Тревор Кокс - Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Рис. 8.2. Слияние двух нот приводит к биениям

Гитаристы используют биения для настройки инструмента. Они прижимают нижнюю струну на пятом ладу, оставляя следующую свободной, и одновременно бьют по обеим струнам. Если две ноты звучат не в унисон (то есть их частоты немного отличаются), то возникает модуляция, обусловленная биением. Меняя натяжение одной из струн, можно сблизить частоты. При разнице в 1 Гц биения достаточно медленные, нечто вроде звука «оуоуоуоуоуо». По мере сближения частот биения замедляются, пока не исчезают совсем, когда струны начинают звучать в унисон.

У колокола причиной биений является симметрия, вернее, ее отсутствие. Если колокол не идеально круглый, он издает две близкие частоты, вызывающие биения. На Западе при отливке нового церковного колокола эти вибрации стараются исключить. Но в Корее этот эффект считается показателем качества звука. Колокол короля Сондока, отлитый в 771 г., больше известен как Эмилле. Эмилле — это имитация детского плача, и, согласно легенде, мастеру пришлось принести в жертву дочь, чтобы колокол зазвучал [384]. Биения Биг-Бена вызваны тем, что он издает две частоты; причина — в дефектах, один из которых явно виден. Вскоре после установки колокола у него на боку появилась трещина. Джордж Эйри дал указания: колокол повернуть так, чтобы удар не приходился на трещину, использовать более легкий молот, а на концах трещины сделать два прямых разреза, чтобы она не увеличивалась.

Медленно затухающий звон Биг-Бена более грубый, чем звуки духовых, струнных и ударных музыкальных инструментов. Он состоит из смеси разных частот: основной частоты и гармоник (обертонов), которые окрашивают звук и меняют тембр [385]. Низкие ноты кларнета характеризуются «деревянным» звучанием и отличаются от нот саксофона, хотя оба инструмента — духовые, с одинарной тростью. Кларнет представляет собой цилиндрическую трубку, и поэтому гармоники у него не такие, как у саксофона, трубка которого имеет коническую форму. Сравнение гармоник музыкальных инструментов и колоколов может объяснить разницу в звучании.

На рис. 8.3 изображен спектр ноты, извлекаемой из моего саксофона сопрано — основная гармоника слева и серия пиков справа, представляющих собой гармоники кратной частоты. Спектр колокола Биг-Бена (рис. 8.4) похож на лес неравномерно распределенных пиков. Взаимодействие этих гармоник — одна из причин диссонирующего, металлического звука.

Рис. 8.3. Одиночная нота саксофона. (Иногда основную частоту называют первой гармоникой, и в этом случае следующие пики обозначаются как вторая, третья, четвертая… гармоники.)

Рис. 8.4. Спектр звона Биг-Бена

Когда две одновременно исполняемые ноты словно конкурируют и сталкиваются друг с другом, это называется диссонансом. Основа западной музыки — переключение между исполненным напряжения диссонансом и гармоничным консонансом . Ярким примером может служить слово «амен» в конце гимнов, где ноты в звуке «а» кажутся незаконченными и звук завершается только при переключении на слог «мен». Удовольствие нам доставляет именно такое переключение.

При одновременном исполнении двух нот их звук соединяется в слуховом канале. Наша реакция на объединенный звук отчасти определяется соотношением частот гармоник. Для простого интервала, например чистой квинты (рис. 8.5), когда ноты звучат приятным консонансом, два ряда гармоник распределены равномерно.

Для диссонансного интервала, например большой септимы, гармоники двух нот распределены неравномерно (рис. 8.6), и некоторые пики расположены очень близко друг к другу. Во внутреннем ухе, где вибрации превращаются в электрические импульсы, звуки близких частот совместно анализируются в диапазонах, которые называются критической полосой. Если две гармоники попадают в одну критическую полосу, но частоты их немного отличаются, то мы слышим резкий, диссонирующий звук.

Рис. 8.5. Две объединенные ноты саксофона, звучащие в консонансе

Рис. 8.6. Две объединенные ноты саксофона, звучащие в диссонансе

Диссонанс и консонанс также используются в звуковом искусстве. Работу «Гармонические поля» французского композитора Пьера Соважо я посетил за полгода до экскурсии на Биг-Бен. Подъезжая на автобусе, я увидел лес музыкальных инструментов, приводимых в действие ветром; они располагались на вершине холма Биркригг-Коммон в окрестностях Улверстона в Озерном крае. В Средние века эта возвышенность прекрасно подошла бы для замка, а в наше время она используется для того, чтобы ловить преобладающий западный ветер. Я вышел из автобуса и, охваченный волнением, стал подниматься на холм. Воздух казался совершенно неподвижным, и я боялся, что инструменты будут молчать. Но, приблизившись к каркасу с погремушками на обвисших металлических ветвях, я с облегчением услышал гудение.

«Гармонические поля» — громадное сооружение с сотнями разных музыкальных инструментов. Внешне оно не производит особого впечатления — нечто вроде индустриального пейзажа с тросами, шарами и помостами, в беспорядке расставленными на земле. Автор настаивает, что посетители должны не фотографировать, а сосредоточиться на звуках. Я лавировал между рядами вертикальных бамбуковых шестов, которые свистели, как накурившаяся опиума оркестровая группа свирелей. Звук извлекался из них так же, как из флейты; когда поток воздуха рассекается о грани прорезей в дереве, столб воздуха внутри бамбука начинает резонировать. Я прошел вдоль троса, похожего на навесную переправу, и заглянул в барабан, висящий посередине. Барабан усиливал вибрации троса, издавая звук чуть выше до третьей октавы, ноты в середине гитарного диапазона. Но гудение не было постоянным; оно то затихало, то усиливалось, словно кто-то мокрым пальцем водил по краю большого бокала для вина.

Больше всего мне понравился один простой и непритязательный инструмент. Между двумя треногами были натянуты пластиковые ленты, словно веревки для сушки белья. Когда я впервые приблизился к этой конструкции, то поднял голову, чтобы рассмотреть летящий в небе вертолет, но потом понял, что характерное тарахтенье издают сами полоски, которые вели себя как гигантская Эолова арфа.