живыми существами, — например, пение птиц, — обладают тональной характеристикой, но в целом мы в основном окружены шумом (или более сложными «беспорядочными» звуками). Большая часть животной коммуникации — от львиного рёва до хрюканья свиньи — лишена тона и других музыкальных характеристик.

Даже тот музыкальный звук, что мы воспринимаем как чистый тон, имеет сложную структуру. Мы слышим чистый, непрерывный поток звука с определенной частотой, или высотой тона. Однако измерительные приборы показывают совсем другую картину. Когда некий объект, скажем гитарная струна, совершает гармонические колебания, он не колеблется по всей длине равномерно — колеблется, соответственно, половина длины струны, а также ее третья часть, четвертая и далее (Пифагор описал это явление еще две с половиной тысячи лет назад). Тон состоит не только из основной частоты, но и из основной частоты, умноженной на два, на три, на четыре и далее. Например, частота колебания ноты ля в середине клавиатуры фортепиано — 440 колебаний в секунду. Обозначают это так: 440 Гц (герц). Ряд обертонов для ноты ля — это, соответственно, данная частота, умноженная на 2, 3, 4 (и более), то есть 880, 1760, 3520, 7040 Гц и далее.

Если вы хотите самостоятельно в этом убедиться и рядом с вами есть фортепиано, можете провести простой эксперимент: зажмите клавиши до, ми и соль в середине клавиатуры пианино. С силой нажмите клавишу ре октавой ниже: вы услышите только ее звучание. Затем с силой нажмите клавишу до рядом с ней. Вы услышите, что звучат до, ми и соль, которые вы по-прежнему удерживаете. Все дело в том, что эти тоны — часть обертонового ряда находящейся на октаву ниже клавиши до. Когда вы на нее нажимаете, обертоны дают резонанс к аккорду до мажор — он звучит даже в отсутствие основного тона. Если же вы, напротив, нажмете на клавишу до, не зажимая до, ми и соль октавой выше, вы услышите лишь ноту до, хотя все прочие обертоны и составляют звучание этого тона. Столь удивительный феномен называется слиянием — он означает, что во время нашего восприятия (перцепции) все обертоны сводятся к основному тону. Именно сокращая такое сложное звуковое полотно (целый ряд тонов, находящихся в определенных соотношениях) лишь до основной частоты, мозг упрощает для нас картину мира и делает ее более наглядной. Это не означает, что мозг игнорирует информацию об обертонах. Вовсе нет. Как мы еще увидим, именно качество обертонового звукоряда определяет высоту тона и тембр и имеет определяющее значение для созвучия с другими тонами (консонанса) или его отсутствия (диссонанса).

Итак, у того звука, что мы воспринимаем как тон, нет единой частоты. Есть целый обертоновый звукоряд — ряд частот, звучащих вместе и сокращающихся до одного тона в нашем мозге. Однако обертоновый звукоряд несет очень важную для мозга информацию. Например, именно он определяет, как мозг будет воспринимать высоту тона. Особенно важны третий, четвертый и пятый обертоны. Важность обертонового ряда для восприятия легко продемонстрировать с помощью чистого тона, искусственно созданного и имеющего только одну частоту (например, 440 Гц, что соответствует ноте ля на середине клавиатуры фортепиано). Если вы услышите такой тон, мозг не сможет определить его высоту. Даже люди с абсолютным слухом здесь бессильны. На самом деле, если сыграть аккорд из чистых тонов, составляющих вместе обертоновый ряд, в котором особенно важны третий, четвертый и пятый тоны, мозг воспримет как отсутствующий основной тон. Следовательно, мозг выстроит (а мы услышим) тон, которого на самом деле нет. Это явление отсутствия основного тона — пример слуховой иллюзии.

Мозг позволяет обмануть себя — но мы ведь ему это простим? Если одновременно зазвучат несколько тонов, принадлежащих обертоновому ряду более низкого басового тона, басовый тон возникнет исключительно благодаря физике, хотя на самом деле мы его не играем. Так образуется комбинационный тон. Это явление широко известно, и в течение многих веков им пользуются создатели органов. Инструменту необязательно нужны большие басовые трубы — ведь достаточно просто сыграть аккорд из обертонового ряда для нужного тона, и получившийся комбинационный тон будет соответствовать отсутствующему основному. Орган будет звучать точно так же, как и с настоящей басовой трубой, а этот практичный метод позволит сэкономить место и снизить стоимость инструмента. Еще один пример — мобильные телефоны: многие из них не могут воспроизвести тоны с частотой ниже 300 Гц, а мужские голоса зачастую еще более низкие. Благодаря явлению отсутствия основного тона низкие частоты мужских голосов слышны по мобильному телефону.

Мы слышим звуки с частотой от 16–20 до 16 000–20 000 Гц. Поэтому у более низких звуков ряды обертонов богаче и сложнее, чем у более высоких. Первый обертон для тона частотой 5000 Гц имеет частоту 10 000 Гц, следующий обертон — 15 000 Гц, а третий — 20 000 Гц (мы его едва слышим). Следовательно, высокие звуки имеют более скудный обертоновый ряд, чем низкие. Как мы уже говорили, именно третий, четвертый и пятый обертоны важны для идентификации тона. А у относительно высокого тона, например частотой 5000 Гц, четвертый и пятый обертоны находятся уже за пределами восприятия. Из-за этого мозг не сможет выстроить в нашем восприятии тон (он зависит от третьего, четвертого и пятого обертонов). Мы как бы потеряем ощущение тона! Самый высокий тон клавиатуры фортепиано имеет частоту 4440 Гц. Он настолько высок, что его обертоновый ряд выходит за границу нашего восприятия. Поэтому нет смысла добавлять еще одну октаву. Мы в состоянии услышать ee основную частоту, однако ощущения тона у нас не будет. Все тоны будут казаться нам писком, не являющимся частью аккорда или гаммы и не имеющим для нас никакого значения.