Хавьер Арбонес - Том 12. Числа-основа гармонии. Музыка и математика

• Название: Том 12. Числа-основа гармонии. Музыка и математика
• Автор: Хавьер Арбонес
• Издательство: «Де Агостини»
• Жанр: Математика
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-9774-0682-6

В мире существует несколько основных видов искусства, но музыка, безусловно, занимает в этом ряду главенствующую позицию. Неспроста многие великие мыслители отдавали пальму первенства именно музыке: она — удивительный симбиоз чистого вдохновения и строгого расчета, полета фантазии и рационального подхода. Музыка — живое доказательство единства творчества и математики. Из этой книги читатель почерпнет множество интересных фактов. Какие произведения нельзя сыграть, не разгадав их загадку? Почему существуют гармонические и диссонирующие аккорды? Благодаря чему мы в состоянии на слух отличить скрипку от трубы? Может ли певец разбить стекло силой своего голоса?

Как сформировалась современная музыкальная нотация и каким правилам она подчиняется? При ответе на эти и многие другие вопросы не обойтись без математики.

---

Булез разработал метод так называемого умножения блоков. Каждый из гармонических блоков А и В является аккордом — множеством звуков определенной высоты. При транспозициях блока А в качестве самой низкой ноты последовательно выбирается каждая нота блока В. Произведение А x В — это гармоническое соединение всех таких транспозиций.

Булез использовал этот прием в произведении Le marteau sans maítre («Молоток без мастера»), разделив серию на пять блоков a, b, c, d и е, которые затем перемножались по описанному выше методу:

Это интересный пример того, как математическая операция (в данном случае умножение) переносится в область, где, как может показаться, она не будет иметь смысла. Однако подобные методы оказались не слишком плодотворны. Сериализм сводит процесс создания композиции к простой абстрактной игре, и полученные композиции практически невозможно «расшифровать». Сам Булез упоминал об этой проблеме в своей книге «Структуры»:

«Я хотел полностью исключить из моего словаря все следы условностей применительно к ритму и фразам, равно как и к форме. Следовательно, я хотел элемент за элементом восстановить различные этапы создания музыки так, чтобы возник новый идеальный синтез, который не был бы изначально испорчен чужеродными реминисценциями, свойственными определенным стилям».

Стохастическая музыка

Французский композитор греческого происхождения Янис Ксенакис (1922–2001) критиковал сериализм, так как считал, что независимое формирование серий из разных параметров (высоты, длительности, динамики и других) ведет к тому, что они оказываются изолированными и не связанными между собой. Параллельная организация различных серий подобна концептуальной полифонии, когда идеальный слушатель может оценить каждую серию по отдельности точно так же, как он слышит отдельные голоса классической полифонической мелодии. Однако результат больше напоминал совокупность разрозненных элементов, собранных в общую массу звуков.

Ксенакис, который также был архитектором, стремился создать структурированную музыку, в которой была бы воссоздана согласованность между эстетическим и природным. Его музыка предстает перед слушателем в виде «звуковых облаков», которые со временем видоизменяются. Эти облака образованы из множества конкретных звуков, почти не связанных между собой, но подчиняются общим для композиции статистическим законам. После того как сформированы общие структурные очертания произведения, отдельные части распределяются на основе множества сложных математических методов и моделей, принадлежащих к теории вероятности, алгебре, теории групп и теории игр.

Партитура пьесы «Метастаз» Яниса Ксенакиса.

Игра в кости с Моцартом

Вольфганг Амадей Моцарт (1756–1791) и Йозеф Гайдн (1732–1809) — самые известные композиторы классического периода. Музыка того времени, доступная широкому кругу слушателей, подчинялась строгим законам, которыми в совершенстве владели и Моцарт, и Гайдн.

Расцвет классической музыки совпал по времени с промышленной революцией: появились машины, способные заменить ручной труд, начался процесс автоматизации производства. Это привело к изменениям в общественном и экономическом устройстве, идея крупномасштабного производства укоренилась в массовом сознании.

Иоганн Филипп Кирнбергер (1721–1783) был композитором и теоретиком музыки, учеником Баха и создателем различных видов темперации, носящих его имя. В 1757 году он опубликовал первую из серии игр, в которых систематизировались музыкальные композиции и которые позволяли любому создавать свои собственные произведения, для чего не требовались специальные знания. Моцарт и Гайдн придумали игру Musikalisches Würfelspiel — музыкальную «игру в кости». Далее мы расскажем об игре, создание которой приписывается Моцарту. Она содержит 176 пронумерованных готовых тактов, расположенных в двух таблицах. Каждая таблица имеет 16 столбцов. Нужно случайным образом выбрать число в каждом из столбцов обеих таблиц, бросив обычные игральные кости.

Игрок-композитор бросает кости, и выпадает число от 2 до 12. Это число указывает на номер ячейки таблицы в столбце 1. Например, выпали числа 3 и 5, в сумме они дают 8. Это означает, что нужно выбрать число в строке 8 первого столбца. Это число 152. Такт номер 152 станет первым в нашем «произведении». Повторив эти же действия для каждого из оставшихся столбцов, мы получим 32 такта. (При выборе чисел во второй таблице нужно бросать только один кубик.)

Число возможных композиций

Каково число различных композиций в этой игре? Первый такт можно выбрать 11 способами — по числу возможных очков (от 2 до 12), выпавших при броске двух игральных костей. Для каждого первого такта второй такт можно выбрать также 11 способами. Всего первые два такта можно выбрать 11·11 = 112 = 121 различным способом.

Для каждой пары первых двух тактов третий такт можно выбрать И способами. Таким образом, общее число возможных сочетаний первых трех тактов равно 112·11 = 113 = 1331.

* * *

УЛИПО

Комбинаторный метод, похожий на тот, что изложен выше, использовал в XX веке французский писатель Раймон Кено (1903–1976), который вместе с математиком Франсуа Ле Лионне в 1960 году основал УЛИПО (фр. OULIPO, сокращение от Ouvroir de littérature potentielle — цех потенциальной литературы). Его произведение Cent mille milliards de poémes («Сто тысяч миллиардов стихотворений») состоит из десяти сонетов, каждая из четырнадцати строк которых может сочетаться с любой другой строкой любого другого сонета. Так, существует 10 вариантов выбора первой строки, 10 — второй и так далее. Таким образом, общее число сонетов равно 1014  — название этого числа и вынесено в заглавие произведения.

* * *

С каждым новым тактом менуэта общее число возможных композиций увеличивается в 11 раз, с каждым тактом трио — в 6 раз. Общее число «произведений» В этой игре равно 116·616 = 129629238163050258624287932416 ~= 1,3·1029. Если бы кто-то решил исполнить их все подряд, одно за другим, без перерывов, тратя на исполнение каждого 30 секунд, то ему понадобилось бы свыше 123 000 триллионов лет.

Любопытно, что с точки зрения теории вероятностей игра плохо подходит для создания разнообразных композиций. При броске двух костей число возможных очков лежит в интервале от 2 до 12, но вероятность выпадения разных чисел отличается: 7 можно выбросить шестью способами, а 2 и 12 — всего одним, как можно увидеть из следующей таблицы:

Копирование великих

При изучении искусства композиции часто используется следующий метод: ученик должен написать произведение в стиле одного из великих композиторов: фугу в стиле Баха, сонату в стиле Бетховена или прелюдию в стиле Дебюсси.

Рассмотрим в качестве примера творчество Бетховена. При копировании его стиля ученик должен использовать различные приемы, чтобы созданная им композиция «звучала, как бетховенская». В чем же заключается стиль Бетховена? Можно перечислить несколько примеров: это и музыкальная форма, и исполнение мелодии при использовании более или менее широких мелодических интервалов, включение пауз и динамических контрастов.

Каждое музыкальное измерение определенного стиля можно проанализировать с помощью статистических методов. Например, если мы хотим изучить тематические мотивы сонат Бетховена, можно проанализировать ширину выбранного регистра, то есть интервал между самой низкой и самой высокой нотой. Статистика покажет, в каких из этих мотивов ширина регистра равна 1 полутону, 2, 3 и так далее. (Кстати, интересно узнать минимальную ширину интервала, использованную Бетховеном, то есть первый ненулевой член этой числовой последовательности.) Похожая статистика поможет проанализировать любой другой параметр.

Хотя с помощью методов статистики можно получить общее представление о композиции, в нем не будет учитываться контекст: при копировании стиля распределение нот, возможно, будет не столь важно (информация о том, сколько нот до содержится в произведении, будет абсолютно бесполезной, если мы запишем все эти ноты подряд в самом начале нашей композиции). Важно знать не то, сколько раз используется каждая нота по отдельности, а то, как связаны ноты между собой.

Решить эту задачу нам помогут цепи Маркова. Суть их использования заключается в следующем. С помощью методов статистики мы изучаем порядок следования различных «состояний» системы. Применительно к созданию мелодий цепи Маркова позволяют воспроизвести закономерности, которые указывают, как определенные последовательности нот влияют на звучащие в дальнейшем ноты.