Звук: слушать, слышать, наблюдать

Сколько раз нам приходилось слышать, когда мы говорили, что пишем книгу «о звуке»: «О чем о чем?» Каждый день, в любую минуту о звуке говорят во всех возможных контекстах, но достаточно сделать его самостоятельной темой, как никто уже не знает, что это такое.

Итак, начнем со сведений о звуке, считающихся надежными и объективными: с акустики как общепринятого знания, принимаемого как данность, которая здесь только резюмируется.

1. Звук как объект акустики

На физическом уровне звуком называется вибрация среды, которую мы предлагаем называть старым забытым словом «верберация». Это волна, которая вследствие колебания одного или нескольких источников, иногда называемых звуковыми телами, распространяется согласно своим собственным законам и, в частности, достигает уха, где дает материал для слуховых ощущений, при этом иногда также (мы еще увидим далее, к какой путанице приведет это «также») затрагивает другие части тела, где вызывает потрясения, совибрации и т. д., более размытые и неовеществляемые.

Такая волна предполагает наличие передающей ее среды, без которой, строго говоря, ни о каком звуке не было бы и речи. Физически звук, собственно, и «есть» колебание такой среды. Звук расходится кругами концентрических волн, чем-то напоминающих круговую зыбь, которую видит человек, если бросит камень в тихие воды. При этом нельзя забывать о сложном переплетении, когда волна возвращается от одного берега к другому, а также о смешении различных видов затухания в зависимости от длительности начального колебания18.

В воздухе верберация, или звуковая волна, распространяется со скоростью около 340 м/с, что, как мы видим, почти в миллион раз медленнее скорости света. Отсюда хорошо известное запаздывание раската грома по отношению к вспышке молнии. Только в начале XIX века удалось точно установить среднюю скорость звука, которая одинакова вне зависимости от его интенсивности, но слегка варьируется в зависимости от давления и температуры.

В воде акустическая волна распространяется значительно быстрее (со скоростью около 1500 м/с), но зато звук становится «монофоническим» и слышится главным образом за счет костной проводимости.

Как известно, некоторые твердые или натянутые материалы передают звуки (эксперимент со шнурковым телефоном): в этом случае говорят о проводимости твердых тел. Именно она так затрудняет звукоизоляцию квартир, расположенных одна над другой.

Если не рассматривать вопрос о длительности, звук в физическом смысле имеет всего лишь две характеристики: частоту (количество колебаний в секунду, выраженное в герцах) и амплитуду давления19. Учитывая при этом, что звуковой феномен чаще всего несет в себе несколько частот, наложенных друг на друга, периодических или непериодических, имеющих разные амплитуды, весь этот комплекс может меняться каждую минуту. Частота, или частоты, воспринимаются как высоты или, говоря шире, как масса. Амплитуда – это интенсивность звука (см. далее). Все остальные характеристики звука, которые мы воспринимаем, создаются вариациями в длительности частоты и амплитуды. При этом эти характеристики не могут сводиться к звуковым качествам, «производным» от массы или интенсивности, как хотели бы думать некоторые, перенося количественную логику физики на качественную логику восприятия. В частности, характерная атака «щипковых струнных» (гитара) или клавишных (фортепиано) – это ощущение, обобщенное в специфическое восприятие атаки, хотя оно и происходит от быстрых, комбинированных вариаций интенсивности (в форме нисходящей кривой) и гармонического спектра (постепенное исчезновение гармоник).

Детали науки, называемой акустикой, то есть изучение распространения, отражения, рефракции, дифракции звука (в смысле верберации) в зависимости от среды, нас здесь не интересуют, и вы можете обратиться к многочисленным техническим текстам на эту тему, опубликованным в энциклопедиях или в специальных изданиях. Обозначим несколько основных пунктов.

Звук распространяется от своего источника по кругу или сферически. Таким образом, распространение идет по всем направлениям (в следующих друг за другом циклах сжатия и расширения) и ослабевает пропорционально квадрату от пройденного расстояния.

Когда звуковая волна встречает поверхность, которая не поглощает ее целиком и частично отсылает обратно, как мяч, это называется отражением. Когда мы одновременно слышим, как это часто бывает, звук, идущий напрямую от источника к нашему уху, и отраженный звук (отскакивающий от стен), запаздывание отраженного сигнала в отношении «прямого», объясняемое медлительностью звука и меняющейся величиной его отражений в зависимости от среды, создает реверберацию. Они либо становятся продолжением звука и поддерживают его, либо, если оказываются сильнее, мешают его расслышать (в частности, в случае речи), в разной степени смазывая его контуры.

Когда звуковая волна встречает препятствие, часть ее огибает его, и тогда говорят о дифракции. Это еще больше усложняет звукоизоляцию. В целом высокие частоты имеют более четкую направленность, чем низкие, из чего вытекают разные следствия, касающиеся как формирования ушной раковины у разных биологических видов, так и так называемого стереофонического эффекта. Этим, в частности, объясняется, почему в так называемых Hi-Fi системах высокие и средние частоты распределяются по двум динамикам, тогда как низкие сосредоточены в одном сабвуфере.

2. Ухо и его лабиринт

Особенность человеческого уха состоит в том, что оно одновременно является и внешним, и внутренним органом, отсюда особая символика, ассоциирующаяся со звуком и делающая его связующим звеном между различными мирами (реальным, воображаемым) и различными уровнями (физическим, духовным).

«Ухо» как орган обычно подразделяется на три части: наружное, среднее и внутреннее.

2.1.1. Наружное ухо

Наружное ухо, образованное у человека двумя ушными раковинами и двумя слуховыми проходами, рассматривается и как механизм защиты (от чужеродных тел, которые могут в него попасть, а также от ветра и других природных явлений, которые могут помешать слышать), и как механизм резонанса. Ушная раковина направляет волны на барабанную перепонку, и ее форма благоприятствует отбору определенных частот, тех, что нужны нам для голосового общения. Двигать ушами, чтобы локализовать и выделить некоторые звуки, – привилегия, данная другим видам, но не нашему. Например – кошачьим и грызунам, у которых пространственное восприятие феноменов, оказывающихся для нас сверхвысокими (а значит, слишком направленными), имеет жизненно важное значение для того, чтобы обнаружить опасность или добычу.

Слуховой канал у взрослого человека в среднем бывает 7–8 мм в диаметре и от 2,5 до 3 см длиной. Его форма и характер позволяют отбирать частоты, находящиеся в зоне речи. Это также дает возможность приглушать звуки, способные помешать ее пониманию, прежде всего низкие частоты.

2.1.2. Среднее ухо

Средним ухом называют внутренний механизм, образованный барабанной полостью и тремя косточками, которые традиционно называются молоточком, наковальней и стременем и служат для преобразования воздушных вибраций в вибрации твердых структур, идущих до внутреннего уха, вход в которое называют овальным окном.

К барабанной перепонке, овальной эластичной мембране, примыкает первая из косточек – молоточек. Эти косточки, передающие вибрации барабанной перепонки во внутреннее ухо, способствуют усилению частот, расположенных в диапазоне 1000–4000 Гц. И снова предпочтение отдается определенным частотам. В этой части уха располагаются механизмы защиты от слишком громких звуков.

Здесь важную роль играют два мускула: tensor tympani, который высвобождает стремечко барабанной перепонки и, сокращаясь, усиливает ее натяжение, и tensor stapedi, который «натягивает стремечко перпендикулярно направлению его вибрации, что смягчает передачу <…>. Таким образом, сокращение мышц участвует одновременно в компрессии сильных сигналов <…> и в аккомодации к восприятию шума»20. Речь идет не только о том, чтобы защитить внутреннее ухо от слишком громких шумов (при условии, что на это есть время), но также о том, что всякий раз, когда человек говорит, эти мышцы приводятся в действие в одной из многих петель обратной связи, которыми характеризуется аудиоголосовой цикл: «Сокращение стремечка также вызывается вокализацией, так что мышечная реакция предшествует голосовому сигналу. По-видимому, здесь действует механизм, ослабляющий воздействие звуков на ухо человека, который их издает»21.

Существование этого механизма объясняет, почему можно адаптироваться к громким, но постоянным звукам, а также почему в некоторых случаях, когда человек сталкивается с резкими контрастами интенсивности, его слух, не успев подготовиться, может получить травму.

2.1.3. Внутреннее ухо

Наконец, есть часть, называемая внутренним ухом, в которой находятся как органы поддержания равновесия (эллиптический мешочек, преддверие и полукружные каналы), так и собственно органы слуха, в частности улитка, cochlée, названная так по греческому слову, потому что имеет спиралевидную форму, как у раковины реальной улитки. Здесь вибрации овального окошечка, в свою очередь, приводят в движение жидкость, а также органы, находящиеся внутри улитки, а именно волосковые клетки, числом около 3500, располагающиеся вдоль мембраны, называемой основной, и связанные с 30 000 нейронов. Основная мембрана, свернутая в улитку, часто сравнивается с миниатюрной клавиатурой, по которой распределены частоты.

Именно здесь производится (или не производится – в зависимости от того, какой теории следовать) спектральный анализ. Каждое нервное волокно улитки активируется избранной частотой, и сами волокна распределены характерным образом (теория тонотопии или тональной локализации).

Издавна ученые задавались вопросом о том, где происходит анализ гармоник – на уровне улитки или ближе к центру, в мозгу.

Три теории сменили друг друга:

А) По теории резонанса, предложенной Гельмгольцем, анализ производится в улитке: «Каждое волокно слухового нерва возбуждается отдельной частотой, поэтому анализ происходит во внутреннем ухе, прежде чем поступает в мозг».

Б) Теория, которую называют телефонной теорией Резерфорда, «исходила из идеи о том, что любые волосковые клетки могут возбуждаться любыми частотами – и что слуховой нерв передает в мозг сообщение, которое по своей частоте и форме в точности воспроизводит звуковое колебание и потому работает как телефонная линия»22. При этом анализ звуков выполняется в центральной нервной системе.

В) Более поздняя теория «залпов», основанная на идее одновременной работы множества волокон, «разряжающих свой нервный импульс одной очередью или одним залпом» (см. Theory of Hearing, Wever, 1949), пытается разрешить загадку того, что ритм звуковых импульсов может одновременно представлять как высоту, в одной части шкалы, так и интенсивность.

Так, после путешествия по воздуху (до барабанной перепонки, если это так называемая воздушная звукопроводимость), «механического» путешествия по твердым телам (по цепочке косточек), а затем «гидравлического» путешествия по улитке «волна распространяется в электрохимической форме «от мерцательных волосковых клеток до „высших центров“ через подкорковые центры, называемые „низшими“ <…>. Импульсы, таким образом, идут по очень сложным траекториям <…>. Восходящие и нисходящие пути связаны друг с другом, а цепочки регулирования взаимодействуют до бесконечности»23.

3. Вопрос о звуковом восприятии

Долгое время предполагалось, что наши ощущения представляют восприятие объективной физической реальности и что именно звук, неосязаемый и ускользающий, лучше всего подтверждает эту идею, потому что, когда верберация исходит от вибрирующей гитарной струны, она видна, и ее можно почувствовать на ощупь, поэтому кажется, что она наделена физической реальностью, доступной нашему зрению и осязанию, реальностью, которая только мимолетно переводится в слуховое ощущение. Так возникает искушение свести звук к его осязаемому и зачастую видимому источнику, «объективировать» его.

Однако при этом было понятно, что слуховое ощущение – не просто отчет о вариациях его вибрирующей причины. Тогда появилось искушение установить «закон» соответствия между возбуждением и ощущением.

Долго считалось, что знаменитый закон Вебера-Фехнера («ощущение нарастает прямо пропорционально логарифму роста раздражителя»), который его авторы распространяли на разные ощущения, особенно хорошо применим к звуку и, в частности, к восприятию высот. Разве геометрическая прогрессия высот не воспринимается как арифметическое отношение, ведь между звуком в 220 Гц (ля второй октавы) и звуком в 440 Гц (ля третьей октавы для современного диапазона), а также между звуком в 440 Гц и другим звуком в 880 Гц (ля четвертой октавы) ощущается один и тот же интервал, а именно октава? Не касается ли то же самое интенсивности, как мы увидим далее? Однако более глубокие исследования показали, что этот упрощенный закон работает только для диапазона средних частот.

Большая доступность вибраций, производящих звуковые ощущения, если не для других наших органов чувств, то, по крайней мере, для простых устройств (способных измерять или определять частотный состав звука, а также амплитуду волны), побуждает постоянно сравнивать то, что называется звуковой волной (верберация), и то, что называется ощущением, как причину и следствие – и с упорством искать простые законы соответствия между ними. Такое сравнение принесло несколько сюрпризов.

Так, воспринимаемая высота варьируется в зависимости от частоты волны, однако в определенных пределах.

Это не только пределы человеческого уха, которое слышит приблизительно и с большими вариациями в зависимости от возраста, от 20 Гц до 16 000 Гц (для ушей молодых). Они также обусловлены избирательной восприимчивостью нашего уха к определенному отрезку диапазона высот. Как цветовые нюансы оптимально воспринимаются только при определенной освещенности, так и ухо гораздо лучше слышит нюансы высот в средней зоне (в промежутке от 800 до 4000 Гц), чем по краям, где находятся низкие и высокие звуки. Кроме того, слушание комфортнее и слух тоньше при тихом или умеренном звуке, чем при громком.

И это еще не все. Вопреки расхожему мнению, октава, как правило, воспринимается короче и компактнее в высоких тонах, чем в средних. Чтобы отразить это явление, была создана странная шкала «мелов» (название происходит от «мелодии»), которая накладывает на шкалу тонов и полутонов другое пространство высот, загибающееся и сжатое по краям. Октава верхнего регистра содержит в себе меньше мелов, чем октава среднего, и потому она короче. Слушая музыкальный фрагмент, мы сглаживаем эту деформацию подобно тому, как мысленно восполняем плоскую перспективу объекта, увиденного сбоку или снизу.

Как было известно со времен Эрвина Панофского («Перспектива как символическая форма»), в древней архитектуре частично учитывалась точка зрения наблюдателя, стоящего на уровне земли, из‐за чего сжатие перспективы компенсировалось вариациями в величине диаметра и в расстановке колонн. Хотя нам неизвестны музыкальные системы, которые бы открыто основывались на меле, на практике музыканты уже давно научились работать с этим «искривлением» пространства высот.

Впрочем, благодаря особенности своего устройства, механизму внутреннего анализа, ухо очень хорошо слышит фундаментальные высоты, которые не существуют физически, но которые оно воссоздает по их гармоникам (то есть по вторичным вибрациям и множеству частот, которые их увенчивают).

Именно здесь противопоставляются друг другу две логики: одна, цепляющаяся за схему причины и следствия, хочет видеть в этом восприятии высоты, не вызванном никакой внешней физической вибрацией, феномен «акустической иллюзии». Другая, которой вслед за Шеффером будем следовать и мы, держится за то, что мы слышим, или, точнее, за то, что без внешнего принуждения сообща слышат множество людей, как за достаточную гарантию объективности. По этой второй логике речь об иллюзии не идет. Звуковысотность, которую несколько человек независимо друг от друга слышат как одну и ту же, является объективной.

Лучше всего трудности с «объективным» различением некоторых критериев демонстрирует вопрос о громкости (которая, по сути, представляет производную от амплитуды сигнала и близости к источнику звука). Он же объясняет, почему часто говорят (с преувеличением и излишним обобщением, а значит, ошибочно), что звук – индивидуальное и субъективное, если не сказать случайное ощущение.

Нужно отметить, что некоторые даже не пытаются отделить одни проблемы от других, и сегодня многие работы, считающиеся серьезными, без предупреждения переходят от вопроса об интенсивности аудиосигнала к более узкой и частной проблеме дискомфорта или травмы, вызванной чрезмерно громкими звуками.