Физика и музыка 1/4
В №3 журнала «Знание – сила» за 1960 год была большая статья «Физика и музыка», посвящённая синтетическому звуку и первым отечественным электронным музыкальным инструментам. Это самая подробная тематическая статья, которая мне встречалась в отечественной (в смысле, советской) прессе. Разбил на три части + одна часть с врезками.
Физика и музыка! На первый взгляд речь идёт о противоположных полюсах человеческой деятельности. Но как увидит читатель, поиски новых путей в музыкальном искусстве и смелое новаторство в науке сливаются в единый поток живого и радостного творчества. В литературных заметках «Физика и музыка» мы читаем о Бахе и полупроводниках, о натуральных ладах, о машине, способной синтезировать изумительные по красоте созвучия. Этой подборкой статей и очерков мы открываем новый раздел журнала – «Союз науки и культуры». Подборка начинается статьёй «Палитра новых звуков». Здесь же вмонтированы врезки «Уникальная коллекция» и «Музыкальные лестницы». Далее следует читать врезку «От добра – добро», а затем очерки «Мечта доктора Шолпо», «Композитор как живописец» и врезку «Машины сочиняют». Заметка «Уникальная коллекция» написана В. Внуковской, автор статьи «Машины сочиняют» – Ю. Петровский, остальные материалы подготовил Г. Анфилов.
ПАЛИТРА НОВЫХ ЗВУКОВ
Краски музыки
Уподобив музыку изобразительному искусству, можно сказать, что произведение, написанное для какого-нибудь одного инструмента, похоже на одноцветный рисунок, а оркестровая вещь – это пёстрая многокрасочная картина.
Чем больше красок кладёт на холст художник, чем они ярче, тем сильнее впечатление от картины. Чем ярче и разнообразнее звуковые краски, тем красивее, убедительнее произведение композитора.
Искусство «раскрашивания» музыкальных произведений – оркестровка – важнейшая составная часть композиторского творчества. Музыка знает подлинные шедевры оркестровки. Звуковые краски – это тембры, особенности звучания музыкальных инструментов. Одни из них похожи друг на друга, другие резко различаются. Их довольно много в современном оркестре – около 50. Чудесный поющий голос скрипки, благородный рокот рояля, задушевная простота кларнета, острые звуки труб – какие своеобразные, неповторимые тембры! Все они по-своему хороши. Нет среди них бледных, невыразительных. Это и понятно. Ведь совершенствование музыкальных инструментов длилось столетиями. В наши дни остались признанными лишь самые лучшие из них.
Однако вот что любопытно: наиболее широко распространённые нынешние музыкальные инструменты вот уже целые столетия остаются неизменными. Почти окончательно они сформировались ещё в восемнадцатом веке. Уже тогда достигли непревзойдённых поныне вершин мастера скрипичного дела, была изобретена хитроумная механика рояля. Ещё раньше появился орган, вобравший в себя успехи таких областей техники, как гидравлика и пневматика. Сто двадцать лет прошло со «дня рождения» саксофона. И если назвать ещё челесту, впервые применённую Чайковским, то мы, пожалуй, исчерпаем описок наиболее «молодых» тембров современного симфонического оркестра.
Хватает ли этих инструментов композиторам наших дней? И да и нет.
Да – потому, что далеко ещё не исчерпаны возможности оркестровки. Нет – потому, что человек всегда стремится к чему-то новому.
Конечно, новое новому рознь. Бывает, оно куда слабее старого.
Где-то писали об органе, в котором звенят стеклянные трубки. Или открыли «поющую пещеру». Звуки там получаются от ударов по каменным столбам – сталактитам. Вот весть о «потрясающем» дребезжании каких-то жестяных листов. Но такие сенсации быстро умирают. Редко-редко какой-нибудь оригинал – композитор введёт в партитуру, скажем «звук разбиваемого стекла», и очередная «новинка» забывается. Или появляется оркестрик, где место традиционных инструментов занимают кастрюли, чайники, сковороды. Сначала это кажется смешным, неожиданным, но скоро надоедает и выходит из моды. Снова царствуют испытанные временем рояли и скрипки, валторны и барабаны.
Впрочем, есть область новой музыкальной техники, к которой мало-помалу приходит признание. Это – электрические музыкальные инструменты.
Электрические голоса
Большой путь прошли энтузиасты электрических голосов. Начался он ещё в прошлом веке. Мало кто знает, что первый электромузыкальный инструмент – электрический орган Кахилла («телармониум») весил... 200 тонн. Для его перевозки требовалось 40 железнодорожных вагонов. Где уж тут соперничать даже с обычным органом!
Но вскоре положение улучшилось. Новые возможности открыло развитие радиотехники, особенно, появление генераторных и усилительных радиоламп. Первый ламповый электромузыкальный инструмент придумал 45 лет назад сам изобретатель трёхэлектродной лампы Ли де Форест. И хотя практической реализации и этот инструмент не получил, но зато в 1921 году родился уже широко известный терменвокс – детище советского инженера Льва Сергеевича Термена. С него, по существу, и начинается история электрической музыки.
Крещение терменвокса состоялось на Восьмом электротехническом съезде в Москве. Молодой инженер исполнил тогда целую концертную программу. Он играл, ни к чему не прикасаясь. Плавные движения рук прямо в воздухе, перед антенной инструмента, вызвали певучую мелодию, льющуюся из громкоговорителя.
Эксперимент удался. Терменвокс приобрёл известность и у нас в стране и за рубежом. Правда, широкого распространения он не получил. Без клавиш, без грифа, без каких бы то ни было точек опоры, на нем было необычайно трудно играть.
Очень скоро увидели свет электромузыкальные инструменты и с грифами, и с клавишами. Играть стало гораздо удобнее, даже легче, чем на обычных инструментах. Год от года совершенствовалось звучание электрических голосов. Они уже могли неплохо подражать старым оркестровым тембрам и создавали собственные музыкальные краски.
Рассказывают, что на одном из концертов изобретатель одноголосного электромузыкального инструмента «Сонар» Ананьев вызвал на «музыкальный поединок» крупного скрипача, который сидел в первом ряду со скрипкой в руках. Скрипач принял вызов. «Поединок» состоялся. И, судя по реакции зала, победу одержал Ананьев.
Немало аплодисментов досталось и на долю других советских инструментов – «В-8», «Эмиритона», «Виолены». Отлично звучащий «Экводин» изобретателя Володина был удостоен большого приза на Всемирной выставке в Брюсселе и сейчас выпускается серийно. Партия этих инструментов заказана у нас Соединёнными Штатами Америки.
Вот уже много лет работает в Москве Лаборатория студийной радиовещательной техники. Под руководством кандидата искусствоведения Игоря Дмитриевича Симонова проблемой электрических музыкальных инструментов там занимаются глубоко и последовательно. Из стен этой лаборатории вышли сложные многоголосные инструменты – электронный гармониум, камертонное пианино, которое неплохо прозвучало, например, в кинофильме «Последний дюйм». Изготовлены здесь и компактные «электроколокола», вполне заменяющие громоздкие и тяжёлые театральные звонницы, и «Ветрофон», красиво имитирующий завывание ветра, и аппараты позывных сигналов, которые все мы каждый день слушаем по радио. Недавно в лаборатории построен первый советский электроорган на полупроводниках – «Кристидин» (разработка кандидата искусствоведения Корсунского). Этот инструмент создаёт интересные звучания, а энергии расходует... 3 ватта! Столько же, сколько лампочка карманного фонарика!
Полупроводники, видимо, призваны сыграть огромную роль в развитии электромузыкальной техники. Заменяя радиолампы, они сулят довести до пределов компактность, лёгкость, экономичность электромузыкальных инструментов. Ведь хоть и прошли времена многотонного телармониума Кахилла, но до недавних пор даже одноголосные электромузыкальные инструменты обязательно весили десятки килограммов, требовали немало электроэнергии. Прибавьте капризы, недолговечность радиоламп – и вы поймёте, как много могут дать здесь полупроводники.
Разумеется, одни лишь конструктивные улучшения не решат задачу целиком. Главное – красота звука. И как бы удобен ни был инструмент, ни один настоящий композитор не включит его звуки в свою партитуру, если они не очаруют его, не зажгут его вдохновения. Хорошо, конечно, что электрические голоса могут быть весьма оригинальными. Но ведь оригинальное далеко не всегда прекрасно. А музыка требует от новых музыкальных средств именно прекрасного.
Как лепить тембры?
Электромузыкальные инструменты, несомненно, способны на подлинную красоту. Но чтобы создать её, надо очень глубоко изучить секреты тембров, развить хитроумные радиотехнические способы их практического воплощения. Такая работа ведётся давно. И о ней стоит сказать немного подробнее.
Прежде всего: что такое тембр с точки зрения акустики? Почему мы различаем два звука одинаковой высоты и громкости? Тембр – это определённый спектральный состав звука.
Музыкальный звук никогда не бывает простым, обладающим лишь одной основной частотой – таким, как сигнал проверки времени. Музыкальный звук всегда сложен, построен из целого набора колебаний различной частоты простейшей волнообразной (синусоидальной) формы. Кроме основного тона, определяющего высоту звука, в нем обязательно присутствуют добавочные призвуки – обертоны. Вот от того, как много звуковой энергии падает на долю различных обертонов, и зависит окраска звука – тембр. У рояля распределение энергии по звуковому спектру одно, у скрипки – другое, у трубы – третье.
И вот что важно: в красивых тембрах основную роль играют обертоны, расположенные по ступеням натурального звукоряда. Таково первое требование к музыкальности, благозвучности тембра.
В обычных инструментах это требование выполняется сравнительно легко. Струны или столбы воздуха колеблются так, что делятся на целое число частей, возбуждая соответственно вдвое, втрое, вчетверо и т. д. более частые колебания – натуральные обертоны. А в электрических системах? Там законы колебаний, вообще говоря, иные. Простейший ламповый генератор совсем не даёт гармонических обертонов. Чтобы получить их, приходится идти на усложнение схем, применять разнообразные ухищрения. Если этого не делать, тембр оказывается, увы, гораздо более оригинален, чем красив.
А как это делать?
Известны два способа. Первый называют импульсным формированием тембра. Он основан на математической теореме, которую доказал в своё время французский учёный Фурье. Теорема гласит: если сложить какое-то число простейших синусоидальных (идеально волнообразных) колебаний, то в сумме получится одно колебание, размахи которого имеют более сложную форму. Это уже на волны, а, скажем, хребет зазубренных гор. И наоборот, согласно теореме Фурье колебание любой формы можно разложить на совокупность простейших, синусоидальных. Всякая гряда зазубренных гор равнозначна некоторому количеству гряд обыкновенных волн.
Отличную иллюстрацию к теореме Фурье вы видите на звуковой дорожке киноленты (системы Шорина). Звуковые колебания там превращены в диаграмму, на которой великолепно видна их форма. И если там запечатлены звуки скрипки, то форма зубчиков дорожки напоминает зубцы пилы, а, например, кларнет даёт колебания, похожие своими очертаниями на строчку из букв «п». Скрипка заиграла вместе с кларнетом – форма колебаний изменилась, стала более сложной.
Мы ещё вернёмся к картине на звуковой дорожке киноленты. Сейчас заметим лишь, что она (а вернее теорема Фурье) подсказывает удобный метод формирования тембров в электромузыкальных инструментах. В самом деле, стоит нам устроить радиотехническую систему так, чтобы генерировались не волнообразные, а более сложные импульсы желаемой формы – и цель достигнута. Так и пробуют поступать изобретатели электромузыкальных инструментов. Беда только, что современная радиотехника не знает ещё способов лёгкой и неограниченно сложной «лепки» колебаний разной формы. Поэтому такой способ не слишком хорош. Тембры получаются бедноватые и довольно однообразные.
Что ж есть другой путь: раздельно генерировать электрические колебания различных частот с тем, чтобы потом просто смешать их вместе в нужной пропорции. Это – неплохой способ. Если возбуждать и складывать колебания натурального звукоряда, синтез их дал бы превосходные звучания. Однако и на этом пути изобретателей подстерегают подводные камни, особенно если инструмент достаточно сложный – многоголосный.
Дело в том, что настройка инструмента должна быть выполнена по ступеням традиционного темперированного звукоряда, а каждый отдельный голос его обязан складываться из натуральных обертонов. Первые же не совпадают со вторыми. Представляете себе, как усложняется радиотехническая система, сколько требуется генераторов! Немудрено, что синтез тембров из натуральных обертонов пока нашёл применение лишь в одноголосных инструментах.
Мелочи? Нет!
Иному простодушному человеку кажется: ну что тут хитрого выдумывать электрические голоса: есть генераторы, есть реостаты, приспособления настройки – так группируй их по-разному, пробуй всевозможные варианты – и дело с концом. В действительности же, как видите, всё обстоит куда запутаннее. Ведь строго говоря, тембр – не только спектральный состав. Есть ещё такие важные его элементы, как начало и конец звука. Лишите звучание рояля начального звонкого удара – и вы не узнаете его.
Один немецкий профессор проделал любопытный опыт. Он давал слушать музыкантам «обезглавленные», лишённые начала звучания разных обычных музыкальных инструментов. И опытнейшие музыканты постыдно путались, стараясь отгадать, какой именно инструмент они слышат. Отсюда ещё одна задача – красота «атаки» (так называют начало звука).
Музыкальный звук нежелательно включать щелчком – так, как мы включаем квартирный звонок. Это некрасиво. В одних случаях атака должна быть «мягкой» (сравнительно долгой, как у баяна), в других – наоборот, «жёсткой» (быстрой – как у рояля). Следующая задача – развитие и окончание звука. Об этом тоже приходиться заботиться (в том же рояле за ударом следует характерное изменение и громкости и спектра звука). И ещё: маленький неконтролируемый шумок, который всегда сопровождает звучание обычных инструментов – шелест пальцев по клавишам, почти незаметное шуршание смычка и т. д. Вы думаете это грязь? Нет. Неконтролируемый шумок придаёт звукам теплоту и жизненность. «Чистота» же электрических голосов воспринимается как нечто абстрактное, холодное. Разумеется электрический голос можно слегка «загрязнить». Можно, но не так-то просто.
Сколько проблем! И совсем не мелких, как иногда кажется на первый взгляд.
Не сразу Москва строилась. Не сразу рождается красота электрических голосов. Это – вполне закономерно. И едва ли стоит, подражая чересчур строгим и ревностным знатокам, предавать остракизму инструменты с теми или иными недостатками.
Вот, к примеру, самый распространённый американский электроорган Хаммонда. В нём и щелчки при включении и выключении звуков, и тембры складываются из тонов темперированного, а не натурального ряда. Но звучание его остро и ярко. Один американский критик заметил в шутку, что орган Хаммонда способен имитировать «даже землетрясение в Сан-Франциско». Сейчас этот инструмент неплохо звучит в джазах, в эстрадных оркестрах. Его ставят даже в... церквах, заменяя слишком дорогие обычные органы. Диапазон, как видите, довольно широкий. Впрочем, особенности его таковы, что он всё-таки быстро надоедает и начинает производить впечатление чего-то крайне искусственного.
Своеобразие электрических голосов открыло им дорогу в кинофильмы, телевизионные и радиопостановки с фантастическими сюжетами. Композитор Фрадкин сказал как-то одному изобретателю электромузыкальных инструментов: «Вас можно услышать либо в космосе, либо под землёй, либо под водой. А на земле?..»
Чтобы укрепиться на земле, предстоит ещё много работы. В ней равная доля принадлежит и композиторам, которые смело используют уже достигнутую красоту электрических голосов, и изобретателям, призванным упорно совершенствовать эту красоту. Придёт время, когда электромузыкальные инструменты станут полноправными членами оркестра.
Чудеса звукозаписи
Электрические голоса не исчерпывают новых красок звуковой палитры. Есть ещё одна область техники, обещающая помочь музыкальному искусству. Это – звукозапись, эффекты, которые достигаются с помощью магнитофонов.
Может один человек спеть песню хором? Ещё не так давно подобная возможность существовала разве что в сказке. А теперь это вполне достижимо. Надо просто записать на магнитофон голос певца, поющего одну партию, потом дать певцу наушники, и он, слушая себя, пропоёт вторую партию, которая тут же будет записана и наложена на первую, и т. д. Знаменитая Има Сумак в некоторых своих песнях так и делает – попевает самой себе, поёт дуэтом сама с собой. Да и не только она. Этот приём используют и музыканты. Один человек с помощью магнитофонов сумеет исполнить целую оркестровую вещь.
А вот другой любопытный эффект: растягивание или сжатие звукозаписи во времени. Вы записываете на магнитофоне какие-то звуки, при воспроизведении пускаете плёнку медленнее, чем она двигалась во время записи. В результате звуки длятся дольше, частота их уменьшается, они становятся ниже, басовитее. Человек, поющий тенором, может запеть баритоном и басом. Если же не замедлить, а, наоборот, ускорить движение плёнки, звуки укоротятся, тон их повысится. Из баса получится дискант. Честно говоря, это будет не слишком красиво. Выйдет скорее фокус, чем художественный приём. Но кое-где он служит хорошо.
Наши читатели вероятно помнят радиопостановку «Приключения Буратино». Все роли в ней исполнял один и тот же артист – Литвинов. Записи его голоса где надо «растягивались», где надо «сжимались», где надо накладывались друг на друга. Так были сделаны и басовитые реплики папы Карло, и высокий «деревянный» говорок Буратино, и его характерная песенка.
В городе Кёльне есть студия, где особенно много занимаются эффектами звукозаписи. Представьте себе, что музыкант играет какую-то очень быструю, очень трудную в исполнении вещь, но не в её настоящем темпе и не там, где показано нотами, а в два раза медленнее и на октаву ниже. Исполнение записывается на плёнку. А при воспроизведении плёнка пускается вдвое скорее, чем при записи. Это значит, во-первых, что все звуковые колебания становятся вдвое чаще, то есть высота их тона повышается ровно на октаву – попадает как раз туда, где они должны быть согласно нотам. И, во-вторых, темп тоже ускоряется вдвое, делается именно таким, каким он должен быть по замыслу композитора.
Зачем же, спросите вы, нужно было сперва замедлять исполнение вдвое, а потом ускорять его в те же два раза? Не проще ли было сразу сыграть так, как написано в нотах? Делается это для того, чтобы исполнение стало чище. Быстрый пассаж, исполненный в медленном темпе, будет сыгран более точно, более уверенно. Не спеша удобнее и передать оттенки игры. В нормальном же, ускоренном виде пассаж предстанет перед слушателем во всем его виртуозном блеске.
В Кёльнской студии существует целый ансамбль, записывающий свои вещи по этому принципу. Вероятно, забавно смотреть на музыкантов, играющих нарочито медленно, и дирижёра еле двигающего руками. Что-то вроде замедленной киносъёмки. И уж очень богатым воображением должны обладать эти музыканты. Ведь они, по существу, должны исполнять вовсе не то что слышат. Возможно ли такое перевоплощение? Удаётся ли заменить аккуратностью вдохновенную экспрессию подлинного виртуоза? Чего тут больше: красоты или оригинальности? Трудно сказать. Но в какой-то мере и этот приём пригоден хотя бы там, где композитор придумает нечто вообще недоступное человеческим рукам, нечто ультравиртуозное.
Два слова ещё об одном «чуде» звукозаписи – об искусственной реверберации.
Всякий знает, как гулко отдаётся песня в большом зале. Совсем, не то, что на улице. Вот эта гулкость и называется реверберацией. Она объясняется просто: в помещении мы слышим не только тот звук, который исходит от певца или музыкального инструмента, но и эхо – отражения от стен, пола, потолка. Это как бы размазывает звуки, в ряде случаев улучшая их, делая их более полными. И вот теперь не обязательно искать для записи музыки помещение с идеальной естественной реверберацией. Инженеры умеют накладывать на любую запись искусственную реверберацию. Поворот ручки на пульте – и на магнитофонной ленте возникают многократные ослабевающие повторения каждого из записанных на неё звуковых сигналов. Так можно «перенести» певца или целый оркестр с улицы в большой зал, заставить музыкантов, сидящих на месте, «ходить» по комнате или, скажем, сочетать трубы, звучащие «на улице», со скрипками, поющими «в гулком зале» (последний приём хорошо зарекомендовал себя в записях музыки лёгкого жанра).
Разумно наложенная искусственная реверберация делает музыку сочной, обогащает даже человеческий голос.
Несколько лет назад режиссёры Московского радио поставили радиоспектакль «Сказка о храбром Гонзе». По ходу действия там должна была разговаривать дорога. И голос её благодаря впервые применённой искусственной реверберации был сделан действительно нечеловеческим, раскатистым, каким-то распластанным. В той же передаче женский секстет, исполнявший «Песню лесных дев», звучал словно громадный хор.
Искусственная реверберация – пожалуй, наиболее широко используемое «чудо» звукозаписи.
Красота и шум
Когда какие-то чудаки предлагали по ходу музыкальной пьесы разбивать стекло или включать токарный станок, это было, конечно, чепухой. Никто не станет тащить в концертный зал заводское оборудование с той только целью, чтобы «пошуметь».
Но ведь наша жизнь наполнена шумами – шелестом листьев, плеском волн, рокотом машин. Порой такие звуки ярки и убедительны. И теперь совсем не чудачеством выглядит стремление иногда сочетать музыку со звукозаписью природных и промышленных шумов. Разумеется, именно со звукозаписью.
Идея эта не нова. Те, кто видел первый советский звуковой фильм «Встречный», помнят, как талантливо даны в нем звуки заводского цеха (инициатором был молодой Шостакович). Нарастающий рёв паровой турбины отлично помогал воплощению художественного замысла создателей фильма.
Совсем недавно композитор Волконский ввёл удачно препарированный шум в музыку к пьесе Бернарда Шоу «Святая Жанна» в постановке Московского театра имени Ленинского Комсомола.
Словом, шум как элемент звуковой картины, как документальная иллюстрация нередко полезен. Разумное применение его – это просто ещё одно использование богатств звукозаписи.
Но стоит отметить, что в последние годы некоторые западные музыканты, подхватив эту идею, перегнули палку. Они придумали так называемую конкретную музыку, принцип которой – отказ от каких бы то ни было музыкальных звуков в пользу шума. Только шум – и больше ничего!
Материалом служат магнитофонные плёнки с записями природных и промышленных звуков. Тут и заводской гудок, и скрежетание строгального станка, и мычание коровы, и грохот грома... Целые экспедиции снаряжают защитники конкретной музыки – экспедиции, единственная цель которых, – поиск и запись новых шумов.
А когда собран обильный материал, начинается «таинство» творчества. Орудиями служат магнитофоны, ножницы и клей. Всевозможные записи накладываются друг на друга, пускаются наоборот, с конца к началу, растягиваются или сжимаются во времени – благо техника звукозаписи позволяет это делать без труда. И вот произведение готово. Замедленное блеяние овцы плюс рёв водопада, плюс вывернутый наизнанку треск трактора получают какое-нибудь интригующее название и некоторое время удивляют людей.
Нет, это направление имеет мало общего с искусством. Как только шум становится самоцелью, музыка исчезает. Воцаряется смертоносный для всякой красоты формализм. Ограничить звуковую палитру так или иначе препарированным шумом – значит сковать композитора, наложить на его труд нестерпимый запрет.
Музыка – это красота гармоний и тембров, и, если нужно, рёв и грохот. Все звуки, все средства их создания должны быть доступны вдохновению художника.
Средств этих, как вы видели, немало. Развитие техники щедро одаривает музыкальную культуру. Электрические голоса, многократные наложения музыкальных записей, их преобразование во времени, искусственная реверберация, умелое введение шумов – новинки, достойные пристального внимания современных творцов музыкальной красоты. Важно иметь только чувство меры и художественное чутье.
Правда, уж больно разрозненны, разобщены эти новые средства. Хлопотливо ими пользоваться. Кабинет композитора и концертная эстрада грозят превратиться в электротехническую лабораторию или в цех радиозавода.
Вот если бы объединить электрическое хозяйство, отыскать универсальный способ удобного освоения новых звучаний в композиторском творчестве! Есть такой способ! О нём – в следующем очерке.