# Угадай ритм

Г Варяжский

Откуда в человеке чувство ритма?

Вступление


Недавно мой всегдашний оппонент выступил с горячей речью, призывая массы навалиться всем миром и вникнуть в суть того, что именуется музыкальным ритмом. Правда, осталось неясным, ставится ли целью новое слово в науке или простое повышение культурного уровня участников,. Но начать предлагалось с просмотра второй части фильма "Как работает музыка", в аккурат посвященной ритму: http://www.youtube.com/watch?v=uF0aN63MUAw. Фильм этот спродюсирован знатным английским музыкантом Ховардом Гудалом (Howard Goodall). Авторитет коего нам вскорости понадобится.

До этого мне как-то не приходилось задумываться над вопросом. Я знал, что ритм бывает разный и разные люди по-разному к нему чувствительны. Сам же я принадлежу к тому, полагаю, большинству, что почитает мелодию главной составляющей музыки.

На первых же минутах фильм дает следующее объяснение феномена. Оказывается, чувство ритма в человеке заводится от того, что еще в утробе матери он слышит ее пульс. И тут же уточняется, что этого мало, ведь сердце есть у многих животных, а искомая способность - только у человека. И дабы оной обзавестись, предку сапиенса пришлось стать эректусом, т.е. встать на задние лапы и выпрямиться. После чего всё сошлось, и чувство зародилось. На этом теоретическая часть фильма завершается, и остальные минуты отведены под рассказ, какие разные бывают ритмы и как разные люди по-разному на них реагируют.

Другими словами, развитие эмбриона под ритмические звуки есть условие необходимое, но не достаточное. Всякие там беспризорно яйцекладущие и икрометающие заведомо в этом смысле бесталанны (рыбы, лягушки, черепахи). Но и прочим надо еще встать вертикально. По этой логике, замечательно одарены должны быть пингвины: сердце имеется, на яйце сидят 100% времени и ходят на своих двоих. Изучение оных и подобного рода существ на предмет предрасположенности к ритмическим движениям несомненно подкрепило бы выдвинутую в фильме гипотезу.

Сомневаюсь, однако, что наличие "лишних" ног могло бы помешать искусному танцору. Напротив, добавка даже одной сверх базовой комплектации наверняка позволила бы ему выделывать такие кренделя, какие Спинозе и не снились.

Действительно, ну что может человек двуногий необученный? Ну, шагать, ну, бежать. И второе от первого отличается темпом, но не ритмическим рисунком. А вот четырехконечная лошадь способна на следующие аллюры (походки): шаг, рысь, галоп и чудную иноходь - совершенно разные по координации движения. Не говоря уж об искусственных аллюрах, кои можно наблюдать на соревнованях по выездке.

На этом позвольте закруглиться с критикой этого, в целом очень красочного и познавательного, фильма. Для дальнейшего важно лишь то, что, если такой компетентный специалист приводит столь хилую аргументацию, значит, ключ к пониманию вопроса просто не найден.

Попробуем поискать.


Победитель мух


Мой тесть чрезвычайно ловок в ловле мух руками1. Нет, конечно, он не выдергивает из воздуха пролетающих мимо (тогда отчество моей супруги было бы Суперменовна), а хватает их на взлете. Внешне это выглядит так. Он подходит к столу, на котором сидит муха. Та настораживается и приседает. Тесть замирает на какое-то мгновение, а затем делает плавное движение рукой над столешницей. Муха подпрыгивает и совершает стандартную для данной ситуации фигуру высшего мушиного пилотажа. Траектория этой фигуры в некоторый момент пересекается с траекторией ладони. Вуаля! Муха в кулаке. Со 100%-м успехом.

Ситуация замечательна тем, что две системы: и рука (одна и та же), и муха (каждый раз разная) повторяют некие эталонные движения не только в координатах пространства, но и времени: выполняют заданную программу не быстрее и не медленнее положенного. У мухи эта программа заложена генетически, а тесть заучил ее опытным путем. И программы эти выполняются с большой точностью вне зависимости от сытости первой системы и кровяного давления второй. А иначе синхронность была бы нарушена.

Пусть простят меня специалисты по мушиной аэродинамике, пофантазирую, как мог бы выглядеть фрагмент такой программы: ...добавить 18 дин на тягу 33Л; ждать 3 мкс; установить закрылок 4зд на 3 град.; ждать 1 мкс; снизить давление в узле 6х7 на 0.1 пск; ждать 13 мкс... и т.д. Заметили, без чего мухе просто не обойтись при выполнении этой гипотетической программы? Ага, без часов (или таймера).

Не обязательно такие же, но часы потребуются и моему тестю для выполнения его программы. И мы тут же приходим к идее, что любая сравнительно независимая часть сложной системы для координации общих усилий должна иметь собственные часы и все они должны быть синхронизированы.

[С механико-математической точки зрения полет мухи по требуемой траектории и движение руки описывается системой дифференциальных уравнений с наложенным управляющим воздействием. При математическом моделировании для того, чтобы разные системы могли взаимодействовать они должны интегрироваться с одинаковым темпом. А для того, чтобы взаимойствовать с натурными системами - интегрироваться в "реальном времени". Понятно, что для точного воспроизведения движения необходимо прикладывать хранимое в памяти управляющее воздействие в правильном темпе.]


Чувство времени


Таким образом, все живые существа, начиная с простейших, имеют встроенные часы. А в сложных организмах их, скорее всего, несколько: не только по функциям (органам), но и по динамическим характеристикам, т.е. одни часы предназначены для измерения длительных интервалов, а другие - коротких и т.п. Например, часам, работающим в пищеварении, точность особая не нужна. А вот слух обслуживает очень точный хронометр.

Где находятся эти часы, скажем, в человеке, и как они устроены, я не знаю. Но заявляю со всей ответственностью, что это полноценное, фундаментальное чувство, ничуть не хуже пяти прочих.

Да ну, скажет кто-то, что это за чувство, которое всего-то и делает, что интегрирует константу? Только то и может, что замерить и воспроизвести интервал? Но дальше мы увидим, что без этого "простого" датчика мы и шага не способны ступить а также лишились бы могучего потока информации из окружающей среды. Вот ведь и ухо - всего лишь личный барометр: меряет атмосферное давление.

А можно ли как-то напрямую воспользоваться этими физиологическими часами подобно тому, как это, согласно легенде, делал Галилей, роняя тяжелые предметы с Пизанской башни? А именно: замерял время падения по своему пульсу? "Ах ты! - воскликнет в этом месте мой потенциальный читатель, - так вот же генератор тактовой частоты!". Но тут же и спохватится: сердце же бьётся вовсе не равномерно. Да припомнит тахикардию, искусственные стимуляторы сердца и т.д. Увы, сердце, по большому счету, - обыкновенный насос, регулируемый чем-то еще, и на первоисточник ритма никак не годящийся.

Итак, в любом мало-мальски сложном организме имеются внутренние часы, регулирующие его деятельность. Например, человеку, чтобы сделать один шаг вперед необходима строгая последовательность напряжения/расслабления множества мышц, причем каждое элементарное действие должно происходить в строго определенный момент и длиться строго определенный интервал.

[Может показаться, что такого рода поведения можно добиться на чисто событийной основе. Т.е. каждое элементарное действие имеет стандартное время исполнения и по окончании инициирует другое действие. Например, доведение сустава до крайнего положения автоматически включает некую мышцу, которая всегда работает в течение определенного интервала и ее расслабление запускает другую мышцу... и т.д. Но это была бы совершенно негибкая, необучаемая система.]

А кроме того, вся поступающая из внешнего мира информация привязывается к шкале времени: подобно тому, как привязаны подземные толчки на ленте сейсмографа или сердцебиения на кардиограмме. Вероятно, отдельные особи способны затем извлекать абсолютное время какого-то события. Но гораздо важнее запоминать интервалы между событиями, чтобы потом узнавать последовательность, если она будет повторяться в будущем. По аналогии с музыкальным слухом, можно говорить об абсолютном и относительном чувстве времени.


Сверхблизкое будущее


Окружающий нас мир полон регулярных, повторяющихся, периодических процессов. Умение запоминать, распознавать и использовать их себе во благо - жизненно важно. Чем раньше вы улавливаете закономерность, тем лучше вы прогнозируете будущее. Совершенно так же, как зрение улавливает узоры и орнаменты в изображении, а в случайном переплетении ветвей вдруг обнаруживает человеческое лицо, так и наше чувство времени выхватывает из потока событий истинные и мнимые "дежавю" (на этом построена новелла "Наваждение" в фильме "Операция "Ы"...").

Трудяга-муравей из известной басни четко знал, что лето сменится зимой. Причем знал, как скоро это случится и мог распределить усилия. А его приятельница цикада позволяла себе сосредоточиться на танцах и пении, поскольку была уверена, что к тому времени улетит в Южное полушарие. (Это знание врожденное). Собака Павлова пускала слюни по команде, поскольку выучила, что между ней и колбасой - промежуток небольшой. (Это знание приобретенное). Попеременно короткий и длинный интервал между "ку" позволяет нам отличать кукушку от пацаков с чатланами, и помогает оценить длительность нашей жизни. И т.д. и т.п.

Для длинных процессов - смена сезонов, дня и ночи, периодов голодания между кормежками - достаточно довольно грубых оценок интервалов. Для физических движений, как мы видели, нужна точность гораздо большая. Но есть процессы столь быстрые, что потребуется прецизионная точность. Так дельфину приходится с огромной скоростью обрабатывать тактильные ощущения и соответствующим образом реагировать на них, дабы погасить турбулентность, возникающую на больших скоростях (скорее всего, именно для этого ему требуется такой крупный мозг). У человека примером может служить обработка звуковой информации (зрение и прочие чувства мы здесь не будем расматривать).

"Графики" смены атмосферного давления с частотой до 20 кГц в двух точках пространства, соответствующих двум ушам, требуется в реальном времени проанализировать, выделить характерные места, сопоставить с имеющимися шаблонами (опознать) и принять адекватное решение. Понятно, что скорость и точность работы напрямую зависит от количества вовлеченного серого вещества. И здесь будет уместно вспомнить про слепых, которые частично могут использовать ресурсы мозга, занятые у обычных людей в обслуживании зрения, и тем самым имеют более острый слух, в том числе и музыкальный. (Под остротой понимается способность извлекать максимум информации из звукого сигнала).

Вначале мозг "отнимает" от сигнала ненужные шумы. Предположим, вы сидите в комнате с тикающими часами. Через какое-то время вы перестанете их слышать: ваш мозг уже приспособился, что ровно через 128 миллисекунд после "тик" идет "так", потом пауза в 512 миллисекунд и снова "тик" и т.д. Это не какой-нибудь частотный фильтр, а прогнозирующая функция, запомнившая с большой точностью образы "тика" и "така" и интервалы между ними. И вы услышите звук лишь в том случае, если часы вдруг собьются с ритма.

Затем в сигнале распознаются некие элементарные события: стук, бряк, свист, писк, хлопок и т.п. А также запоминаются длительности пауз между ними. Получается своеобразная партитура, которая непрерывно сравнивается с имеющимися в памяти шаблонами. И если обнаруживается "достаточно сильное совпадение", то положение считается распознанным и "будущее становится известным". Не в звуковом, а в ситуативном смысле, ведь шаблоны так и возникли: как запомненные звуковые последовательности, характерные для данной повторяющейся ситуации. Щелкнул замок, скрипнула дверь - кто-то пришел.

А кроме того, распознанные шаблоны начинают автоматически вычитаться из общего звукового потока, и мозг получает возможность сосредоточиться на оставшейся части и достичь большей глубины обработки сигнала.

Так мы получаем и непрерывно учимся получать информацию из окружающего мира. Эта способность врожденная, и каждый наделен ею в разной мере. По аналогии с музыкой, где разные слушатели способны воспринимать гармонии разной степени тонкости. Какие-то из шаблонов, по-видимому, записаны в нас намертво, генетически, а какими-то мы обзаводимся как личным опытом. Поскольку количество ситуаций бесконечно, и они могут накладываться произвольно - вы ведете машину, слушаете радио и трендите по телефону одновременно - задача эта практически неограниченной сложности. Это канал на вход.


Речь


Легко сообразить, однако, что точно так же можно построить канал на выход: сообщать миру о своем внутреннем состоянии с помощью некоторой последовательности звуков. Как убедительно показал Морзе, информацию любой сложности можно передать с помощью всего двух интервалов: короткого и длинного. А даже самый современный компьютер - не более как машина для перемалывания лишь нулей и единиц. Вполне возможно, что в самом первом языке последовательность "Ыы" означала "приглашаю вас на обед", а вот "ыЫ" значило "я собираюсь вами пообедать". И путать эти два выражения было опасно.

Для жизни в обществе умение общаться вербально - т.е. понимать чужую речь и быть в состоянии достаточно быстро и достаточно понятно говорить самому - чрезвычайно важно. А следовательно, способность эта эволюционирует под действием естественно-искусственного отбора. И в настоящий момент мы имеем в среднем около 40 различных элементарных звуков (фонем) на язык. Обычному слушающему/говорящему необходимо различать/производить фонемы с большой скоростью, сплошным потоком. Процесс приема/передачи значительно упростится, если обе стороны договорятся о некоторых правилах синхронизации, например, об относительной длительности фонем. Тогда принимающей стороне достаточно определить длительность одной фонемы, как длительности всех остальных будут заданы автоматически. Что значительно облегчит их различение. Передающей же стороне необходимо придерживаться выбранного темпа. Ни то, ни другое не возможно без встроенных часов, таймера, генератора такта и тому подобных физиологических систем, которые мы обобщенно называем чувством времени.

Процесс распознавания облегчается тем, что фонемы не идут в произвольном порядке. Получив какую-либо конкретную фонему, мозг слушателя уже знает, какие несколько из всего возможного списка наиболее вероятно станут продолжением. В этом, в частности, состоит трудность восприятия иностранной речи: мозг не знает вероятностной зависимости фонем и не успевает обработать поток. Чужая речь звучит "нечленораздельно".

Более того, мозг предугадывает и на более высоких уровнях: уровнях слов, смысла, сюжета. Чем больше в речи регулярностей, взаимосвязей, тем легче она воспринимается. Так всего лишь упорядочивание ударных и безударных слогов, а также созвучий, согласно некоторому простому ритму значительно сокращает количество возможных продолжений:"Идет бычок, качается,/ Вздыхает на ходу:/ - Ох, доска кончается,/ Сейчас я ...". Что сделает бычок? Отнерестится, истлеет? Может, грохнется, свалится, сверзится? А устойчивые выражения, крылатые фразы, пословицы можно вообще не заканчивать:"Любишь кататься...". Т.е. слушающий часто опережает говорящего. Но если человеку данный язык и, шире, данная культура малознакомы, то прогноз даже на слово вперед в реальном темпе проблематичен: слушающий "не догоняет" и может вообще потерять нить.


Немного информации


В определенном смысле, все живые существа - информационные машины, непрерывно перерабатывающие и накапливающие данные. С разным темпом и при разном объеме. Имеется много подходов, что считать информацией и как ее подсчитывать. Но ранее уже отмечалось, что мозг не просто пассивно ждет появления новых сведений, а беспрерывно строит прогноз. Поэтому нам наиболее подходит классическое определение, данное Шенноном (долгая лета патриарху!), которое словесно можно выразить следующим образом: в сообщении о событии содержится тем больше информации, чем меньше вероятность этого события.

Так утверждение, что за понедельником следует вторник (при условии, конечно, что вы знакомы с календарем) информации не несет. Падение монеты именно на орла обогатит ваши знания ровно на 1 бит. А вот известие, что курс доллара упал до 60 копеек содержит чертову прорву информации.

Легко видеть, что количество информации - вещь субъективная, зависящая от уже накопленных сведений и способности эффективно их использовать. То же самое приложимо и к информационным потокам: для кого-то и банальный разговор о погоде может показаться невыносимой интеллектуальной пыткой (например, на иностранном языке). Важно лишь подчеркнуть, что подобно тому, как тело человека приспособлено к вполне определенному диапазону температур, так и мозг чувствует себя комфортно лишь в определенном интервале плотностей информационного потока. Если поток слаб, мы скучаем, если силен - утомляемся. Для быстрых потоков, каковым является звук, работа эта спрятана в подсознание.

Еще раз: информационный поток есть последовательность событий с интервалами между ними, в которой наш мозг непрерывно пытается опознать известные или отыскать новые закономерности.


Назад, к музыке


Дадим следующее определение искусству: это осознанная деятельность по подмене объекта (субъекта, явления) реальной жизни набором характерных для объекта или ассоциированных с ним признаков (сигналов, ощущений), с целью достижения аналогичной реакция потребителя. Например, изобразительное искусство подменяет предметы их изображениями. Определение это не претендует на полноту или точность, а служит для ограничения: именно эта сторона искусства нам будет интересна далее. Собака Павлова есть элементарный пример такого искусства, когда электрический звонок и кусок колбасы вызывают одинаковую реакцию (эмоцию).

Так вот, возвращаясь к началу, какое же чувство подменяет собой музыка? Слух? Не совсем, ведь слух можно обмануть записями реальных звуков - то, чем, в частности, занимается звукорежиссер при озвучивании фильмов: шаги, выстрелы, шум прибоя и т.д. На самом деле, музыка действует на чувство времени. При прослушивании музыки мозг автоматически, на физиологическом уровне включается в процесс поиска регулярностей. В ритме это интервалы между ударами разной интенсивности, в мелодии - длины нот разной высоты.

Задача урощается тем, что длины и интервалы строго согласованы между ритмом и мелодией и кратны. Так нота бывает целой, половинной, четвертной и т.д. Кроме того, ноты (в зависимости от строя) имеют строгую разность в частоте между собой. Несоблюдение этой разности воспринимается как фальш. И, наконец, в музыке есть внутренняя повторяемость, избыточность: не любая нота может продолжить мелодию - ограничение, налагаемое, например, жанром.

Задача усложняется тем, что одновременно могут звучать несколько (согласованных) ритмов и мелодий, да к тому же в посторонних шумах. Но, как показывает практика, мозг справляется и с этим. Проделаем следующий эксперимент.

Возьмем какую-нибудь не слишком хорошую любительскую запись концертного номера из зала (фанеру не предлагать!). При первом прослушивании вас должны раздражать несбалансированная громкость (инструментов и голоса), неразборчивость слов, посторонние шумы и т.д. Но если вы будете настойчивы и прослушаете запись несколько раз, то постепенно качество станет (субъективно) улучшаться. Что происходит? А это мозг, разучив запись "в главном", начинает активно ее подправлять в реальном времени: убираются шумы, балансируются голоса и инструменты, "становятся" разборчивыми слова. Усвоив большую часть информации, мозг переключается на нюансы: вы начинаете замечать тонкие ритмические и мелодические ходы, вариации, возможно, легкую фальш и т.п. Другими словами, теперь вы слышите разницу между собственно записью и ее образом в вашей памяти, что позволяет всё глубже погружаться в музыку, т.е. полнее извлекать информацию (при условии, что она там имеется).

Успех или неуспех погружения зависит от ваших личных качеств, вашего знакомства с данным жанром, времени прослушивания и богатства самого материала. Если, к примеру, вы - поклонник джаза и слушаете сто первый кавер на "What a Wonderful World", то, вероятно, сразу уловите все тонкости. Но обычно человеку требуется какое-то время, несколько попыток, чтобы настроиться. И эстетическое наслаждение достигается где-то в середине процесса. Вначале идет мучительное обучение, когда, может быть, лишь отдельные повороты кажутся приятными (скорее всего, вы встретили элементы уже знакомого материала). Затем наступает фаза стабильного продвижения вглубь. Далее - период четкого владения: вы исчерпали заложенную информацию и помните всё до тонкостей. И наконец - стадия охлаждения. Конечно, процесс может прерваться в любом месте или не начаться вообще, если материал слишком тяжел для вас, или вы недостаточно упорны. Как и вообще в жизни, сначала трудно, потом интересно, и кончается скучной рутиной.

Музыкальные, в том числе и ритмические, способности человека наполовину являются врожденными. А на другую половину - результатом обучения и самоусовершенствования. В течение жизни человек, двигаясь от простого к сложному в (музыкальной) среде, осваивает всё новые закономерности, регулярности, взаимосвязи, рисунки, шаблоны и т.д.

Очевидно, что для каждого индивидуума в конкретный момент времени существует свой оптимальный уровень сложности музыки, и переход на более высокий требует усилий. Полифония, аранжировки, вариации мелодий, "сбивки" ритма и т.п. добавляют музыке сложности и могут одними воприниматься как улучшение, а другими как ухудшение исходного материала. Понятно, что оная сложность конкретного произведения может быть оценена формальными математическими методами подсчета количества информации, а стало быть, "качество" музыки может быть оценено "объективно". Но это совершенно другая история.


Итог

1) Человек обладает "чувством времени", которое позволяет ему запоминать и воспроизводить повторяющиеся процессы как функции от времени или как последовательности событий с характерными интервалами.

2) Способность эта имеет многочисленные практические применения. В частности, используется для прогноза и фильтрации при обработке звуковой информации.

3) Человек, интенсивно употребляя звук для коммуникации (речь), обладает развитым чувством времени.

4) Музыка (ритм и мелодия) эксплуатирует чувство времени для возбуждения в человеке эмоций и настроения.

5) Пульс и хождение на двух ногах никакого отношения к чувству ритма (времени) не имеют.


1У моего тестя много серьезных достоинств, но отдельное спасибо за этот потешный трюк.


--