Физика и музыка

Оборудовать на фабрике лабораторию помог уже знакомый нам сотрудник Института музыкальной промышленности А. В. Римский-Корсаков. Приехав из Ленинграда, он осмотрел отведенную комнату, подумал и заявил, что в ней придется добавить обоев.

— Обоев так обоев, — согласился Алендер. — Сколько?

Римский-Корсаков еще раз обвел глазами небольшое помещение, подсчитал что-то на бумажке и сказал:

— Семь километров.

— Сколько?! — опешил собеседник.

— Семь километров, — невозмутимо повторил гость. — Вашему завхозу придется опустошить какой-нибудь магазин.

Уйма обоев была куплена — целый грузовик! Комната оделась ими необычно — бумажные полосы протянулись не вдоль, а поперек поверхности стен и потолка. Частые ребра образовали щели, в которых любой звук запутывался и поглощался. Ради этого и готовилось необычное убранство студии: никакие отражения, призвуки не должны мешать «хирургии» скрипичного голоса.

Был разработан и способ исследования инструментов.

Скрипка в студии одинока. Скрипача к ней не допускают. Она закреплена в станке, и по ее струне ведет «механический смычок» — бесконечная волосяная лента, натертая канифолью. Потом скрипка поворачивается — подставляет под смычок другую струну, и так далее. Звук улавливается микрофоном, превращается в электрические пульсации, которые подаются на электронный спектрометр — анализатор колебаний. На его матовом (как у телевизора) экране сложнейший хор обертонов распадается в диаграмму светящихся столбиков. Получается звуковой спектр. По его виду можно судить о составе звука и узнавать, какие именно обертоны обеспечивают поэтические и образные эпитеты, даваемые скрипке музыкантами: все эти «солнечные», «серебристые», «бархатистые», «бочковатые», «гнусавые», «с песочком» и прочие тембры.

Для работы над спектрами Алендер привлек молодого акустика Бориса Александровича Янковского, человека горячего, неутомимого, щедрого идеями, но вместе с тем вдумчивого и неторопливого. Набирая характеристики скрипок, сравнивая их с видом спектров, он учился находить в массе оценок заведомо случайные и, наоборот, удачные. Инструменты рассортировывались все точнее.

Так зачиналось и крепло научное содружество музыкантов и ученых, задумавших до конца понять загадки самого тонкого, самого чуткого, самого капризного музыкального инструмента. Так еще в довоенные годы у нас в стране появилась научная лаборатория скрипки, оснащенная новейшим электронно-спектрометрическим оборудованием.

ПЕРВЫЙ ШАГ-ГИТАРА

День за днем Янковский фотографировал, систематизировал, «разбирал по косточкам» спектры скрипичного звука. Не порывая контакта с музыкантами, он стремился по виду спектра предсказывать окраску звука. И мало-помалу таинственные слова скрипачей открывали свой акустический смысл. Наука все увереннее переводила их на свой язык — сухой, лаконичный, но исчерпывающе точный язык спектральных таблиц и графиков.

Спешки тут не пробили, скороспелых выводов не делали. Работа продвигалась неторопливо, с перерывами. Самый большой навязала война — в ту пору было не до скрипок. Зато послевоенные годы принесли оживление.

Опять помог Алендер: раздобыл новое электронное оборудование. Римский-Корсаков приспособил свой метод акустического анализа к любым струнным инструментам: вместо «механического смычка» поставил устройство, ударяющее резонатор маленьким шариком. На такое возбуждение струны и дерево отзывались не хуже, чем на смычок, — рисунок спектра выходил даже отчетливее, а вместо четырех спектров (по числу струн) стало достаточно одного.

Новинка подоспела вовремя. После войны Янковский, не откладывая скрипки, решил испробовать силы на ее менее аристократической сестре — гитаре, чуть ли не самом распространенном из всех музыкальных инструментов.

Здесь многое было проще. Работа спорилась.

В 1951 году после серии экспериментов в лаборатории появились образцы гитар, изготовленных по указаниям Янковского.

Никакой мастер прежде не строил таких. Большие, с красивыми обводами, с особой конфигурацией деревянных планок («пружин») на дне, они звучали великолепно—сочно, мягко, громко. Прослышав о необыкновенных инструментах, гитаристы записывались в очередь, чтобы купить их в магазине на Неглинной, куда сдавались опытные партии. А когда новые гитары впервые прозвенели по радио, у Янковского объявились поклонники по всей стране. Он получил множество восторженных писем.

Но вот с гитарами покончено. Образцы, описания технологии переданы фабрикам. Инструменты вышли вполне пригодными для массового машинного производства.

Жаль, что по каким-то причинам оно так и не было освоено. Янковский не стал тратить время на борьбу за размножение своих гитар.

Опять все внимание он отдал скрипке, и только скрипке. И теперь принялся не только изучать ее, но и учиться делать, делать по-научному.

АВТОМАТ КАК СТРАДИВАРИ

Меняются темы, со всех сторон изучаются мельчайшие детали. Как вытачивать своды? Чем измерять их упругость? Какую нагрузку в каких местах они должны выдерживать? Где какие допустимы прогибы и в каких пределах? Куда лучше ставить душку? Какой должна быть подставка для струн?

Экспериментальные скрипки обрастают электронными «датчиками». Деки гнутся под тяжестью гирь. Особые приборы— стробоскопы — «слушают» их настройку. И месяц от месяца, год от года копится материал об изготовлении скрипки как физико-акустического прибора.

Одна за другой появляются сводки «оптимальных параметров». Янковский находит главное механическое качество, определяющее акустический спектр инструмента — упругость деки и дна, величину их прогиба под нагрузкой. Устанавливает, каким должен быть этот прогиб для разных спектров.

В лаборатории уже строятся настоящие научно обоснованные инструменты. Делает их энтузиаст-мастер и добрый помощник Янковского Константин Митрофанович Белявский. Словно врачебные консилиумы, качество скрипок обсуждают музыканты. И раз за разом оценки повышаются.

В 1957 году Янковский может сказать: пришло время учиться делать отличные скрипки на автоматическом токарно-копировальном станке.

Янковский превращается в конструктора. Теперь вместе с Белявским и другими сотрудниками он лепит тончайшие копиры, на его столе — книги по машиноведению, станкостроению. Руки грубеют от ключей и напильников, пальцы пропитываются коричневым маслом. Он исправляет, модернизирует, перенастраивает станок на фабрике смычковых инструментов — приспосабливает автомат к точнейшему действию, учит его искусству золотых рук бессмертных итальянцев.

Наконец станок запущен. Скользит ролик по копиру, фрезы врезаются в сухое легкое дерево. Через каждые восемь минут снимаются готовые деки и донья, которые сортируются по показаниям приборов.

Эта сортировка - важнейшая составная часть технологии фабричного производства высококачественных скрипок. Вместе с научным выбором древесины, с идеальной точностью фрезеровки сортировка обеспечит строгое соблюдение оптимальных параметров будущего инструмента, придаст ему нужный акустический спектр, подобный снятым раньше спектрам лучших старинных скрипок. И по методике, разработанной Янковским, сортировка идет четко и уверенно.

В сборочном цехе быстро и ловко склеиваются скрипки— по виду обычные ученические, ничем не примечательные. Они не блещут изысканным лаком, не щеголяют красотой резьбы. Внешне это та самая фабричная «дешевка», от которой у завзятых музыкантов презрительно кривятся губы. Как же они звучат?

Янковский берет одну из скрипок, нахмурившись ведет по струнам смычком. Он чувствует, что как будто все хорошо. Но восторгаться рано. Спешить радоваться, как некогда радовался Савар, он не хочет. Оценить инструменты должны, как всегда, эксперты-музыканты. Только их слово может иметь полную цену.

И вот сорок четыре новые, пахнущие свежим лаком скрипки держат экзамен перед музыкантами.

ЛОВЛЯ „КАРАСЯ"

«Карась» — это инструмент работы Страдивари, «подмешанный» к фабричным скрипкам, которые проходят испытания. Узнать его по звуку — значит «поймать карася». Так говорят ловкие на язык музыканты. Процесс «ловли» теперь разработан очень подробно, будто киносценарий.

Сперва выбирается эталон — средняя по качеству звука скрипка, которую все члены комиссии держат в руках, пробуют смычком, выслушивают, ощупывают и в конце концов выставляют ей бесспорный балл - скажем, четверку. Эталон обсуждают долго, пока с его оценкой не согласятся все присутствующие. Это очень важное дело.

Затем начинается само испытание. «Концерт» получается однообразный и скучный. Весь день играет за ширмой один и тот же музыкант. Все время звучат одни и те же музыкальные отрывки: например, восемь тактов «Чаконы» Баха (аккорды), начала первой и второй частей скрипичного концерта Чайковского (показ мелодичности инструмента) и фрагмент из «Перпетуум мобиле» Паганини (показ техники — быстрые, стремительные звуки). Каждый экзамен занимает около пяти минут, и после каждого снова и снова звучит по две минуты скрипка-эталон, чтобы члены комиссии не забыли, от какой «печки» надо «танцевать», выставляя баллы.

После двух часов терпеливого, придирчивого и очень утомительного слушания, в течение которого не прекращается «ловля карася», подводятся итоги.

Осенью 1959 года на таком экзамене партия фабричных скрипок, изготовленных по новой системе, одержала победу, которая ошеломила всех, в том числе и Янковского. Четырнадцать таких скрипок (из сорока четырех) получили балл выше «карася» — инструмента работы Страдивари!

Для музыкантов «рыбная ловля» окончилась неудачей, которую они пережили с некоторым раздражением: уж очень обидно не узнать итальянскую скрипку среди фабричных.

Впрочем, и теперь торжествовать было рано. Слишком часто поспешные восторги оказывались случайными, слишком много досадных разочарований хранила память скрипичных мастеров. Да и «карась» был, как стали утверждать скептики, «плохонький», хоть и сделанный прославленным кремонцем.

Целый год сотрудники экспериментальной фабрики развивали систему оценки скрипок, вновь и вновь анализировали их на своих приборах. И осенью 1960 года инструменты подверглись новому, еще более строгому испытанию.

«Экзаменаторами» согласились быть опытнейшие скрипачи и знатоки-инструментоведы. В качестве же «карасей» выступили несколько непревзойденных итальянских шедевров, в том числе «Юсуповский Страдивари»—изумительная скрипка, которую, подобно редкому бриллианту, когда-то покупали за бешеные деньги, похищали, прятали в тайники... На этот раз была применена «большая шкала» оценки — в двадцатипятибалльной системе. Музыканты были необычайно внимательны.

И вот итоги экзамена. Две итальянские скрипки («Юсуповский Страдивари» и великолепный инструмент работы итальянца Руджери) получили соответственно 24,6 и 24 балла. Почти столь же высокие баллы заслужили великолепные артистические скрипки бригады, руководимой известным советским мастером, лауреатом международного конкурса в Кремоне Денисом Владимировичем Яровым. А одна из экспериментальных скрипок Янковского заработала в среднем по двум оценкам 23,5 балла — всего на балл меньше, чем «Юсуповский Страдивари». Очень высокими оценками были отмечены и некоторые другие опытные инструменты.

Как видим, двух, желанных «карасей» музыкантам поймать удалось. Остальные остались «в пруде», но вместо них объявилась превосходная «рыба новой породы». Система акустически обоснованных скрипок снова одержала красноречивую победу. И, как следовало ожидать, замахали руками ошеломленные эксперты: противоестественно, метод оценок в чем-то грешит.

Что ж, мнение музыкантов ни в коей мере нельзя скидывать со счетов.

К ИСКУССТВЕННОЙ СТАРОСТИ

День за днем работники экспериментальной фабрики продолжают свое увлекательное дело: уточняют систему оценки инструментов, изыскивают новые пути совершенствования скрипок. Ведь, как-никак, по баллам опытные скрипки чуть-чуть отстали от лучших старинных. Подмечено и другое: очень высокие оценки фабричные скрипки получили лишь тогда, когда. эксперты слушали их на расстоянии не менее семи метров от исполнителя. А у самого уха эти скрипки звучат чуть-чуть резче, острее, чем хотелось бы. Чувствуется «свежесрубленное» дерево, как метко сказал один скрипач.

Маленький коллектив полон больших надежд. Перед ним маячит все та же заветная цель, в свое время поставленная Алендером, — делать на станках-автоматах скрипки лучше старых итальянских. Лучше во всех отношениях, без всяких оговорок. И ради этого планируются новые опыты. Какие же?

Пришло время понять, что такое «обыгрывание» скрипки, решить проблему, давно уже ставшую «яблоком раздора» среди инструментоведов, да и самих музыкантов.

Улучшается ли скрипка от многолетней игры на ней? Согласного ответа на такой вопрос пока не существует. Как уверяют многие, никакого изменения звука от этого не происходит. Скверная скрипка останется скверной, сколько на ней ни играй — заявляют противники обыгрывания и приводят в пример тысячи рядовых оркестровых и учебных инструментов, которые звучали заведомо больше итальянских, но остались плохими. Другие инструментоведы возражают. Во время игры, говорят они, скрипка работает, части ее взаимодействуют, и это не проходит бесследно. Очень может быть, что «свежие» инструменты Страдивари звучали «у уха» так же, как новенькие фабричные экспериментальные. Ведь все на свете устает, стареет. Если плохой инструмент не улучшится от этого, то хороший может стать еще лучше.

Янковский задумал решить спор опытом — искусственно «обыграть» одну из удачных экспериментальных скрипок и проследить, как будет меняться при этом акустический спектр ее резонатора. Искусственное обыгрывание он хочет проделать чрезвычайно ускоренно — либо на каком-нибудь вибрационном приспособлении, либо с помощью «механического смычка», либо путем воздействия ультразвуком. Метод еще не выбран. Кто знает, быть может, «преждевременно состарить» скрипку удастся даже радиоактивным облучением. Янковский уже пытается улучшить этим способом древесину.

Работы впереди масса. Есть надежда сменить даже материал скрипки: вместо старинных ели да клена придумать какую-то особую волокнистую пластмассу — легкую, упругую прочную, наделенную рекордными акустическими свойствами исключительно равномерную, свободную от всякого рода «сучков» и «задоринок», чрезвычайно удобную для обработки. ЕЩЕ до войны академик Андреев начал экспериментировать в этом направлении.

...Видимо, недалек день, когда великолепные скрипки, виолончели, гитары, будут вытачиваться на станках-автоматах, а может быть... просто штамповаться, как портсигары и мыльницы. И не одни лишь прославленные, знаменитейшие! солисты, но и каждый оркестрант, каждый ученик музыкальной школы получит инструмент, которым сто лет назад восхитился бы сам Паганини.

Удивительно? Нет, в наш век — вполне закономерно.

ГЛАВА 4

ГОЛОС НА АНАЛИЗЕ

Как вы думаете, на каком экспериментальном фундаменте лежат успехи акустиков, овладевающих трудной тайной творения скрипки? В чем основа их работы?

Внимательный читатель ответит сразу. Главное тут в мастерстве физического анализа звука.

Умение анализировать звук всесторонне развилось в наши дни. То самое «разъятие» звука, «как труп», которым, как уверял Пушкин, кичливо хвастался Сальери, то самое расчленение звука в спектр обертонов, которое действительно совершил в свое время Гельмгольц, стало сегодня важнейшим оружием музыкальной науки.

Аппараты, преобразующие трубный глас и струнный звон в столбики светящихся диаграмм, трудятся в лабораториях множества музыкальных фабрик. Они помогают совершенствовать пианино на подмосковной фабрике «Заря», где разворачивает исследования известный знаток фортепьяно Николай Андреевич Дьяконов. Вы увидите их на Ленинградской фабрике имени Луначарского — родине гитар, балалаек, домр и неплохих отечественных арф.

А в акустической лаборатории Московской консерватории анализируется приборами даже человеческий голос. Среди консерваторских студентов-вокалистов бытует странно звучащее выражение: «Сдать голос на анализ».

Пожалуй, тут нет ничего неожиданного. Человеческий голосовой аппарат во многом похож на обычные музыкальные инструменты. Есть в нем и вибраторы — упругие мышечные связки, вибрирующие со звуковой частотой, есть и резонаторы — полости гортани и рта. Словом, голос певца и по источникам и по признакам своим подпадает под категорию музыкального звука и, стало быть, доступен акустическим исследованиям. Они здесь, впрочем, весьма своеобразны.

ЗВУКОВАЯ РЕЗИНА

Вы входите в лабораторию и сначала не замечаете ничего музыкального. Пахнет канифолью (не смычковой, а паяльной), лаборанты склонились над столами с электрооборудованием, на черной доске выведены мелком какие-то формулы. Такую картину можно встретить на любом радиозаводе или в научно-исследовательском институте.

Но если на вид лаборатория не слишком музыкальна, то звуки, раздающиеся в ней, вполне соответствуют консерваторским традициям. Одна из комнат обита мягкой драпировкой. Она служит студией — местом, откуда черпается материал для исследований. То и дело там рокочет бас, воркует тенор, раздаются рулады сопрано. Певцы отдают свои голоса на растерзание ученым.

Вот молодая студентка, имя которой мы, быть может, скоро прочтем на афишах, поет ариозо Лебедя из «Сказки о царе Салтане». Голос превосходный. Девушку внимательно слушает руководитель лаборатории Дмитрий Дмитриевич Юрченко. Ариозо закончено. Певицу просят взять один длинный звук. Включен микрофон. Звук записывается на магнитную пленку.

— А теперь послушайте, что вы спели, — говорит Юрченко, давая знак лаборанту включить магнитофон на воспроизведение.

И тут происходит нечто непонятное и неприятное. Вместо чудесного высокого звука из громкоговорителя слышится какое-то басовитое мерцающее гудение. Студентка морщится. А Юрченко улыбается:

— Над вашим голосом проделана маленькая операция — он как бы вытянут, удлинен, словно резинка или пружина. Пленка сейчас движется вдвое медленнее, чем при записи, поэтому частота звуковых колебаний стала вдвое меньше, звук сделался ниже и длительность его увеличилась. Это, разумеется, не слишком красиво, но зато мы имеем возможность изучить важную особенность вашего голоса — вибрато.

Вибрато... Что это такое? Это своеобразные пульсации голоса — периодические изменения его высоты, громкости и частотного состава.

Оказывается, вибрато — важнейший элемент певческой красоты, придающий голосу нежность, проникновенность. И вот что примечательно: у всех выдающихся певцов, как выяснили физики, частота вибрато составляет 6—7 колебаний в секунду — ни больше, ни меньше. Размах пульсаций по высоте тоже подсчитан.

Отклонения от нормы говорят о неправильной постановке голоса или даже о болезни. Значит, уловить отклонения важно как можно раньше — когда они еще совсем незаметны на слух. И физики придумали для этого много способов, простейший из которых — «растягивание» звука. К примеру, частоту вибрато подсчитать на «растянутом» голосе легче легкого — просто на слух, с секундомером в руках. А с помощью особого прибора вибрато доступно изучению и без «растягивания» голоса. В лаборатории создан и такой «вибратомер». Педагоги-вокалисты могут пользоваться им вполне самостоятельно.

Однако изучение вибрато — лишь простейший и потому далеко не типичный пример исследований, ведущихся в лаборатории. Многие научные работы тут посвящены куда более тонким, порой даже парадоксальным свойствам голоса.

КОГДА ПЕВЕЦ МОЛЧИТ

Сотрудник лаборатории Евгений Александрович Рудаков вот уже несколько лет переписывается с французским ученым Раулем Юссоном, автором любопытной электрофизиологической теории певческого голоса. Физиолог и певец, Юссон опроверг прежние представления о самой основе певческого звука — о природе возбуждения голосовых связок.

Как думали раньше, голосовые связки можно сравнить с упругими язычками баяна, колеблющимися под давлением воздуха. Предполагалось, что связки натягиваются и вибрируют лишь под напором воздуха, выдыхаемого из легких. Чем больше связки, тем ниже звук. Сильнее дуновение — звук громче. Просто, правда?

Но голос — не гармошка. Такая примитивная трактовка живого вибратора не выдержала опытной проверки. У многих певцов — например, у Шаляпина, у Карузо — размеры связок никак не соответствовали тому, что требовала старая теория. Не так давно в Италии объявился молодой человек со столь громадными связками, что по прежним воззрениям голос его должен был бы походить на рокот пароходного гудка. А на деле у него оказался довольно жиденький тенорок.

Короче говоря, наше горло куда сложнее органной трубы. Действие голосового аппарата певца несравненно хитрее. Видимо, вибрация голосовых связок происходит и без механических толчков воздуха. Горло — это, скорее, какой-то электрофизиологический «громкоговоритель», ибо, как доказал Юссон, колебания связок вызываются также электрическими импульсами возбуждения, поступающими к гортани прямо из головного мозга. Это и лежит в основе новой теории голоса.

И вот что любопытно: даже когда человек не поет, а только слушает музыку или мысленно представляет себе какую-нибудь мелодию, его голосовые связки все равно колеблются, причем с той же частотой, как и при настоящем пении. И эти колебания поддаются регистрации электронными приборами. Выходит, можно уловить и записать мысленное пение!

Отсюда, кстати, следует и другой вывод: физические методы открывают возможность проверить музыкальный слух даже тогда, когда человек молчит.

Вообразите такое. Педагог берет на рояле какой-то тон, а затем просит вас лишь подумать о нем. И если вы подумаете правильно, не сфальшивите, то беззвучная, но доступная регистрация частота колебаний ваших голосовых связок будет точно соответствовать звучавшему тону.

СОПРАНО ИЛИ МЕЦЦО-СОПРАНО?