Внутри инструмента молоточек бьет по одной или нескольким струнам. Удар по струне смещает ее, немного растягивая, и благодаря упругости она стремится вернуться в исходное положение. Однако при этом она смещается в противоположном направлении дальше исходного положения, а затем возвращается, и так снова и снова – иначе говоря, она колеблется из стороны в сторону. С каждым колебанием она отклоняется на все меньшее расстояние и в конце концов перестает двигаться. Вот почему звук, который мы слышим, когда нажимаем на клавишу фортепиано, становится все тише, пока не затихнет вовсе. Расстояние, которое струна преодолевает при каждом колебании, наш мозг преобразует в громкость, а скорость, или частоту, колебаний – в высоту звука. Чем большее расстояние преодолевает струна, тем громче кажется нам звук. Когда она почти не движется, звук едва различим. На первый взгляд это кажется нелогичным, но пройденное струной расстояние и скорость колебаний не зависят друг от друга. Струна может колебаться очень быстро, а расстояние проходить и большое, и маленькое. Амплитуда ее движения связана с тем, как сильно мы ударяем по струне, – и это соответствует интуитивному пониманию, что более сильный удар производит более громкий звук. Частота колебаний струны зависит в основном от ее размера и натяжения, а не от того, с какой силой по ней ударить.

Похоже, придется сказать, что высота звука – то же, что и частота колебаний молекул воздуха. Это почти правда. Как мы увидим позднее, восприятие физического мира через призму разума редко бывает настолько простым. Однако у большинства музыкальных звуков высота и частота тесно связаны.

Термин «высота звука» относится к имеющейся у организма мысленной репрезентации фундаментального свойства – частоты. То есть высота звука – это чисто психологический феномен, связанный с частотой колебаний молекул воздуха. Говоря «психологический», я имею в виду, что он сформирован исключительно у нас в голове, а не во внешнем мире. Это конечный продукт цепочки когнитивных событий, которые породили полностью субъективное внутреннее представление. Звуковые волны – колебание молекул воздуха с разной частотой – сами по себе высоты не имеют. Их движение можно измерить, но для сопоставления колебаний с тем внутренним качеством, которое мы считаем высотой звука, потребуется мозг человека (или животного).

Подобным образом мы воспринимаем и цвет, и первым это понял Исаак Ньютон. (Ньютон известен тем, что открыл закон всемирного тяготения и одновременно с Лейбницем разработал дифференциальное и интегральное исчисление. Как и Эйнштейн, Ньютон не очень-то хорошо учился, и преподаватели часто жаловались на его невнимательность.) Он первым указал на то, что цвет формируется в мозге, написав: «Световые волны сами по себе не имеют цвета».

Со времен тех открытий мы узнали, что световые волны характеризуются различными частотами колебаний, и когда они попадают на сетчатку глаза наблюдателя, то запускают цепь нейрохимических реакций, конечным продуктом которых является внутреннее изображение, созданное мозгом, – мы называем его цветом. Суть здесь в следующем: то, что мы воспринимаем как цвет, не состоит из этого цвета. Яблоко может казаться красным, но сами его атомы вовсе не красные. А тепловые волны не состоят из крошечных горячих частиц, как отмечает философ Дэниел Деннет.

У пудинга есть определенный вкус только тогда, когда я кладу его в рот и он соприкасается с моим языком. Пока он стоит в холодильнике, у него нет ни вкуса, ни аромата – лишь потенциал. И стены моей кухни перестают быть белыми, когда я ухожу. Конечно, на них по-прежнему есть краска, но сам цвет возникает только тогда, когда отраженные световые лучи попадают в мои глаза.

Звуковые волны воздействуют на барабанную перепонку и ушную раковину (хрящевую часть уха), запуская цепочку механических и нейрохимических реакций, конечным продуктом которых является внутренний образ – его мы называем высотой звука. Если в лесу упадет дерево, но никто не услышит, то будет ли звук? (Впервые этот вопрос задал ирландский философ Джордж Беркли.) Простой ответ: нет, потому что звук – внутренний образ, созданный мозгом в ответ на колебания молекул. Точно так же не может быть и высоты звука, если его не услышит ни человек, ни животное. Соответствующий измерительный прибор способен зарегистрировать частоту колебаний, созданную падением дерева, но это еще не высота звука, по крайней мере до тех пор, пока его кто-нибудь не услышит.

Ни одно животное не способно воспринимать высоту звука на всех существующих частотах, а цвета, которые мы видим, являются лишь небольшой частью электромагнитного спектра. Теоретически звук можно услышать при колебаниях от 0 до 100 000 циклов в секунду и даже более, но каждое животное воспринимает лишь ограниченный диапазон звуков. Люди, не страдающие потерей слуха, обычно способны слышать колебания от 20 до 20 000 Гц. Звуки в нижней части диапазона частот ближе к слабому гулу – нечто подобное мы слышим, когда за окном проезжает грузовик (его двигатель производит звук на частоте около 20 Гц) или навороченный автомобиль с кастомной звуковой системой и мощными сабвуферами, работающими на большой громкости. Некоторые частоты – ниже 20 Гц – не слышны человеческому уху, оно физиологически их не воспринимает. Биты в песнях Фифти-Сента “In da Club” («В клубе») и “Express Yourself” («Выражай себя») группы N.W.A. расположены в нижней части доступного нам диапазона. В конце песни “A Day in Life” («День из жизни») в альбоме Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band («Оркестр клуба одиноких сердец сержанта Пеппера») The Beatles есть несколько секунд звука на частоте 15 кГц, который не слышит большинство людей старше 40 лет! (Если The Beatles считали, что не стоит доверять людям за сорок, возможно, это был такой своеобразный отсев, но говорят, что Леннон просто хотел взбодрить соседских собак.)

Человеческое ухо воспринимает звуки частотой от 20 до 20 000 Гц, но не все они музыкальны, и мы не способны однозначно присвоить многим из них ту или иную высоту. Аналогичным образом цветам в инфракрасной и ультрафиолетовой частях спектра мы не можем дать четкого определения – в отличие от цветов, расположенных ближе к его середине. Рисунок выше иллюстрирует диапазоны музыкальных инструментов. Частота среднестатистического мужского голоса при разговоре – около 110 Гц, а женского – около 220 Гц. Гул люминесцентных ламп или неисправной проводки имеет частоту 60 Гц (это в Северной Америке, а в странах с другим стандартом напряжения, например в европейских, – около 50 Гц). Высокий звук голоса, которым певица разбивает бокал, может достигать частоты в 1000 Гц. Бокал трескается, потому что у него, как и у всех физических объектов, есть естественная частота колебаний. Соответствующий звук можно услышать, если слегка стукнуть пальцем по стенке бокала, а если он из хрусталя, то поводить по кромке мокрым пальцем. Когда голос певицы попадает в эту частоту, молекулы вещества, из которого сделан бокал, начинают колебаться, связи между ними становятся слабее – и бокал разбивается.

У стандартного фортепиано 88 клавиш. В редких случаях у него есть несколько дополнительных клавиш внизу, а у электронных пианино, органов и синтезаторов бывает по 20 или 24 клавиши, но это особые случаи. Самая низкая нота на стандартном фортепиано имеет частоту 27,5 Гц. Интересно, что примерно та же частота смены кадров представляет важный порог в зрительном восприятии. Если менять фотографии с такой скоростью, возникнет иллюзия движения. Кинофильм – это последовательность неподвижных изображений, которые показываются со скоростью 24 кадра в секунду, что превышает скорость восприятия зрительной системы человека. В 35-миллиметровом пленочном проекторе каждое изображение показывается на экране примерно в течение 1/48 секунды, а затем идет черный кадр той же длительности, поскольку между изображениями объектив закрывается. Мы воспринимаем происходящее на экране как плавное непрерывное движение, когда на самом деле нам ничего подобного не показывают. (В старых фильмах можно заметить мерцание, потому что изображения там менялись со скоростью 16–18 кадров в секунду – это ниже нашего порога восприятия, и потому мы замечаем разрывы.) Когда молекулы колеблются примерно с той же скоростью, мы слышим плавный непрерывный звук. Если в детстве вы вставляли игральные карты в спицы велосипедного колеса, то вот вам иллюстрация этого принципа: если колесо вращается медленно, вы слышите отдельные щелчки карты по каждой спице. А если разогнать его до определенной скорости, то щелчки сольются в один звук – непрерывное жужжание, которому можно подпевать, потому что у него есть определенная музыкальная высота.

Если сыграть на фортепиано самую низкую ноту, воздух будет колебаться с частотой 27,5 Гц, и большинство людей не услышит в звуке определенной музыкальной высоты – она проявляется ближе к середине клавиатуры. Многие не могут точно определить высоту самых низких и самых высоких нот на фортепианной клавиатуре. Композиторы это знают и либо используют такие ноты, либо избегают их в зависимости от того, чего пытаются достичь с точки зрения композиции и эмоциональной окраски произведения. Звуки с частотой выше самой высокой ноты на клавиатуре фортепиано, примерно от 6000 Гц, кажутся тонким свистом. Звуки выше 20 000 Гц многие люди вообще не слышат, а к 60 годам большинство уже не воспринимает колебания, частота которых превышает 15 000 Гц, из-за того что волосковые клетки во внутреннем ухе с возрастом становятся жестче. Так что, когда мы говорим о музыкальном диапазоне или о той части фортепианной клавиатуры, где мы лучше всего различаем высоту звука, мы имеем в виду примерно 3/4 всех нот, которые можно сыграть на фортепиано, – они имеют частоту примерно от 55 до 2000 Гц.

Высота звука – одно из основных средств для выражения музыкальной эмоции. Передать настроение, волнение, спокойствие, создать романтичное или тревожное чувство можно по-разному, но именно высота звука является решающим фактором. Всего одна высокая нота способна выразить беспокойство, а одна низкая – печаль. Из нескольких нот создаются еще более мощные музыкальные высказывания со множеством нюансов.

Мелодия определяется сочетанием и соотношением нот во времени. Большинство людей без труда распознают знакомую мелодию, даже если сыграть ее в более высокой или более низкой тональности. На самом деле у многих мелодий нет единственно верной начальной высоты – они свободно плавают в пространстве, и начать их можно с любого места. Песенка “Happy Birthday” («C днем рождения») – один из таких примеров. Мелодию можно рассматривать как абстрактный прототип, получающийся при определенном сочетании тональности, темпа, инструментовки и т. д. Когнитивный психолог сказал бы, что мелодия – это слуховой объект, который сохраняет свою идентичность, несмотря на изменения, подобно тому как сохраняет свою идентичность стул, когда его переставили в другую часть комнаты, перевернули или покрасили в красный цвет. Поэтому, если вы услышите знакомую песню на большей громкости, чем раньше, вы все равно узнаете ее и определите как ту же самую песню. То же относится и к изменению абсолютного значения высоты звука, если относительные интервалы между нотами в мелодии остаются прежними.