Поводом стала техническая сноска, мимо которой в обычном разговоре проходят не оглядываясь. В отчёте о гитарных педалях попалась строчка: понижение на октаву превращает 82,4 герца в 41,2 — то есть ровно в открытую нижнюю струну четырёхструнного баса. Формулировка убедительна до того момента, когда задаёшь смежный вопрос: а кто эту ноту воспроизведёт?
Стол, за которым это читалось, стоял рядом с мониторами на пятидюймовых динамиках — это двенадцать с половиной сантиметров по диаметру. На 41 герце такой динамик немой физически, и никакой ручкой тембра это не лечится. Почти сразу выяснилось, что беда не в конкретной колонке: 41,2 Гц — нижняя струна бас-гитары и контрабаса, 27,5 — нижняя нота концертного рояля, 16,35 — низ 32-футовой органной трубы, а у октобаса основные тоны уходят ниже 20 герц, в зону, которую человек не слышит в принципе.
Так что вопрос я поставил не «какая нота самая низкая» — он пустой. Интереснее другое: где физика уступает место договорённости, сколько в мире мест, которые эту договорённость обслуживают за большие деньги, и кто выигрывает на разнице между обещанным и слышимым.
Самый радикальный ответ на вопрос «где кончается музыка» стоит в Атлантик-Сити, в зале Boardwalk Hall. Орган Midmer-Losh строили там с 1929 по 1932 год как машину, которой полагалось быть громче и ниже всего в мире, и в правой сценической камере у него живёт стоп под названием Diaphone-Dulzian. Его низкая труба — 59 футов длиной, то есть 18 метров, весом 1 520 килограммов, при этом верх и механическое основание — почти по метру в поперечнике. Вертикально такая труба в здание не влезает: примерно 40 футов она идёт прямо, а остаток скошен углом к решётке зала.
Звучит это как 8 герц, то есть на пять октав ниже middle C. Про сам тон сказано точнее, чем про любую другую ноту в музыке: он скорее чувствуется, чем слышится, а шум качающегося языка очевидцы описывали как вертолёт над зданием. Полнометражных 64-футовых стопов во всём мире два — второй это Contra-Trombone в сиднейской ратуше, 1890 года. Остальные органы с «32-футовым» регистром спускаются всего лишь к 16,35 Гц, но и это уже ниже общепринятой границы слуха в 20 герц.
Дальше начинается лучшее в этой истории. Органисты веками хотели получить низкую ноту, не строя трубу нужной длины, и придумали результантный бас: вместо одной трубы на 32 фута берут две, звучащие квинтой — вторая и третья гармоники желаемого тона, — и слушатель, как считалось, слышит разностный тон октавой ниже. У Чарльза Комптона доходило до девяти труб, звучащих разом, и сам факт, что профессиональный мастер изготовил такой регистр, показывает, насколько вера в фокус была всеобщей.
Органист Колин Пайкетт разобрал эту веру по частям. В воздухе разностные тоны не рождаются вовсе. На самых низких нотах педали слышны биения двух труб — но не тон, и акустической мощности на частоте этих биений нет. «Потерять иллюзию полезнее, чем найти истину», — вынес он эпиграфом цитату Людвига Бёрне.
Забавный хвост: у современных электронных органов с 32-футовым регистром тот же эффект возникает сам собой, потому что динамики при спуске отдают на основном тоне всё меньше мощности. Обманку, придуманную для труб, бытовая техника получила в комплекте бесплатно.
Если орган — это про деньги и здание, то следующий инструмент — про чистый перфекционизм. Октобас задумал Ж. А. Дюбуа в 1834 году, а построил около 1850-го парижский мастер Жан-Батист Вийом: три струны, размеры парижского экземпляра — 3,48 метра, и никакой музыкант до этих струн руками не дотянется. Поэтому у инструмента есть механика: рычаги и зажимы в нужных позициях работают как лады, и играть на нём приходится, стоя на подставке.
Гектор Берлиоз, переписывавшийся с Вийомом, отозвался об инструменте одобрительно и предложил внедрять его в «Трактате об инструментовке» — правда, одну из предложенных настроек счёл ошибочной. Результат известен: октобас так и не пошёл в серию, и единственное произведение, где он выписан, — «Торжественная месса святой Цецилии» Шарля Гуно 1855 года, причём всего в двух частях, «Benedictus» и «Agnus Dei». Сохранился ровно один оригинал Вийома, он в парижском Музее музыки.
Слышит ли кто-нибудь эти ноты? В самых низких настройках, которые для октобаса предлагали, основные тоны струн уходят ниже 20 герц, и всё, что до уха доходит, — обертоны; высота тона достраивается в голове. Настройка парижского инструмента при этом обсуждаема: на записях он местами звучит на полтона ниже, чем положено по жильным струнам и таблицам. В 2016 году октобас появился в Монреальском симфоническом — единственный оркестр мира с таким инструментом, — и там струны частично обмотали фетром, чтобы инструмент не забивал зал.
Между делом любопытно, как об этом пишут. Новостная заметка сообщила, что октобас «играет на четыре октавы ниже стандартного контрабаса». По струнам это две октавы. Ошибка безобидная, но характерная: в разговоре о низких частотах числа начинают жить своей жизнью.
С октобасом мы получаем первую версию главного парадокса: нота есть, звуковой волны на её частоте — нет. То же самое происходит каждый день в обычной комнате.
Николя Джордано из Университета Пердью разбирает рояль: нижняя нота стандартных 88 клавиш — ля субконтроктавы, 27,5 Гц, и у басовых нот основной тон с второй гармоникой «крайне слабые». Прямая цитата из его лекции: «Основной тон отсутствует». Причина не в струне, а в деке — она физически не может эффективно излучать такие волны. Заодно видно, почему рояль не растёт до нужного размера: чистое удвоение длины струны на каждую октаву вниз дало бы инструмент за четыре метра, и решают задачу витыми струнами — стальной сердечник в медной обмотке.
А теперь про 97 клавиш. У Bösendorfer 290 Imperial диапазон расширен от C0 до C8, и дополнительные клавиши внизу сделаны чёрными, чтобы пианист не путал их с обычными. Формально лишние ноты почти бесполезны, и это признают все, включая производителя. Продают другое: лишние басовые струны добавляют гармонический резонанс, и рояль звучит «богаче в целом».
Композиторы, впрочем, свой интерес к нижнему краю тоже зафиксировали — у Бузони в транскрипции фуги BWV 552 есть A♭0 и G0, а в «Острове радости» Дебюсси финальный срыв в низкое ля перестаёт быть самой низкой нотой инструмента и перестаёт работать как приём. Девяносто лет Imperial был единственным концертным роялем с 97 клавишами, пока в 1990-м к нему не присоединилась австралийская Stuart & Sons.
Механика этого парадокса — в слухе, а не в инструменте. Аудиальная система умеет восстанавливать высоту тона по набору обертонов, даже если основного среди них нет: эффект называют «пропавшим основным тоном». В 1954 году Джозеф Ликлайдер поставил аккуратный опыт — добавление шума, который замаскировал бы искажения в ухе, восприятия не убило, — и версия «это артефакт физиологии» отпала. Механизм до сих пор спорный: автокорреляционная модель неполна, потому что известны звуки с выраженным пиком автокорреляции, не дающие высоты, и наоборот. А исследование в Гейдельберге показало, что люди вообще делятся на тех, кто слышит достроенный основной тон, и тех, кто слышит обертоны, — и вторые чаще оказываются музыкантами.
У телефонной связи своя версия того же обмена. Полоса, в которой передаётся голос, — от 300 до 3 400 Гц, и она выбрана не по физике, а по расчёту: этого хватает для разборчивости речи и позволяет обойтись дискретизацией 8 кГц. Основная частота мужского голоса — 90–155 Гц, женского — 165–255. То есть часть, которую принято считать самим звуком голоса, в телефонную линию не попадает вообще. В официальном описании это сформулировано сухо: основная частота большинства речи лежит ниже нижней границы голосовой полосы.
За десятилетия никто не пожаловался, потому что в голове у слушателя работает тот же ремонтный цех, что достраивает ля субконтроктавы у рояля. Это работающая индустрия с патентами и бюджетами. Инженеры Samsung в 2006 году описали для вкладышей стандартную проблему: глубокий бас у них падает ниже минус 20 дБ, а поднимать энергию нельзя — «требуемые усиления чрезмерно велики, и сигнал искажается из-за перегрузки динамика». Решение — синтезировать гармоники отсутствующего основного тона, уложившись в 12 миллионов инструкций в секунду на DSP. Так «бас» в портативной колонке становится вычислением, а не колебанием воздуха.
Дальше вступает арифметика, и она жёсткая. Международный стандарт ISO 226:2003 задаёт порог слышимости по частотам: на 20 герцах он равен 78,5 дБ, а на килогерце — 2,4 дБ. Разрыв в 76 децибел означает, что одна и та же по цифрам громкость на низком краю диапазона не воспринимается вообще. Ниже примерно 100 Гц кривые равной громкости поднимаются так круто, что поправка доходит до 24 дБ на октаву, — именно поэтому старые приёмники делали кнопку «loudness», а не ручку баса.
Дальше физика удваивает ставку. Чтобы удержать одинаковое звуковое давление при спуске на октаву вниз, диффузору нужно увеличить ход вчетверо — это не свойство конкретных колонок, а следствие объёма вытесняемого воздуха. Есть второй выход — удвоить диаметр: площадь растёт вчетверо. Оба пути ведут в одну точку — к массе, объёму и деньгам.
Экономику этого предела в 1971 году описал Генри Клосс, разбирая «железный закон Хоффмана». Четыре физических параметра — площадь конуса, масса подвижной системы, сила мотора и объём ящика — задают всего три характеристики: КПД, резонанс и форму кривой. Всё. Изменение одного параметра обязательно портит остальные.
Вывод автора звучит как приговор целой отрасли: «улучшение», которое можно получить над уже правильно спроектированной системой, «must be nil, independent of his resources or intelligence». Отдельная цифра для понимания цены: типовые домашние колонки при чувствительности около 90 дБ/Вт/м имеют КПД 0,62%, то есть 99,38% подведённой мощности уходит в тепло. Профессиональные с упором на отдачу дают около 5%.
Что происходит дальше с деньгами, видно по крайним точкам. Каталожный сабвуфер воспроизводит от 20 Гц и стоит как мебель. Вращающийся сабвуфер TRW-17, изобретённый Брюсом Тигпеном, устроен как вентилятор: лопасти крутятся 600–800 оборотов в минуту, а сигнал модулирует их шаг. Заявленный диапазон — от 1 до 30 Гц, отдача выше 115 дБ, и обходится это в 12 900 долларов за сам агрегат, 350 за контроллер, 700 за усилитель с кроссовером и от 8 до 12 тысяч за проектирование и монтаж волноводов. В сумме — до 26 тысяч, и ничего другого на рынке к этим частотам не подбирается.
Ирония в том, что самый дешёвый способ получить настоящий низ — это комната. В салоне автомобиля ниже 70–90 Гц отдача растёт примерно на 12 дБ на октаву, потому что длина волны становится больше салона: стены не выпускают её наружу, и давление складывается. Мелкая машина даёт бо́льший подъём, чем большая. Тот же эффект в концертном зале оплачивают архитекторы, а не производители колонок.
А теперь лучшая иллюстрация к теме. В 1978–1979 годах фирма Telarc записала «1812 год» Чайковского с настоящими пушками, сведя их в цифру отдельно от оркестра — впервые для цифровой записи. На пластинке стоит предупреждение, которое я прочитал с удовольствием: снижайте уровень, пока не убедитесь, что ваша аппаратура выдержит.
Рецензент Stereophile добавил от себя, что удары вполне могут загнать вуфер в механический упор или перегрузить усилитель, а один из залпов содержит тон 38 Гц, который превышает максимальный уровень записи на компакт-диске. Итог: запись, где низкие частоты записаны громче, чем носитель способен их вместить, стала главным тестовым материалом для аудиофилов на годы. Низ здесь продаётся как испытание.
Ещё этаж ниже начинается территория, где звук заканчивается и остаётся вибрация.
В 1957 году французский исследователь Владимир Гавро вместе с командой мучился от приступов тошноты в бетонном здании. Искали патоген, потом утечку химии, а нашли «неустойчиво стоящий тихоходный двигатель», который давал 7 Гц, попадавшие в резонанс с вентиляцией. Аппаратуры для измерения таких частот не существовало — феномен просто не приходил никому в голову.
Инженер Вик Тэнди спустя сорок лет оказался в похожей истории с другой стороны: в лаборатории, где ходили разговоры о призраке, лезвие рапиры в тисках начало вибрировать, причём максимум приходился на середину комнаты. Стоячая волна, вычисленная Тэнди, — около 19 Гц, источник — новый вытяжной вентилятор; выключили вентилятор, и «призрак» исчез. Сам автор честно оговаривает, что замер был «быстрым и грязным», с точностью плюс-минус 10%, так что 18,98 Гц из пересказов — это уже фольклор.
Физиологию под это подвели отдельно: резонанс глазных яблок в справочниках лежит в диапазоне от 8 до 100 Гц, а технический отчёт NASA называет для глаза цифру 18 Гц. Если глаз резонирует, зрение «смазывается», и тёмное пятно на периферии выглядит как фигура у двери. Тот же эффект, к слову, приписывают низким составляющим тигриного рыка.
Публичный эксперимент поставили в 2003 году: психологи Ричард Уайзман и Киран О'Кифф вместе с композитором Сарой Энглисс установили в лондонском зале Purcell семиметровую «инфразвуковую пушку» и дали два контрбалансированных концерта в течение 90 минут одного вечера. Семьсот пятьдесят человек заполняли анкеты после музыки, часть которой была сдобрена 17 Гц на уровне 6–8 дБ. Пресса написала про рост «странных ощущений» на 22% в среднем и про цитаты вроде «озноб на запястье», «странное ощущение в животе», «внезапное воспоминание об утрате». Энглисс позже сформулировала результат иначе: «предварительный и неубедительный». Это редкий случай, когда автор прижизненной легенды сам придерживает её за рукав.
Дальше, как водится, начинается мифология. История про «коричневую ноту», которая от инфразвука заставляет человека опозориться, — вымысел; MythBusters в 2005 году выкатили двенадцать концертных сабвуферов Meyer Sound и не получили ничего, а специалист по звуковому оружию Юрген Альтманн заявляет, что надёжных данных о тошноте и рвоте от инфразвука нет вообще. Воздух — очень неэффективная среда для передачи такой вибрации в тело. Зато в дикой природе этот канал работает: слоны общаются на 15–35 Гц при громкости около 117 дБ, что даёт дальность порядка 10 километров, и вдобавок передают сигнал через грунт, который другие стада воспринимают ногами. У китов дистанция измеряется сотнями и тысячами километров.
Звание самой низкой ноты, извлечённой человеком, держит Тим Стормс: 0,189 Гц, зафиксировано в 2012 году, отдельный рекорд — вокальный диапазон около 10 октав. Физически это медленное изменение давления воздуха: один цикл длится больше пяти секунд. Что, пожалуй, и есть честный финал всей истории. Мы построили инструменты, которые спускаются на пять октав ниже человеческого слуха, поставили на поток ноты, которых в комнате нет, и научились продавать бас как вычисление. А нижняя точка, за которой начинается настоящий звук, всё это время была размером с комнату и досталась бесплатно — вместе с вентилятором.