Способность различать высоту звуков основана на физиологии и варьирует у разных животных. Как вообще получилось, что мы, люди, различаем ее? В базилярной мембране внутреннего уха есть волосковые клетки, чувствительные к колебаниям, и они реагируют на определенный диапазон частот. Они протянуты по всей мембране. Низкочастотные звуки возбуждают волосковые клетки на одном конце базилярной мембраны, звуки из среднего диапазона частот — в середине, а высокочастотные звуки — на другом ее конце. Можно представить, что на мембране есть карта различных высот, очень напоминающая клавиатуру фортепиано. Так как тоны распределены по всей поверхности мембраны, эта карта называется тонотипической.
Когда звук попадает в ухо, он проходит через базилярную мембрану, где в зависимости от его частоты активируются определенные волосковые клетки. Мембрана работает подобно фонарю с детектором движения, какие иногда устанавливают в садах. Определенная ее часть активируется и передает электрический сигнал в слуховую зону коры головного мозга. У той тоже есть тонотопическая карта — тоны располагаются на поверхности коры от низких к высоким, то есть разные области мозга реагируют на разные высоты. Высота звука настолько важна, что мозг представляет ее непосредственно. В отличие от большинства остальных характеристик звука, его высоту мы можем определить напрямую: введя в мозг человека электроды, мы могли бы понять, какой тон он слышит, наблюдая только за активностью мозга. Несмотря на то что музыка основана на соотношении тонов, а не на абсолютном значении высоты, парадоксальным образом именно на эти абсолютные значения мозг реагирует на всех стадиях обработки звуковой информации.
Непосредственное восприятие высоты звука настолько важно, что стоит это повторить. Если я вживлю электроды в зрительную кору вашего мозга (расположенную в его затылочной части и отвечающую за зрение), а потом покажу вам красный помидор, то ни одна группа нейронов не заставит соответствующие электроды покраснеть. А если я расположу электроды в вашей слуховой коре и сыграю чистую ноту с частотой 440 Гц, то у вас активируются нейроны, которые разряжаются именно с этой частотой, и электрод получит и передаст электрический сигнал с частотой 440 Гц. Можно сказать, в ухо влетело, из мозга вылетело!
Музыкальная гамма — лишь подмножество теоретически бесконечной последовательности значений высоты звука, и каждая культура обращается с ней или на основе исторической традиции, или несколько произвольно. Избранные тоны провозглашаются частью музыкальной системы. Названия нот можно увидеть на клавишах на рисунке. Сами эти названия — «ля», «си»[4], «до» (или «A», «B», «C») и т. д. — произвольные обозначения, которые мы ассоциируем с определенными частотами. В западной музыке, то есть музыке европейской традиции, существуют только «принятые» ноты. Большинство инструментов предназначены для воспроизведения исключительно этих звуков, а не других. (Инструменты вроде тромбона и виолончели — исключение, на них можно сыграть звуки, расположенные между нотами. Тромбонисты, виолончелисты, скрипачи и т. д. немало времени тратят на то, чтобы научиться различать на слух и точно воспроизводить те частоты, которые попадают в «принятые» ноты.) Промежуточные звуки считаются ошибочными («не попал в ноту»), если не используются для выразительности (когда краткий «фальшивый звук» воспроизводится намеренно для создания эмоционального напряжения) или при переходе от одной «принятой» ноты к другой.
Настройка инструмента предполагает точное совпадение исполняемой ноты со стандартом (камертоном, тюнером) или определенное отношение между двумя и более исполняемыми нотами. Музыканты в оркестре настраиваются перед выступлением, синхронизируя свои инструменты (которые естественным образом расстраиваются, потому что дерево, металл, струны и другие материалы расширяются или сжимаются при изменении температуры и влажности) со стандартной частотой, а иногда друг с другом. Опытные музыканты нередко изменяют частоту тонов во время игры для большей выразительности (конечно, так не делают с инструментами, у которых высота фиксированная, например с клавишными и ксилофонами). Умело сыгранная нота, звучащая чуть выше или ниже своей номинальной высоты, позволяет передать определенные эмоции. Опытные музыканты, которые вместе играют в ансамбле, тоже меняют высоту тона своих инструментов, чтобы те звучали гармоничнее с остальными, если один или несколько их коллег отойдут от стандартной настройки во время исполнения.
В западной музыке ноты обозначаются латинскими буквами от A до G либо названиями до — ре — ми — фа — соль — ля — си. Эту систему обыграли Роджерс и Хаммерстайн в песне «До-ре-ми» из мюзикла The Sound of Music («Звуки музыки»): «До — воробушка гнездо, ре — деревья во дворе…» Ноты расположены по возрастанию частоты звука: у ре частота больше, чем у до (то есть нота ре выше, чем до), у ми частота больше, чем у до и ре. После си снова идет нота до, но уже следующей октавы и т. д. Ноты соседних октав с одним и тем же названием отличаются друг от друга по частоте в два раза. У одной из нот с названием ля частота 110 Гц. Нота с частотой в два раза меньше — 55 Гц — тоже называется ля, и нота с частотой в два раза больше — 220 Гц — тоже ля. Если дальше удваивать значение, мы получим ноты ля с частотой 440 Гц, 880 Гц, 1760 Гц и т. д.
Это фундаментальное свойство музыки. Обратите внимание, что названия нот повторяются из-за феномена восприятия частот в два раза выше и в два раза ниже исходной. Когда мы увеличиваем или уменьшаем частоту вдвое, мы получаем ноту, удивительно похожую на ту, что звучала раньше. Такое соотношение частот, равное 2/1 или 1/2, и называется октавой. Это настолько важно, что, несмотря на огромные различия между музыкальными культурами — индийской, балийской, европейской, ближневосточной, китайской и т. д., — у каждой в основе музыки лежит октава, даже если у этой культуры больше нет почти ничего общего с другими. Таким образом, мы приходим к понятию круга в восприятии высоты тона, аналогичному понятию цветового круга. Несмотря на то что красный и фиолетовый цвета расположены на противоположных концах видимого спектра частот, в нашем восприятии они похожи. То же верно и в музыке, и часто в ней выделяют два измерения, одно из которых отвечает за увеличение частоты звука (и за то, почему звуки с большей частотой кажутся нам выше), а второе объясняет, почему мы всякий раз как бы «возвращаемся домой», когда частота удваивается.
Когда мужчина и женщина говорят в унисон, высота их голосов обычно отличается на октаву. Высота детской речи, как правило, на октаву или две выше, чем у взрослых. Первые две ноты мелодии Гарольда Арлена «Over the Rainbow» («Над радугой») из фильма «Волшебник cтраны Оз» составляют октаву. В песне «Hot Fun in the Summertime» («Жаркое летнее веселье») группы Sly and the Family Stone первую строчку куплета «Уходит весна, и снова она здесь» Слай и его бэк-вокалисты исполняют с интервалом в октаву. Когда мы повышаем частоту, играя последовательные ноты на инструменте, у нас возникает сильное ощущение, что при удвоении частоты мы возвращаемся «домой». Восприятие октавы настолько фундаментально, что даже некоторые виды животных, например обезьяны и кошки, воспринимают одну ноту из разных октав одинаково, подобно людям.
Интервал — это расстояние между двумя тонами. В западной музыке октава подразделяется на 12 логарифмически равноудаленных тонов. Интервал между ля и си (или между до и ре) считается целым шагом, или тоном. (Слово «тон» может вас запутать, потому что мы называем тоном любой музыкальный звук. Поэтому для обозначения интервала в один тон я иногда буду использовать термин шаг.) Минимальное расстояние между двумя звуками в западной системе, как мы это воспринимаем, делит шаг пополам: получается полушаг, или полутон, составляющий 1/12 октавы. (Здесь я использую слово полутон, потому что этот термин более распространен и у него нет других значений.)
Интервалы составляют основу мелодии, и они важнее фактической высоты нот. Воспринимая мелодию, мозг обрабатывает звуки относительно друг друга, а не по их абсолютной частоте, а значит, и мелодию мы воспринимаем по интервалам, а не по нотам, которые в ней есть. Четыре полутона всегда составляют интервал, который называется большой терцией, независимо от того, какая нота в нем первая — ля, соль-диез или любая другая. Посмотрите приведенную ниже таблицу интервалов в нашей (западной) музыкальной системе.
Таблицу можно было бы продолжить: 13 полутонов составят малую нону, 14 полутонов — большую нону и т. д., но эти названия обычно используют только эксперты. Чистая кварта и чистая квинта называются так потому, что в восприятии многих людей кажутся особенно благозвучными, и еще со времен древних греков эта особенность гаммы лежит в основе всей музыки. (Не бывает квинты «нечистой», просто так называется интервал.) Захотите ли вы использовать в музыке чистую кварту и квинту в каждой фразе или вообще от них откажетесь, не имеет значения, все равно они служат основой музыки как минимум 5000 лет.
Хотя ученые уже составили карту областей мозга, реагирующих на определенную высоту звука, до сих пор не удалось выявить нейрональную основу определения интервалов. Мы знаем, какие части коры реагируют на ноты до и ми, а какие — на фа и ля, но не знаем, как и почему мозг воспринимает оба интервала как большую терцию и какие нейронные сети отвечают за то, что эти интервалы кажутся одинаковыми. Должно быть, отношения между звуками мозг получает в результате вычислительных процессов, которые пока плохо понятны науке.
Если в октаве 12 наименований нот, то почему мы используем всего семь их названий (до, ре, ми и т. д.)? Можно предположить, что, раз музыкантов несколько столетий принуждали питаться только в помещениях для слуг, а входить в замок только через черный ход, они специально придумали такую систему, чтобы и остальные чувствовали себя в чем-то ущербными. У дополнительных пяти нот составные названия, например ми-бемоль или фа-д