Наука о звуках

Акустика, наука о звуке, находится на границе музыки и физики. Сам термин «акустика» придумал глухой от рождения французский математик и акустик Жозеф Совер в 1701 году. Ученые этой специальности изучают физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. В этой области проходят удивительные эксперименты — о них мы и расскажем.

Одна нота на два дня

Однажды в 1845 году в Голландии проводился интересный эксперимент: два трубача попеременно играли ноту соль, подхватывая друг друга, чтобы звук не прерывался. При этом музыканты находились в постоянном движении: они курсировали с переменной скоростью между Амстердамом и Утрехтом на грузовом прицепе, прикрепленном к паровозу. На платформе между станциями находилась группа наблюдателей с отличным музыкальным слухом. Они должны были отмечать, какая нота им слышится — а слышались им разные ноты в зависимости от скорости поезда. Затем музыканты и слушатели поменялись местами. В общей сложности музицирование продолжалось два дня.

Этот эксперимент, организованный голландским метеорологом Христофором Бёйс-Баллотом, доказал правильность предположений австрийского физика Кристиана Доплера. Он в 1842 году высказал теорию о том, что восприятие частоты колебаний меняется в зависимости от скорости и направления движения источника волн, а также зависит от положения наблюдателя относительно источника звука.

Музыка и животные

Русский ученый-фармаколог Иван Догель изучал влияние музыки на животных и людей и еще в 1898 году отметил, что, как у человека, так и у кроликов, кошек, морских свинок и собак под воздействием музыки изменяется кровяное давление, увеличивается частота сердечных сокращений, уменьшается ритм и глубина дыхательных движений вплоть до полной остановки дыхания. Самой чувствительной породой собак оказался пинчер: его давление в ходе опыта изменилось на 70 мм ртутного столба.

Собаки умеют различать на слух музыкальные звуки. Это было доказано в лаборатории Павлова его сотрудником Сергеем Клещовым. Он установил, что собаки способны различать тона независимо от их высоты, а рефлексы на диссонирующие звуки у них больше, чем на консонирующие. Да и без всяких ученых многие хозяева отмечали, что их собаки начинают «подпевать» определенным мелодиям или музыкальному инструменту. 

Даже у слонов есть музыкальный слух и музыкальная память. Это доказал исследователь Берхард Ренш в ходе экспериментов в зоопарке города Мюнстера. Он сумел выработать у слонов условные рефлексы на шесть пар разных по высоте звуков. В каждой паре был положительный звук, на который слон должен был реагировать, и отрицательный, отстоящий от него на один тон, — на него реакции не требовалось. В результате был выработан рефлекс: услышав положительный сигнал, слониха просовывала хобот через решетку и ударяла по специальной педали, за что автомат выдавал ей кусочек хлеба в качестве награды. Также ученые сочинили для слонов мелодии, каждая из которых состояла из трех нот. Животные прекрасно их различали.

Однажды для слонов устроили концерт. Было замечено, что им нравится композиция «О моя нежная волынка», а вот квартет Луиджи Боккерини с высокой флейтой вызывает зевоту. Под «Прелестную Габриэллу», богатую низкими звуками баса и рога, слоны начали покачиваться, размахивать хоботами и даже трубить.

Исследователи из Техасского университета выяснили, какую музыку предпочитают крысы. Три группы новорожденных крысят в течение двух месяцев слушали разную музыку: первая группа — Моцарта, вторая — современную атональную музыку, третья — шум вентилятора. Затем всех крысят поместили в клетку с клавишами на полу. Одна клавиша включала Моцарта, другая — атональную музыку, третья — шум. Как вы думаете, что выбрали крысята? В основном они предпочитали слушать Моцарта, изредка включали современную музыку и старательно избегали клавиши вентилятора.

Воздействие рок-музыки на организм животных случайным образом выяснилось в финском городе Котка. Коровы со скотобойни вынуждены были долгое время слушать репетиции рок-группы, и вскоре потребители мяса стали жаловаться на странный вкус говядины. Специалисты провели анализ мяса и отметили, что уровень щелочности повысился — по мнению ученых, это случилось из-за сильных эмоциональных потрясений рогатых слушательниц рока.

В Бразилии отметили еще один интересный эффект от музыки: оказалось, что она снижает агрессивность у пчел. Новый вид плодоносных пчел был выведен путем скрещивания бразильской породы с «иностранной» и отличался крайне агрессивным поведением: эти пчелы без разбора жалили скот, домашних животных и людей. Ища спасение от бедствия, кто-то попробовал включать на пасеке классические симфонии. Оказалось, это усмиряет насекомых, однако имеет и другой эффект: пчелы перестают трудиться и приносить мед.

О других интересных исследованиях в этой области можно прочесть в книге «Занимательная биоакустика» Владимира Морозова.

Музыка и растения

На музыку реагируют даже растения. Опыты показали: мимоза и петуния значительно быстрее растут под мажорные трезвучия, причем петуния под такую музыку расцветает на две недели раньше, чем обычно. Ученые смогли под микроскопом увидеть, как протоплазма растительных клеток ускоряет свои движения под воздействием музыки и как замедляет в тишине. Эти опыты демонстрировались по телевидению.

Музыка и человек

Одним из первых музыкальные опыты на людях провел русско-грузинский физиолог Иван Тарханов. Он выяснил, что мелодии, создающие хорошее настроение и доставляющие человеку удовольствие, увеличивают силу сердечных сокращений, расширяют сосуды, замедляют пульс, снижают артериальное давление, а также способствуют выделению пищеварительных соков, улучшают аппетит и обмен веществ, работоспособность и сон. Неприятная, раздражающая музыка вызывает обратный эффект. Современные исследования доказывают справедливость этих выводов: любимая музыка воздействует на человека как наркотик и вызывает эйфорию.  

Японские акустики опытным путем изучили воздействие музыки на организм кормящей матери. В эксперименте участвовали 120 женщин. Одной части подопытных дали слушать европейскую классическую музыку, после чего количество молока у них увеличилось на 20–100%. Другим давали слушать поп-музыку и джаз — в результате отделение молока у них сократилось на 20–50%.

Исследователи из Женевского университета на днях заявили, что музыка помогает недоношенным младенцам лучше развиваться. В одной из больниц Швейцарии малышам, родившимся раньше срока, включали традиционную индийскую музыку заклинателей змей, в которой звучат флейта, арфа и колокольчики. Ученые отметили, что восстановление нейронных связей в мозге у детей в музыкальной палате происходило быстрее, чем у постояльцев тихой палаты. МРТ-сканирование недоношенных младенцев из этой группы меньше отличалось от снимков рожденных в срок детей.

Что такое абсолютный слух?

Современным ученым точно известно, как воздействует музыка на мозг, какие отделы отвечают за узнавание мелодий и звуковых рядов, как происходит реакция на ритмы. Абсолютный музыкальный слух — один из предметов исследования когнитивной нейрофизиологии. В 1998 году ученые выяснили, как реагируют на звуки люди с разными музыкальными способностями. Оказалось, что при попытке опознать высоту звука у людей без абсолютного слуха активируются зоны головного мозга, ответственные за память, а у обладателей абсолютного слуха подобного не происходит. Это означает, что одаренным от природы музыкантам не нужно ничего вспоминать и сравнивать, они сразу четко определяют ноту. Еще два интересных факта о нашем восприятии музыки: чем сложнее ритм, тем большая мозговая активность наблюдается у человека — мы способны автоматически распознавать «аномалии» и фальшивые ноты в незнакомых мелодиях. Акустики говорят, что это связано с наличием механизма автоматического сравнения нашим мозгом поступающей информации с уже имеющимися представлениями о должных свойствах звукоряда.