Страдивари и наука

Секрет голоса скрипок Николо Амати и его учеников Страдивари и Гварнери физики пытались раскрыть на протяжении более чем полутора веков и в конце концов пришли к выводу, что ничего особенного с точки зрения акустики в их инструментах нет. Ученые-психологи добавили к этому, что репутация этих скрипок дутая, так как зиждется на эффекте когнитивной предубежденности. Только поверить в это трудно, потому что за выводами ученых явно проглядывается их растерянность и бессилие объяснить феномен кремонских скрипок, заметный уху простого неученого человека.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Визит к Минотавру по-американски

В 1980 году в городе Кембридже, штат Массачусетс, у ректора здешней Музыкальной школы Лонги колледжа Джона Барда профессора Романа Тотенберга украли скрипку Страдивари. Скрипке на момент ее кражи было 246 лет, и она, как остальные сохранившиеся скрипки Антонио Страдивари, имела имя собственное — «Эймс Страдивари». Джордж Эймс жил во второй половине XIX века, был владельцем Юнион-клуба на Трафальгарской площади в Лондоне и скрипачом-любителем. Роман Тотенберг тоже был скрипачом, только профессиональным, и в юности подавал надежды.

В 1931 году в двадцатилетнем возрасте он выиграл в Берлине стипендию Мендельсона. С приходом к власти Гитлера нацисты стипендию Мендельсона отменили, а семья Тотенберг от греха подальше эмигрировала сначала во Францию, а потом в США. В Париже, Лондоне и Вашингтоне Роман Тотенберг выступал с сольными концертами, причем в Америке он играл уже на «Эймс Страдивари», купленной за $15 тыс. (большие по тем временам деньги). Знаменитым виртуозом Тотенберг не стал и пошел по педагогической стезе, дослужившись до звания профессора и должности заведующего кафедрой струнных инструментов Бостонского университета, а потом стал ректором престижной Музыкальной школы Лонги.

Там у него и украли скрипку. После торжеств по поводу какого-то юбилея в концертном зале школы на площади Гарвард-сквер, где профессор Тотенберг сыграл Моцарта на «Эймсе», он положил скрипку в футляр и занес ее в свой ректорский кабинет, а потом отправился на банкет. Когда поздно вечером он вернулся в кабинет за скрипкой, ее там не было. Главный подозреваемый определился быстро — он просто бросался в глаза. Бывший студент профессора Тотенберга некий Филип Джонсон тоже подавал большие надежды, но за излишнее самомнение и конфликтный характер его отчислили из Бостонского университета. В день пропажи скрипки его не пустили на концерт, но он продолжал крутиться поблизости и, не стесняясь окружающих, ругал Тотенберга: мол, тот не заслуживает такой скрипки.

Словом, кража скрипки Страдивари в 1980 году в двух минутах ходьбы от Гарвардского университета до смешного напоминала сюжет детективного романа братьев Вайнер «Визит к Минотавру» 1972 года. Только американские полицейские братьев Вайнер не читали и даже не провели обыска у бывшего студента Джонсона. По словам дочери профессора Тотенберга Нины, ее мать всерьез расспрашивала знакомых, нет ли у них знакомых мафиози, которые могли бы прижать Джонсона и заставить его вернуть скрипку.

Скрипка так и осталась у экс-студента, и, что самое интересное, он ее не особо прятал. После кражи он сбежал в Нью-Йорк, где играл на ней на улице, собирая подаяния от прохожих в ее футляр. Потом в Калифорнии в составе трио Mobius вместе с виолончелистом Майклом Фицпатриком и пианистом Ксаком Бьеркеном он, играя на «Эймс Страдивари», записал альбом «Beyond Beethoven», неплохо принятый публикой. Неоднократно играл он на ворованной скрипке и на второстепенных фестивалях. А нашлась украденная «Эймс Страдивари», можно сказать, сама. После смерти Джонсона его вдова, решив узнать цену старой скрипки, сфотографировала ее и отправила фото по электронной почте известному на Восточном побережье скрипичному мастеру Филипу Инжеяну.

Тот потом рассказывал корреспондентам газет, что ему часто звонят и пишут по подобным поводам: мол, я нашел Страдивари на чердаке. Но при этом через его магазин на Пенн-стрит в Питтсбурге прошло не меньше 100 настоящих скрипок Антонио Страдивари, и он знал в них толк. Поэтому, договорившись о встрече с вдовой Джонсона, он только раз глянул на инструмент и тут же позвонил в Вашингтон по телефону, который, вероятно, знал на память в силу своего бизнеса. Позвонил он в отдел ФБР по расследованию краж культурных ценностей. В тот же день к вдове явились сразу трое агентов ФБР и забрали скрипку. Потом ее вернули наследникам Романа Тотенберга.

История, согласитесь, забавная. Но возникает резонный вопрос: почему целых 25 лет, то есть четверть века, никто не замечал явное несоответствие этой скрипки ее новому владельцу-вору?

«Золотой стандарт» скрипки

Скрипка в современном ее виде появилась в XVI веке, а до совершенства ее конструкцию и звучание довели мастера из города Кремоны на севере Италии. Андреа Амати придал ей классическую форму, а Антонио Страдивари опытным путем определил оптимальный размер корпуса скрипки.

Перед своей смертью в 1577 году Амати передал свой бизнес сыновьям Джироламо и Антонио. Один из сыновей Джироламо, Николо Амати, был первым в династии Амати, который взял в ученики не членов семьи. Одним был Страдивари, другим — Андреа Гварнери, чей внук Джузеппе в конце концов унаследовал семейный бизнес и стал известен как Гварнери «дель Джезу». Каждый свой инструмент он подписывал своим именем, за которым следовала монограмма IHS — «Иисус Христос Спаситель» (кстати, когда Тотенберг лишился «Эймс Страдивари», он заменил ее на Гварнери 1736 года).

За свою долгую жизнь, а прожил он 93 года, Антонио Страдивари было создано около тысячи скрипок, из которых примерно половина сохранилась до наших дней. Но в списке официально аутентифицированных и имеющих задокументированную историю числится сейчас 282 инструмента (шесть из них утрачены: четыре «пропали», два были «уничтожены»). После смерти Антонио Страдивари в 1737 году и Гварнери в 1744 году качество инструментов из Кремоны быстро снизилось, и, хотя репутация города как центра скрипичного мастерства сохранилась, уникальные качества инструментов поколения Страдивари, которые и поныне считаются «золотым стандартом» струнных инструментов, были утрачены. С тех пор мастера по всему миру пытаются вернуть это нечто особенное, и с некоторых пор они не одиноки: к ним присоединились ученые.

«Гробик» Савара

Обычно историки науки перечисляют с дюжину физиков XVIII-XX веков, которые так или иначе были причастны к объяснению природы звучания скрипки,— начиная с Бернулли и заканчивая нобелевскими лауреатами по физике лордом Рэлеем и Раманом. Все они действительно много сделали для понимания волновой картины скрипичного звука. Но справедливости ради надо сказать, что никто из них никогда не ставил перед собой задачи объяснить, почему столь особенно звучат скрипки Амати, Страдивари и Гварнери. Ученых интересовал звук музыкального инструмента как такового, будь то орган, барабан или струнный инструмент. Среди них было, пожалуй, только два исключения.

Во-первых, это профессор Коллеж де Франс Феликс Савар, который в 1819 году опубликовал «Memoire relatif a la construction des instruments a cordes et a archet» о том, какой должна быть конструкция идеальных струнных и смычковых инструментов с точки зрения волновой теории. Его диссертацию заслушали на заседании Французской академии наук и одобрили: все в ней с точки зрения науки было, на взгляд академиков, правильно. Вот только скрипичные мастера упорно продолжали делать скрипки по-своему, просто вызывающе манкируя наукой.

В их числе был и известный парижский мастер Жан-Батист Вийом, который специализировался на имитации скрипок Страдивари и Гварнери. К нему-то и обратился профессор Савар с предложением сделать по его чертежам «акустически идеальную» скрипку. Вийом, который и сам был не чужд духу изобретательства (он сконструировал и контрабас 4 м высотой), согласился. Дело у них шло не быстро, только в конце 1820-х годов, когда Савар уже сам стал академиком, скрипку его конструкции Вийом продемонстрировал в академии как триумф науки над ремесленничеством, попутно возбудив парижский музыкальный мир.

На скрипке Савара виртуоз мог исполнить любое произведение. Только корпус ее имел вид параллелограмма и внешне она разительно напоминала гробик для младенца с грифом, а ее звучание оскорбляло слух меломана. На том и закончилась первая научно обоснованная попытка превзойти Страдивари. Таких попыток было не так уж мало. Но ученые не имели к ним отношения: вовсю старались скрипичные мастера посткремонского периода, и кое-что из их усовершенствований в конструкции скрипки прижилось в современных инструментах. А скрипки Вийома, сделанные им не по чертежам профессора Савара, а по образцу и подобию кремонских, весьма ценились и ценятся сейчас. По меньшей мере 31 из них была и остается инструментом знаменитых виртуозов с 1830-х годов по наше время.

Завещание Гельмгольца физикам-акустикам

Вторым ученым-физиком, который внес неоценимый, а точнее, до сих пор недооцененный вклад в теорию скрипичного голоса, был немецкий профессор Герман Гельмгольц, который сначала был профессором физиологии и общей анатомии в Кенигсберге, Бонне и Гейдельберге, а потом был приглашен в Берлинский университет на должность профессора физики. При этом Гельмгольц своей научной специализации не менял, он всегда был биофизиком, просто такой специальности тогда официально еще не было.

В 1863 году вышло первое издание его монографии «Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage fur die Theorie der Musik», тут же переведенное на английский и французский языки, а затем и на русский,— «Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки» (СПб., 1875). В ней Гельмгольц на основании опытов показал, что при натяжении скрипичной струны она вибрирует особым способом, который отличается от синусоидальных стоячих волн, знакомых физикам.

Потом продолжатели его теории назвали это «волной Гельмгольца» и тщательно изучили довольно сложную физику взаимодействия смычка со струной, из которой выходило, что скрипач просто должен приложить усилие, чтобы поддерживать форму звукового сигнала, не разрушая ее. Отсутствие такого навыка — одна из главных причин, по которой так мучительно слышать соседского ребенка, разучивающего октавы на скрипке. Тогда как интенсивность, качество и тонкость звука, извлекаемого из скрипки мастерами, в основном обусловлены как раз тем, что они могут управлять формой волны Гельмгольца с помощью смычка как для самых громких, так и для самых тихих звуков.

Таким образом, вывод номер один из учения Гельмгольца был такой: качество звука, издаваемого любой скрипкой, зависит как от физических свойств скрипки, так и мастерства владения смычком при игре на инструменте. Откуда логически вытекало, что одна из причин, по которой великие кремонские скрипки звучат так захватывающе, заключается в том, что обычно мы их слышим, когда на них играют величайшие музыканты мира.

Но вывод номер два интереснее и значительнее. Согласно резонансной теории слуха Гельмгольца, первичный анализ звуков происходит с помощью волокон базилярной мембраны в улитке внутреннего уха человека. Таким образом, можно различить субъективные и объективные комбинационные тоны инструмента. Субъективные возникают в слуховом аппарате человека при достаточно большой интенсивности незатухающего звука. А объективными, соответственно, будут комбинационные тоны, образующиеся вне человеческого уха,— например, благодаря нелинейности самого источника звука или звукопроводящей среды.

Теорию Гельмгольца неоднократно опровергали, подтверждали и дополняли ученые следующих поколений. Но суть не в этом, а в том, что физики изучали и изучают звучание скрипки приборами, а слышим мы голос скрипки не их приборами, а собственными ушами. Именно на это Гельмгольц обратил внимание коллег-физиков в предисловии к своей монографии: «Я не считаю, что недооценил художественные эмоции человеческого разума в Теории мелодического конструирования, пытаясь установить физиологические факты, на которых основано эстетическое чувство. Но тем, кто думает, что я недостаточно далеко зашел в своих физических объяснениях, я отвечу, что натурфилософ никогда не обязан создавать теории обо всем, что он знает и чего не знает».

«Волчий тон» Рамана

Тем не менее физики продолжали и по сей день продолжают заниматься акустикой исключительно инструментов, словно в упор не видя, что в музыке есть не только передатчик, но и ее приемник. Например, будущий нобелевский лауреат Чандрасекхара Раман, вдохновленный, по его же признанию, прочтением монографии Гельмгольца, начинал свою профессиональную карьеру как раз с исследования физики музыки.

В 1918 году он опубликовал в главном на тот момент научном журнале Индии — «Бюллетене Индийской ассоциации содействия развитию науки» — фундаментальный труд в двух частях «О механической теории колебаний смычковых струн и музыкальных инструментов семейства скрипичных с экспериментальной проверкой результатов», в котором описаны и механизм возникновения «волчьего тона», и целых семь колебательных мод скрипки, и много еще чего.

Но там нет даже намека на то, что неплохо было бы изучить еще физику этих мод непосредственно в органе слуха и потом в мозге человека. Это направление под названием «когнитивная нейробиология музыки» лишь совсем недавно удостоилось внимания ученых.

Спасибо лесорубам

На сегодня написаны сотни научных статей и монографий о физических параметрах кремонских скрипок. Наверное, наиболее емкий и при этом достаточно краткий их обзор был сделан в 2009 году профессором Колином Гофом из Университета Бирмингема в статье «Science and the Stradivarius». Она свободно доступна в интернете на английском языке и понятна обычному неученому человеку, который не прогуливал в школе уроки музыки, физики и химии.

Интересен и сам ее автор — профессор Гоф. Он достаточно известный физик с высокими показателями индекса Хирша в области материаловедения и сверхпроводимости. При этом он сам играет на скрипке, альте и фортепьяно «в стиле барокко для собственного удовольствия» и со студенческих лет и поныне руководит струнными квартетами и университетскими оркестрами, пробовал себя даже в профессиональных оркестрах. Словом, разбирается в физике голоса скрипки не только теоретически.

Если же очень коротко, то первое, с чем столкнулись современные физики при попытке исследовать кремонские скрипки самыми современными методами, так это если не с полным отсутствием предмета исследования, то с довольно условной его аутентичностью. На протяжении XIX и XX веков практически все сохранившиеся кремонские инструменты подвергались реставрации и «усовершенствованию». Немалую лепту в «модернизацию» кремонских скрипок внес и упоминавшийся выше французский мастер Вийом.

Второе затруднение заключалось в том, что от лака, которым кремонские мастера покрывали свои скрипки, на поверхности их инструментов практически ничего не осталось. А ведь как раз лак Амати, Страдивари и Гварнери считался первым в списке «секретов» итальянских мастеров. Однако химический и затем спектральный анализ тех остатков лака, который впитался в верхние слои корпуса их скрипок, не обнаружил ничего отличного от обычного мебельного лака того времени. Разве что в нем были остатки пыли, которую, наверное, поднимали подмастерья, подметая мастерскую, и насекомых, попадавших в лак при его приготовлении. То есть выходило, что кремонские мастера использовали лак с единственной целью — защиты скрипки от влаги и грязи.

Тем не менее химический и спектральный анализ лака, въевшегося в древесину кремонских инструментов, дал интересный побочный результат. Уже в нашем веке в древесине скрипичных дек было обнаружено аномально высокое содержание алюминия, натрия и меди, то есть скрипичные мастера из Кремоны использовали древесину, обработанную для предотвращения гниения квасцами и медным купоросом, что обычно делали лесозаготовители и что дало основание ученым пошутить: за волшебный голос своих скрипок Страдивари должен благодарить лесорубов.

«Скрипичный лес»

Если нижнюю деку и боковины скрипки кремонские мастера обычно делали из клена, то верхнюю деку они выстругивали из ели обыкновенной (вид Picea abies), но не совсем обыкновенной ее разновидности — ели орешниковой (Haselfichte, как ее называют немцы). Произрастает она в Европе в Богемском лесу, Баварском лесу и в Скрипичном лесу (Foresta dei violini) в Доломитовых Альпах. Последний находится примерно в 150 км севернее Кремоны и был назван так, потому что, по устоявшейся апокрифической версии, ель отсюда заказывал для своих скрипок Антонио Страдивари.

Годичные кольца у этой ели имеют характерный рисунок: они сравнительно узкие, то есть растет она довольно медленно, и зубчатые. А в то время, когда кремонские мастера делали из нее деки к своим скрипкам, годичные кольца были совсем узкие, потому что тогда было холодно. Наступила третья, самая холодная фаза Малого ледникового периода с наиболее низким уровнем солнечной активности (Маундеровский минимум 1645–1715 годов). Соответственно, древесина для кремонских скрипок была еще плотнее, оказывала демпфирующее действие на звуковые волны и, по идее, должна была придавать особый оттенок звучанию инструмента.

Увы, и эту гипотезу безжалостно разрушили биофизики Лейденского университета буквально десять лет назад. Методом денситометрии древесины с использованием компьютерной томографии они исследовали 30 современных и классических голландских, немецких, австрийских и французских, а также кремонских скрипок. И не обнаружили существенных различий в средней плотности древесины между современными и классическими скрипками и между классическими скрипками разного происхождения. Иными словами, маловероятно, что кремонские мастера имели доступ к древесине со значительно отличающимися характеристиками плотности древесины от тех, которые были доступны современным производителям скрипок.

Операция 3D-Strad

В бои за секрет кремонских скрипок ученые вводили все новую и новую «тяжелую технику»: интерференционную голографию, модальный анализ, лазерную интерферометрию и так далее, а генеральное сражение началось осенью 2006 года. Эта стратегическая операция под кодовым названием 3D-Strad проходила в лабораториях Оберлинского колледжа, штат Огайо. Финансировало ее Общество скрипачей Америки (VSA), довольно богатая организация, занимающаяся изготовлением и продажей скрипок, альтов и виолончелей. Полной анатомической томографии и акустическому лазерному 3D-сканированию подверглись три скрипки — «Тициан» Страдивари (1715), «Виллемотт» Страдивари (1734) и «Плауден» Гварнери (1735).

За три года непрерывных исследований в рамках проекта 3D-Strad ученые опубликовали 4 отчета и 13 научных статей (все они, кстати, свободно доступны в интернете), не оставив ни малейшего пробела в акустике и анатомии кремонских скрипок. Дело, казалось, было за малым: найти мастера, который, контролируя каждое свое действие физическими приборами, построил бы «идеальную скрипку», или просто напечатать ее на 3D-принтере. Но такого мастера, разумеется, не нашлось, и «распечатывать» ученые такую скрипку не стали по понятным причинам. Вышедший из-под принтера «Голем Страдивари» выставил бы их в очень неприглядном свете.

Потому вердикт ученых был такой: «Нет никаких убедительных доказательств существования каких-либо иных поддающихся измерению свойств, которые отличали бы кремонские инструменты от лучших скрипок, изготовленных искусными мастерами, в том числе современными… Дальнейшие исследования непременно нужны, но вести их надо с привлечением высококлассных скрипачей, работающих бок о бок с психоакустиками, учеными и сочувствующими скрипичными мастерами, чтобы добиться дальнейшего прогресса в решении этой сложной и увлекательной проблемы».

Скрипичный концерт на помойке

Первый психоакустический эксперимент провели не ученые, а журналисты Washington Post еще в 2007 году с участием скрипача Джошуа Белла, чья скрипка звучит в саундтреке к известному триллеру «Ангелы и демоны» и который всегда отличался на сцене затрапезным нарядом (джинсы и рубаха навыпуск) во время своих скрипичных концертов. На этот раз он надел еще бейсболку и играл на своей скрипке Gibson ex-Huberman Страдивари 1713 года возле мусорных контейнеров у входа станции вашингтонского метро L'Enfant Plaza.

За 45 минут мимо него прошли больше тысячи человек, но только семеро остановились послушать и лишь один из них узнал музыканта. В футляр его Страдивари прохожие набросали $32 подаяний. Помимо прочего это было ответом на вопрос, поставленный в самом начале: почему никто не обратил внимания на скрипку, украденную у профессора Тотенберга, которую ее вор публично демонстрировал целых 25 лет.

Проведение последующих психоакустических экспериментов взяли в свои руки ученые. Наиболее известны широкой публике опыты доктора Клаудии Фриц из Института Д'Аламбера Сорбонского университета. Она четыре раза в разных вариациях проводила двойное слепое тестирование с разными аудиториями по узнаванию скрипок Страдивари и Гварнери в ряду других инструментов, включая самые современные. Лучший результат был у профессиональных скрипачей, которые, не видя их, узнавали по голосу кремонские скрипки с вероятностью 50%. Как при подбрасывании монеты.

Ожидаемым было и научное объяснение результата этих опытов — когнитивная предвзятость, или «эффект ореола», выражаясь научным языком. А если говорить по-простому, то, когда человеку говорят, что сейчас знаменитый виртуоз исполнит бессмертное творение великого композитора на уникальной по звучанию скрипке Страдивари, он, этот человек, слышит в голосе этой скрипки то, чего в нем, голосе скрипки, с точки зрения физики нет и быть не может.

Понятно, что у обычного неученого человека подобные научные выводы вызывают сомнения. А уж как они расстраивают специализирующихся на редких инструментах дилеров! Ведь скрипка Lady Blunt Страдивари была продана в 2011 году на аукционе за $15,9 млн, а что касается нижнего сегмента этого рынка, то «Страды» в худшем состоянии продаются по цене от $1 млн до $3 млн, и их стоимость удваивается каждые десять лет.

Успокаивает лишь то, что в истории науки очень часто то, что казалось бесспорным сегодня, завтра оказывалось весьма сомнительным. А потому, вынося очередной приговор скрипкам кремонских мастеров, ученым, наверное, полезно помнить слова своего коллеги Германа Гельмгольца, сказанные им еще в позапрошлом веке: «Натурфилософ никогда не обязан создавать теории обо всем, что он знает и чего не знает».

Ася Петухова