Если коротко: колокол — не одна нота, а целый аккорд из обертонов, которые стоят не там, где у струны или трубы. Внизу гудит «гул», над ним прима, малая терция, квинта и номинал, а выше — пучок верхних призвуков. Ноту, которую вы называете, когда слышите удар, в спектре часто физически нет: её вычисляет слух по верхним обертонам. Поэтому звон и кажется одновременно чистым и «нестройным», а западный колокол — немного печальным: внутри каждой его ноты сидит малая терция.
Я Ozven, композитор. Колокол — один из самых коварных звуков, с которыми мне приходилось работать: попробуйте наложить колокольный сэмпл на мажорный аккорд, и он вдруг начнёт спорить с гармонией, хотя по тюнеру «попадает в ноту». Ниже — почему так происходит, что делают мастера, чтобы колокол звучал, и почему русский звон устроен совсем иначе.
Колокол — это аккорд, который никто не заказывал
Почти любой музыкальный инструмент звучит по одной схеме: есть основной тон с частотой f, а над ним обертоны 2f, 3f, 4f и дальше — ровная лесенка. Такой набор называют гармоническим, и слух с ним обращается легко: склеивает всю лесенку в одну ноту, а набор и пропорции ступеней воспринимает как тембр. Колокол эту схему ломает. Он не струна и не столб воздуха, а толстая изогнутая бронзовая оболочка, и колеблется она десятками разных способов: обод сжимается в овал, в «четырёхлистник», по высоте колокола пробегают узловые кольца. Каждый способ даёт свою частоту, и стоят они не на ступенях лесенки.
Звонари и литейщики давно дали пяти нижним частотам имена. Вот как они выглядят на настоящем колоколе — четвёртом колоколе церкви в английском Глоссопе (Gillett & Johnston, 1923 год), который разбирал исследователь акустики колоколов Билл Хибберт в докладе 2019 года для Центрального совета звонарей:
Парциал → Частота → Интервал от примы
Гул (hum) → 270 Гц → октава вниз
Прима (prime) → 540 Гц → «основа»
Терция (tierce) → 649,5 Гц → малая терция вверх
Квинта (quint) → 805 Гц → квинта вверх
Номинал (nominal) → 1078,5 Гц → октава вверх
Посмотрите на соотношения. 649,5 / 540 ≈ 1,2 — это малая терция, а 805 / 540 ≈ 1,5 — квинта. У скрипичной струны на этих местах ничего бы не было: её второй обертон стоит ровно на октаве, третий — на квинте через октаву. А тут прямо над основой плотно сидит минорное трезвучие: прима, малая терция, квинта. Над номиналом — ещё десятки частот: в одном колоколе, который Хибберт изучал для диссертации, их насчитали 135. Колокол буквально играет аккорд каждым ударом, и выключить его нельзя: эти частоты заданы формой.
Нота удара: тон, которого нет в спектре
Теперь главный фокус. Если спросить у человека с хорошим слухом, какую ноту дал колокол из Глоссопа, он назовёт примерно 539 Гц — ровно половину номинала. Это так называемая нота удара (strike note). Кажется, всё сходится: прима ведь тоже 540 Гц. Но Хибберт проделал простой опыт: цифровым фильтром вырезал приму из записи полностью. В звуке не осталось никакой энергии на этой частоте — а нота удара осталась на месте. Вы продолжаете её слышать.
Парадокс заметили ещё в XIX веке, как только научились раскладывать звон на частоты: лорд Рэлей в 1890 году проверил его на колоколе фирмы Mears & Stainbank и подтвердил, что слышимая нота не совпадает с тем, что колокол реально излучает. Объяснение пришло позже из психоакустики: это виртуальная высота. Номинал и два ближайших к нему верхних парциала обода стоят примерно в пропорции 2 : 3 : 4. Слух видит ровную лесенку и делает то же, что с любой гармонической нотой: «вычисляет» её основание — частоту, которой соответствуют ступени. А этого основания в звуке может и не быть.
Насколько это не абстракция, показала диссертация Хибберта в Открытом университете (2008): он проанализировал парциалы более 2000 колоколов и провёл слуховые эксперименты на добровольцах. Нота удара не просто «октава под номиналом» — её сдвигают верхние парциалы: у толстостенных колоколов они сжаты, и колокол кажется ниже и глуше, хотя номинал настроен точно. Сдвиг доходит до четверти полутона — достаточно, чтобы звонница звучала фальшиво при идеальных номиналах. А у очень тяжёлых колоколов, тяжелее примерно двух тонн, многие слушатели вообще слышат «вторую ноту удара» — примерно на кварту выше ожидаемой. Убрать её мастер не может: она рождается в ухе, а не в бронзе.
Тот же механизм заставляет вас слышать бас на крошечном динамике телефона — я разбирал его отдельно. Разница в том, что в телефоне мозг достраивает пропавший основной тон, а в колоколе — ноту, которой у инструмента в «правильном» смысле никогда и не было.
Почему у западного колокола «печальный» оттенок
Вернёмся к терции. В правильно настроенном западном колоколе она малая, и она громкая — часто одна из самых заметных частот в звоне. Поэтому даже одиночный удар окрашен минором, а в мажорной музыке колокол начинает конфликтовать с аккордами: вы играете до мажор с ми, а колокол на «до» приносит с собой ми-бемоль. Карильонисты знают это давно и аранжируют с оглядкой: тянуть мажорную терцию в аккорде поверх колоколов рискованно.
Попытка исправить это стала отдельной инженерной историей. Как пишет физик Томас Россинг в популярной версии своего доклада для Акустического общества Америки, стандарты настройки почти не менялись с XVII века, со времён нидерландских мастеров братьев Хемони, пока в Нидерландах команда учёных и литейщиков не рассчитала новый профиль: колокол, в котором доминирующую малую терцию заменила большая. Теперь карильон можно собрать хоть из колоколов с малой терцией, хоть с большой, хоть смешанный. Но профиль у «мажорного» колокола заметно другой, а привычный колокольный звук — это по-прежнему звук с малой терцией.
Почему малая терция вообще звучит грустно — тема шире колоколов, и там больше культуры, чем физики. Её я разбирал на примере лада:
Как колоколу ставят голос: литьё с запасом и станок
Форма колокола задаёт всё: высоту, расстановку парциалов, тембр. Но бронза при литье ведёт себя не идеально, поэтому западные мастера льют колокол с запасом металла и доводят на станке. Центральный совет звонарей Англии в главе об истории колокольного литья описывает это так: колокол отливают с чуть более толстыми стенками, переворачивают, зажимают и снимают металл с внутренней поверхности, пока он вращается на станке. Тон сознательно оставляют высоким: понизить его срезом металла легко, а повысить почти нельзя. Колокол, который повесили сразу после литья без доводки, называют «девственным» (maiden bell).
Хитрость в том, что срез в разных местах влияет на разные парциалы. Сняли металл у самой кромки — сдвинулась одна группа частот, в середине «талии» — другая. Мастер по очереди подгоняет гул, приму, терцию, квинту и номинал, проверяя камертонами или электронным тюнером. Пока станков не было, металл просто срубали изнутри или с кромки, и старые колокола полны «фальшивых» парциалов: гул завышен, прима занижена.
Современный стандарт — так называемая истинно-гармоническая настройка: гул, прима и номинал выведены ровно в октавы. Её продвигал английский священник Артур Симпсон в статьях середины 1890-х, а одной из первых её освоила литейная Taylor в Лафборо. На странице звуков литейной можно послушать звонницу в Брюде (Стаффордшир): её закончили 22 июня 1896 года, и это первый полный набор, отлитый после установки на заводе настроечного станка, — шаг к гармонической настройке, хотя, как честно пишут сами мастера, идеала там ещё не достигли.
Русский звон: колокол висит, звонит язык
Часто говорят, что русские колокола не настраивают и не раскачивают. В целом это так, но с уточнениями. Русский колокол висит неподвижно, а звук извлекается языком: к нему привязана верёвка, звонарь тянет её, и язык ударяет в стенку. Мелкие колокола звонарь бьёт через натянутые верёвки, часть крупных — через педали, а в самом большом язык раскачивают вручную. Для сравнения: в английской традиции колокол вместе с языком прокручивают почти на 360°, а во многих странах Западной Европы колокол раскачивают целиком, и он сам налетает на язык.
Масштаб хорошо видно по истории колоколов Данилова монастыря, которые почти 80 лет провисели в Гарварде и в 2008 году вернулись в Москву. Как писала гарвардская газета перед их отправкой, самый большой из них, «Мать-Земля», весит около 12 тонн при диаметре почти 2,7 метра, и звонят в него, раскачивая изнутри язык весом около 360 килограммов. Качать такой колокол целиком — значит строить совсем другую колокольню.
Теперь настройка. Поставщик русских колоколов Blagovest Bells в разборе акустики русского колокола формулирует это прямо: западные колокола после литья доводят до точного тона на станке, а русские отливают «на тон», но потом не обтачивают — по традиции это разрушило бы индивидуальный голос колокола. Стенки у них обычно толще, чем у западных. И главное — русские колокола там названы инструментами ритма, а не мелодии: звонарь не ведёт мелодию по гамме, а играет ритмические фигуры, ближе к ударным, чем к фортепиано. Поэтому немного «несведённые» парциалы здесь не брак, а краска: большой колокол гудит, мелкие рассыпаются поверх, и весь этот неровный спектр работает на густоту звона.
Одна оговорка, чтобы не было мифа: «не настраивают» не значит «берут что попало». Звонари подбирают колокола в звонницу на слух, по сочетанию голосов. Просто инструмент русского звонаря — не гамма, а набор тембров.
Почему большой колокол гудит так долго
Если ударить колокол и слушать до конца, звон меняется на глазах. Сначала яркая атака — номинал и верхние парциалы, именно они дают ноту удара. Через несколько секунд верх уходит, и остаётся низкое гудение. В английских пособиях для звонарей это описывают так: в момент удара слышна нота, а после неё тянется гул. Нижние парциалы затухают медленнее верхних, и звук колокола со временем буквально опускается вниз.
Причина в простой физике колебаний. Каждый цикл колебания колокол теряет небольшую долю энергии — на трение внутри металла, на крепление и на излучение звука. Бронза теряет её очень мало, поэтому колокол вообще звенит долго. А низкая частота делает меньше циклов в секунду, значит, при той же потере за цикл за секунду она теряет меньше. Гул на 270 Гц совершает вчетверо меньше колебаний в секунду, чем номинал на 1078 Гц, и живёт дольше. У большого колокола все частоты ещё ниже, масса — тонны, запас энергии от удара огромный. Отсюда та самая минута гудения над площадью после одного удара.
Есть и обратная сторона: у тяжёлых колоколов нота удара становится менее определённой. Номинал уходит низко, и, как показал Хибберт, слух начинает строить ноту по другим верхним парциалам, — отсюда и вторая нота удара, о которой я писал выше. Большой колокол воспринимается не столько как нота, сколько как гул с окраской.
Тем, кому интересно, почему вообще один и тот же тон у разных инструментов звучит по-разному и зачем слуху эта «подпись», советую соседний разбор:
Что это значит для того, кто пишет музыку
Из всего этого у меня в студии вывелись три правила. Первое: колокол настраивают не по приме, а по номиналу — тюнер на сэмпле колокола может врать: он ловит реальные частоты, а нота удара виртуальная, и её слышит человек, а не прибор. Второе: в мажорной гармонии малая терция колокола обязательно «заговорит», поэтому либо аккорд строят с её учётом, либо колокол ставят туда, где его минорная окраска работает на настроение. Третье: длинный гул — часть инструмента, а не хвост, который надо срезать. В миксе он держит низ гораздо дольше, чем кажется по атаке.
Коротко
• Колокол — не одна нота: над гулом стоят прима, малая терция, квинта, номинал и десятки верхних парциалов, и расставлены они не гармоническим рядом.
• Нота удара — виртуальная: слух вычисляет её по номиналу и верхним парциалам, и она остаётся, даже если приму вырезать из записи.
• Малая терция внутри каждого западного колокола даёт ему минорную окраску; колокол с большой терцией придумали, но привычный звон — с малой.
• Западные колокола доводят на станке, снимая металл изнутри; русские традиционно не обтачивают.
• В России колокол висит неподвижно и звучит от языка на верёвке; звон — ритм, а не мелодия.
• Большой колокол гудит долго, потому что низкие частоты теряют энергию медленнее, а бронза почти не гасит колебания.
Пока нет комментариев