Если коротко: скрежет ногтей по доске, пенопласт по стеклу и вилка по тарелке невыносимы не потому, что они «слишком высокие». Самая неприятная часть такого звука лежит в полосе примерно 2–4 кГц — там, где слуховой проход работает как резонатор и ухо и так чувствительнее всего. Сверху добавляется рваная, дрожащая форма звука, которую мозг относит к тревожным сигналам, и миндалина буквально подкручивает слуховую кору. А вот популярная версия про «древний страх крика обезьян» так и осталась догадкой, а не доказанным фактом.
Меня зовут Ozven, я композитор и привык думать звуком: прежде чем понять, что я слышу, я пытаюсь понять, где в спектре это сидит. Скрежет — честно говоря, один из самых интересных звуков, с которыми мне приходилось иметь дело. Потому что мы его ненавидим, а в музыке без него не обходится ни один хороший фильм ужасов.
Откуда в скрипе вообще берётся звук
Начнём с физики, потому что тут сразу сюрприз. Ноготь, мел, мокрый палец по бокалу, пенопласт по стеклу, вилка по фарфору — всё это примеры одного механизма, который физики называют прилипанием-проскальзыванием (stick-slip). Предмет на мгновение «цепляется» за поверхность силой трения покоя, напряжение растёт, потом он срывается и проскальзывает, снова цепляется — и так сотни или тысячи раз в секунду. Каждый срыв — маленький щелчок, а их ровная череда складывается в тон.
Самое смешное для музыканта: ровно так работает смычок скрипки. Канифоль нужна именно для того, чтобы волос надёжно прилипал к струне, а струна регулярно срывалась. Разница между «Чаконой» Баха и пенопластом по окну — не в механизме, а в том, насколько этот механизм приручён: у струны есть чёткая основная частота и аккуратный ряд обертонов, а у пенопласта и ногтя цикл «прилип — сорвался» плавает, частота скачет, и звук получается неровным, со множеством сильных составляющих в середине-верху спектра.
Сам по себе этот механизм ещё не объясняет, почему одни скрипы терпимы, а от других сводит зубы. Для этого нужно посмотреть на два слоя: на ухо как физический прибор и на мозг, который выносит звуку оценку.
Эксперимент 1986 года: виноват не писк
Первыми этот вопрос всерьёз поставили психологи Линн Хэлперн, Рэндольф Блейк и Джеймс Хилленбранд. В работе «Psychoacoustics of a chilling sound» в журнале Perception & Psychophysics они записали скрежет острого предмета по сланцевой доске (не ногтей, кстати: царапали трёхзубой садовой мотыжкой), а потом синтезировали варианты с вырезанными частями спектра и измененной огибающей громкости. Слушатели оценивали, насколько каждый вариант неприятен.
Результат авторы сами назвали контринтуитивным: если убрать высокие частоты, звук остаётся таким же мерзким, а если убрать низкие частоты этого звука — становится заметно терпимее. Игры с громкостью и формой огибающей на оценки почти не влияли. Важная оговорка: «низкие» здесь — относительно спектра самого скрежета, то есть не бас, а средняя часть слышимого диапазона. Высокий «визг», который мы считаем главным злодеем, оказался почти ни при чём.
За эту работу авторы в 2006 году получили Шнобелевскую премию по акустике — ту самую, которую дают за исследования, сначала вызывающие смех, а потом заставляющие задуматься. Смеяться, впрочем, тут было над чем только наполовину: работа задала вопрос, на который потом отвечали ещё четверть века.
Ухо как труба: почему именно 2–4 кГц
В 2011 году музыковеды Кристоф Ройтер и Михаэль Элер повторили эксперимент Хэлперн с современной обработкой звука и добавили физиологию — пульс и кожно-гальваническую реакцию. По их докладу на 162-м конгрессе Акустического общества Америки больше всего на неприятность влияет полоса от 2000 до 4000 Гц: если её приглушить фильтром, скрежет переносится легче. И именно эта полоса, пишут авторы, совпадает с тем, что ухо усиливает за счёт собственной формы.
Здесь можно посчитать на салфетке. Наружный слуховой проход — это трубка длиной около 2,5 см, открытая с одного конца и закрытая барабанной перепонкой с другого. Такая трубка резонирует на четверти длины волны: частота ≈ скорость звука / (4 × длина) ≈ 343 / 0,1 ≈ 3,4 кГц. С учётом того, что проход у всех разный и немного изогнутый, резонанс ложится примерно на 2,5–4 кГц. То есть ухо ещё до всякой нейробиологии подкачивает громкость именно в той области, где у скрежета больше всего энергии.
Это же видно на кривых равной громкости — международном стандарте ISO 226, по которому настраивают шумомеры и аудиометры. Кривые показывают, насколько громким должен быть тон разной частоты, чтобы казаться одинаково громким. Самая «глубокая яма», то есть максимальная чувствительность, приходится на район 3–4 кГц. Звук той же физической мощности в этой области кажется человеку громче, чем на 500 Гц или на 10 кГц.
Отдельно интересная деталь из той же работы Ройтера и Элера: стоило людям узнать, что это ногти по доске, звуки становились неприятнее, и физиологическая реакция усиливалась. А если сказать, что это фрагмент современной музыки, — терпимее. Ожидание меняет ощущение, и об этом стоит помнить каждому, кто пишет «трудную» музыку.
Мозг выносит приговор: миндалина и слуховая кора
Физика объясняет, почему скрежет громкий для нас. Но громкий не значит отвратительный: шум воды тоже бывает громким. Почему одно мы терпим, а от другого передёргивает?
В 2008 году группа Тима Гриффитса в Ньюкасле построила модель, которая предсказывает неприятность звука по его «слуховому отпечатку». Оказалось (Kumar и др., Journal of the Acoustical Society of America, 2008), что область неприятного лежит в диапазоне 2500–5500 Гц, причём вместе с определённой модуляцией — когда громкость звука колеблется с частотой примерно от 1 до 16 раз в секунду. Звук, который дрожит, срывается и «скачет», в этой полосе особенно противен.
В 2012 году та же группа заглянула в мозг с помощью фМРТ. В статье в The Journal of Neuroscience Сукхбиндер Кумар с коллегами показали: миндалина, отвечающая за оценку угрозы, кодирует и акустические свойства звука, и то, насколько он неприятен. Сигнал идёт от слуховой коры к миндалине, а потом миндалина «отвечает» обратно, меняя работу слуховой коры. Проще говоря, эмоциональный центр не просто реагирует на звук — он заставляет слух обратить на него больше внимания.
В том же исследовании 13 добровольцев оценили 74 звука. По пресс-релизу Ньюкаслского университета, первую тройку худших заняли нож по бутылке, вилка по стеклу и мел по доске; ногти по доске оказались пятыми. А в той же десятке — женский крик, визг велосипедных тормозов и плач младенца. А на противоположном полюсе оказалось журчание воды. Сам Кумар в релизе осторожен: ухо действительно чувствительнее всего в этой полосе, но почему так устроено — «всё ещё предмет споров», хотя в эту же полосу попадают и крики, которые мы воспринимаем как неприятные по природе.
Миф: «это древний страх обезьяньего крика»
Почти в любом пересказе этой темы вы прочитаете, что отвращение к скрежету — эволюционное наследие: звук похож на тревожный крик обезьян или рык хищника, и наши предки, вздрагивая от него, выживали. Иногда это подают как доказанный факт. Это не так.
Откуда взялась версия: Хэлперн и коллеги в той же статье 1986 года заметили сходство скрежета с предупредительными криками макак, и предположили, что реакция может быть «остатком» такого сигнала. Но их эксперимент проверял совсем другое — какие частоты делают звук неприятным. Эволюционную гипотезу он не проверял ни одним тестом: это было предположение в обсуждении, не результат.
Последующие работы двинулись в другую сторону. Ройтер и Элер в 2011 году объясняют эффект более приземлённо — резонансом собственного уха. Кумар и Гриффитс показывают, как именно мозг вычисляет неприятность из спектра и модуляции, и не опираются на обезьян. Связь «скрежет = сигнал опасности» вполне правдоподобна (крики и сирены действительно живут рядом), но правдоподобно и не означает доказано. Честная формулировка звучит так: мы знаем, какие свойства звука делают его мерзким и какие зоны мозга при этом работают, а вот почему эволюция сделала нас такими — пока открытый вопрос.
Шероховатость: тот же скрежет, только в аккорде
Теперь самое интересное для меня — связь с музыкой. Кроме спектра у звука есть ещё одно измерение: насколько быстро «дрожит» его громкость. Если громкость колеблется 4–5 раз в секунду, мы слышим ритм речи. Если ускорить колебания до нескольких десятков в секунду, ухо перестаёт различать отдельные «вау-вау» и слышит хрип, жужжание, рашпиль. Это ощущение акустики называют шероховатостью (roughness).
В 2015 году Люк Арналь и коллеги в статье в Current Biology показали, что человеческие крики выделяются среди других звуков именно шероховатостью: их громкость модулируется в диапазоне примерно 30–150 Гц, тогда как обычная речь — лишь около 4–5 Гц. В ту же нишу попали и искусственные сигналы тревоги — будильники, автомобильные и домашние сирены. Чем шероховатее был звук, тем страшнее он казался слушателям, а крики заметно сильнее активировали миндалину. Инженеры, проектируя сигнализации, фактически нащупали «формулу крика», не зная её.
А теперь главный «ага»-момент для музыканта. Возьмите две ноты, которые стоят очень близко, например до и до-диез на одном инструменте. Их волны то складываются, то гасят друг друга — возникают биения. Пока биений несколько в секунду, это приятное «плавание» звука, как у баяна или хора. Когда они ускоряются до десятков в секунду — появляется та самая шероховатость. Ещё в 1965 году Рейнир Пломп и Виллем Левелт показали в Journal of the Acoustical Society of America, что наибольший диссонанс два тона дают, когда расстояние между ними — около четверти так называемой критической полосы слуха. Диссонанс, грубо говоря, — это скрежет, встроенный в гармонию.
Поэтому малая секунда в низком регистре звучит как угроза, а в высоком — как напряжённый блеск: зависит от того, куда попадают биения и обертоны. Это одна из причин, почему настроение музыки управляется не только «грустным минором», но и тем, насколько шершавый звук мы сажаем в аккорд.
Как композиторы используют «невыносимые» частоты
Раз мы знаем, где сидит неприятность, её можно дозировать. Струнникам для этого давно есть приём sul ponticello — игра смычком у самой подставки. Там струна возбуждается так, что основной тон слабеет, а верхние обертоны выходят вперёд: звук становится стеклянным, свистящим, тревожным. Его используют, когда нужна нервная, «нечеловеческая» краска.
Кшиштоф Пендерецкий в «Плаче по жертвам Хиросимы» (1960) для 52 струнных пошёл дальше: музыканты играют по ту сторону подставки, водят смычком по струнодержателю, стучат по корпусу, строят кластеры из нот через четверть тона. По сути, это композиция из шероховатости и скрежета. Не случайно эту музыку и другие его вещи так охотно берут в кино: «Плач» звучит в «Детях человеческих» и в восьмой серии «Твин Пикс: Возвращение», а музыка Пендерецкого — в «Сиянии» и «Изгоняющем дьявола».
Это не только интуиция режиссёров. Биолог Дэниел Блюмштейн с соавторами в работе в Biology Letters разобрали саундтреки фильмов из списков лучших и нашли, что в фильмах ужасов чаще, чем ожидалось, встречаются «нелинейные» звуки — шумные крики и резкие нестабильности частоты, похожие на крики животных в беде. В драмах шум, наоборот, приглушают, но чаще используют внезапные скачки частоты. Кинематографисты, получается, говорят с нашей миндалиной на её языке.
Мой собственный рабочий приём из этого всего простой. Если сцена должна давить — я не делаю её громче, я добавляю энергии в район 2–4 кГц и немного «дрожи» громкости: скрипучий пэд, пилящий сэмпл, кластер у подставки. Если нужно, чтобы тот же звук стал выразительным, а не мерзким, я, наоборот, срезаю пару децибел в этой полосе. Разница огромная, хотя на слух кажется, что поменялось «чуть-чуть». И да, в длинной реверберации эти частоты быстро превращаются в мутную пелену — поэтому скрежет в зале звучит иначе, чем в сухой студии.
Что с этим делать в жизни
Механизм подсказывает и практические вещи. Мурашки от скрежета — нормальная реакция здорового слуха, а не «нервы». Если хочется её ослабить, помогают обычные беруши: они хорошо глушат середину и верх. А вот активное шумоподавление в наушниках сильнее всего справляется с низким гулом, а не с резкой серединой, так что от скрежета оно спасает хуже, чем от шума самолёта. Отдельный случай — когда отвращение к определённым звукам (жевание, дыхание, щелчки) мешает жить; это уже не про скрежет, а про состояния вроде мизофонии и гиперакузии, их обсуждают со специалистом по слуху. Группа Гриффитса прямо говорит, что их работа может помочь понять такие расстройства, мигрень и тиннитус.
А для звукорежиссёров, подкастеров и музыкантов главный вывод простой: самое раздражающее в записи — не высокое «ц-с», а пронзительная середина. Именно там слушатель устаёт быстрее всего, и именно там стоит в первую очередь искать, почему трек «режет уши».
Коротко
- Скрип, скрежет и смычок скрипки — один механизм: прилипание и срыв на трении.
- Самая неприятная часть скрежета — середина, примерно 2–4 кГц, а не высокий писк: срез высоких частот не помогает (Хэлперн и др., 1986), срез этой полосы — помогает (Ройтер и Элер, 2011).
- В этой полосе слуховой проход резонирует, и ухо по стандарту ISO 226 чувствительнее всего.
- Миндалина и слуховая кора обмениваются сигналами: эмоциональный центр усиливает внимание к неприятному звуку (Кумар и др., 2012).
- Крики и сирены объединяет шероховатость — дрожь громкости 30–150 раз в секунду; диссонанс в музыке — родственник того же явления.
- «Страх обезьяньего крика» — гипотеза из обсуждения 1986 года, а не доказанный факт.
Пока нет комментариев