Наука и Страдивари

Как известно, скрипки Страдивари считаются самыми престижными инструментами в мире, но вот вопрос - существует ли секрет, который делает звук этих инструментов столь прекрасным, а также способны ли современные инструменты соперничать с великими Итальянцами?

В самом ли деле утерян секрет, благодаря которому инструменты Страдивари превосходят лучшие из современных? Несмотря на то, что дебаты на эту тему не утихают уже более ста лет не только в среде исполнителей и скрипичных лютьеров, но и ученых, вопрос пока остается открытым. Все выдающиеся исполнители современности безоговорочно отдают пальму первенства не современным скрипкам, а инструментам Страдивари и Гварнери.

Скрипки великих Итальянских лютьеров поистине являются произведениями искусства, отчего и ценятся коллекционерами наравне с музыкантами, причем стоимость лучших из них может превышать миллион фунтов. А вот стоимость первоклассных современных инструментов, как правило, составляет не более 10 000 фунтов. Цена же фабричных инструментов для начинающих не превосходит и сотни. Но отражает ли уровень цен столь существенную разницу в качестве?

Скрипка является самым высокоразвитым и сложным инструментом семейства струнных. Она родилась в Северной Италии приблизительно в 1550 году, и с тех пор ее форма не претерпела изменений. Прославленные Кремонские династии скрипичных лютьеров: Амати, Страдивари и Гварнери на протяжении 150 лет (приблизительно с 1600 по 1750 гг.) передавали традиции непревзойденного мастерства от отца к сыну и от лютьера к ученику. Многие считают, что в начале XIX-го века их удивительное мастерство и волшебная тайна Страдивари были утеряны.

Любая скрипка, будь то Страдивари или самая дешевая фабричная копия, имеет собственный "голос". Так же, как любой музыкант может мгновенно отличить голос Доминго от голоса Паваротти, исполняющих одну и ту же оперную арию, так и опытный скрипач может найти индивидуальные отличия звучания скрипок Страдивари или Гварнери, и одна из главных задач ученых заключается в том, чтобы охарактеризовать эти отличия физическими параметрами. В течение последних 150 лет много известных физиков изучали работу скрипки. Особый вклад в это дело внесли Гельмгольц/Helmholtz, Савар/Savart и Раман/Raman.

Важно отметить, что звук великих Итальянских инструментов, который мы слышим сегодня, весьма сильно отличается от звучания, которым они обладали во времена Страдивари. Почти все Кремонские инструменты в XIX-м веке подверглись существенной реставрации и "усовершенствованиям". Достаточно послушать "аутентичные" барочные музыкальные коллективы, где большинство высококлассных исполнителей играет на прекрасных, приведенных к своему изначальному состоянию Итальянских инструментах, чтобы понять огромную разницу в качестве звука между восстановленными оригиналами и "современными" версиями Кремонских скрипок.

Виднейшим скрипичным реставратором XIX-го века считается французский лютьер Вильом, чью копию скрипки Гварнери можно видеть на Рис. 1a. Вильом тесно сотрудничал с Феликсом Саваром (знакомым физикам по закону Бийо-Савара/Biot-Savart, относящемуся к электромагнетизму) в вопросах возможности усиления звука старинных инструментов. Вильом, Савар и другие пытались разработать более мощные и ярко звучащие инструменты, которые бы выделялись, как на фоне больших оркестров, так и в концертных залах нового времени. Усовершенствования инструментов проводились и для того, чтобы соответствовать техническим требованиям таких выдающихся виртуозов, как Паганини.

К основам: детали скрипки

Чтобы понять какие факторы влияют на качество звука отдельного инструмента, сперва напомним, как работает скрипка (Рис. 1b). Ее звук возникает в момент трения смычка, движущегося по одной или нескольким струнам. Струны, натянутые колками с определенным усилием, настроены так, что их базовые частоты составляют около 200, 300, 440 и 660 Гц, что соответствует нотам G, D, А и E. Но сами по себе струны почти не издают звука - чтобы он возник, энергия от вибрирующей струны должна передаться корпусу инструмента - так называемому звуковому коробу. Основную часть звука производят деки скрипки, работая наподобие раструба динамика.

Струны поддерживаются подставкой, которая не только ограничивает длину вибрирующей части струны, но и исполняет роль механического преобразователя. Подставка преобразует поперечные колебания струн в разнообразные моды (типы) колебаний звукового короба, и, поскольку сама имеет резонансные моды, то играет ключевую роль в формировании звука инструмента.

Верхняя дека скрипки вырезается из мелкослойной ели, для нижней деки и обечаек обычно используется клен. На верхней деке вырезаны два изящных эфа, характер которых часто помогает идентифицировать автора ценного инструмента, поскольку ярлык внутри скрипки может быть подделан. Эфы играют несколько важных акустических ролей - разрывая плоскость верхней деки, они не только влияют на ее колебательные моды в зоне самых верхних частот, но и, что важнее, усиливают звук в зоне низких частот. Это происходит за счет "воздушного резонанса Гельмгольца", при возвратно-поступательном движении через них воздуха. От размера площади эфов и объема корпуса зависит высота основной резонансной частоты инструмента - единственного акустического резонанса, целиком подвластного контролю лютьера.

Еще в начале XVI-ого века было установлено, что силу звука струнных инструментов можно увеличить, если установить между деками возле ножки подставки опору - "душку". Сила колебаний струн, возбужденных смычком, приводит в колебание подставку, которая в свою очередь вызывает усиленные колебания дна верхней деки. Благодаря этому уровень звукового излучения скрипки увеличивается, и ее звук становится намного более сильным.

На скрипке также имеется "пружина", приклеенная под верхней декой, которая нужна для сохранения энергии, рассеиваемой акустически неэффективными модами высоких частот. С целью укрепить инструмент и увеличивать силу его звука в XIX-м веке размеры пружины и душки были увеличены.

Образование выступов: как колеблются струны

В XIX-м веке немецкий физик Херманн фон Гельмгольц обнаружил, что колебания скрипичной струны отличаются от синусоидальных стоячих волн, которые уже были известны физикам. И хотя Гельмгольц обнаружил, что параллельно движению смычка колебания струны имеют возвратно-поступательный характер, на струне имеют место и другие колебания - продольные. Они характеризуются наличием "выступов", которые, двигаясь по струне, отражаются на ее концах, перемещаясь с нормальной скоростью движения поперечной волны согласно формуле: c = (T/m)1/2, где T - натяжение, а m - погонная масса струны.

Итак, смычок возбуждает волну Гельмгольца, образуя выступ, делящий струну на два прямых отрезка (Рис. 2). В момент, когда выступ находится в зоне между смычком и прижатым пальцем, струна движется с той же скоростью и в том же направлении, что и смычок и достаточно небольшого усилия, чтобы объединить две эти силы. Эта фаза получила название "липкий режим" (Рис. 2a). В момент, когда выступ проходит через смычок до подставки и обратно, движение струны меняется на противоположное и она как бы проскальзывает под смычком, отчего эта фаза получила название "скользящий режим" (Рис. 2b).

Рис. 2 РАБОТА ВЫСТУПА.
Увеличенное изображение движения скрипичной струны под смычком, демонстрирующее работу процесса "слип-стик" ("скользит-липнет"), который формирует волну Гельмгольца с перемещающимся вдоль струны выступом.
(а) Форма струны в пяти равноудаленных во времени точках (с момента, когда выступ расположен на удаленной от подставки зоне смычка) при "липком режиме". Когда смычок цепляет струну, она движется вместе с ним в одном направлении и с той же скоростью.
(в) Форма струны в пяти равноудаленных по времени точках при "скользящем режиме", в момент, когда выступ проходит от смычка к подставке и обратно. Теперь струна и смычок движутся в противоположных направлениях.
(с) Отклонения струны в зоне контакта со смычком.
(d) Сила воздействия струны на подставку во времени T sin a, где Т - сила натяжения струны.

И хотя в скользящей фазе трение скольжения относительно невелико, тем не менее, энергия колебаний струны продолжает передаваться на инструмент через подставку. Каждый раз, когда выступ отражается от подставки и проходит под смычком, смычку приходится компенсировать потерю энергии. Из-за этого на струне возникает короткий импульс, и она вновь увлекается смычком в направлении его движения.

Данный процесс, получивший название "слип-стик" (скользит-липнет), основывается на том, что скользящее трение намного меньше липнущего (Рис. 2c). Волна Гельмгольца возбуждает на подставке поперечную силу T sin a, где a - угол преломления струны на подставке. Эта сила характеризуется линейным возрастанием во времени, но всякий раз после отражения выступа от подставки, она мгновенного меняет направление, формируя волну "пилообразной" формы (Рис. 2d). Физика процесса возбуждения смычком струны подробно изучалась Майклом Макайнтир/Michael McIntyre и Джимом Вудхаус/Jim Woodhouse из Кембриджского Университета, чьи изыскания внесли большой вклад в теорию и практику современной скрипичной акустики.

Следует заметить, что волна Гельмгольца является свободной формой колебаний струны. Чтобы возбуждать и поддерживать форму волны, не разрушая ее, исполнителю требуется точно дозированная сила. Нехватка навыка в этом деле - одна из основных причин того, что звук начинающего музыканта порой бывает столь неприятен. Как и наоборот - мощь, качество и утонченность звучания, которыми владеют великие скрипачи, во многом следствие их умелого владения смычком для правильного обращения с волной Гельмгольца. Можно сказать, что качество звука скрипки не в последнюю очередь зависит, как от уровня мастерства владения смычком, так и от физических свойств самого смычка, и одной из причин превосходного звучания великих Кремонских скрипок является тот факт, что они звучат в руках самых выдающихся исполнителей!

Хороший звук: скрипка выдает сигнал

Сила, которую производит пилообразная волна на вершине подставки, является по сути входящим сигналом, возбуждающим колебания, которые скрипка, излучает в пространство. Несмотря на то, что картина этого процесса обладает гораздо более сложной частотной характеристикой, она весьма сходна с процессом подачи сигнала на динамик.

Входящая волна пилообразной формы обладает большим числом гармоник, представляющих собой бесконечный ряд компонентов Фурье, а поскольку скрипка является линейной системой, то и на выходе мы получаем те же самые компоненты Фурье, или "обертоны". Сила звучания любого обертона в излучаемом звуке инструмента зависит от способности самого инструмента реагировать на определенные частоты. В значительной степени эта способность определяется механическими резонансами в подставке и корпусе инструмента. Эти резонансы схематично представлены на Рис. 3, где математически оформлены типичные реакции смоделированных процессов образования звука.

На низких частотах подставка работает просто как механический рычаг, и ее реакция не зависит от частоты. Однако между 2,5 и 3 кГц действие смычка возбуждает в подставке сильный резонанс, вызывающий максимальные колебания в зоне сужения ее талии. За счет этого эффекта происходит усиление всех обертонов в наиболее чувствительном для слуха диапазоне частот, что придает звуку большую яркость и силу. Другой резонанс, в районе 4,5 кГц, заставляет подставку совершать подпрыгивающие движения. Между этими двумя резонансами находится зона сильного спада передачи энергии на корпус, но, к счастью, этот спад снижает силу обертонов, относящихся к неприятной для слуха пронзительности.

Мы имеем возможность замерить силу звука на выходе инструмента, которая зависит от силы синусоидального движения подставки. Выходная громкость резко возрастает всякий раз, когда частота колебаний совпадает с одной из многочисленных колебательных мод инструмента. В этом скрипка весьма сходна с динамиком, обладающим весьма неравномерными частотными параметрами, которые усиливаются при попадании в резонанс. Приведенная смоделированная реакция очень похожа на те, что получены на многих реальных инструментах.

Известно, что даже незначительные изменения в форме куполов дек, их толщин и массы могут привести к резким изменениями резонансных частот скрипки, отчего и не бывает двух инструментов с одинаковым голосом. Мультирезонансный тип реакции инструмента образует бесконечные вариации в силе звучания индивидуальных обертонов любого из звуков скрипки. Должно быть, по этой причине в XIX-м веке подсознательно пришли к существенному изменению конструкции подставки.

Довольно часто в качестве специального эффекта скрипачи устанавливают на подставке дополнительную массу ("сурдину"), которая эффективно понижает интенсивность ее резонансов и ведет к получению намного более тихого, "теплого" звука. Удивительно, что несмотря на это, так мало музыкантов и даже скрипичных лютьеров признают за подставкой весьма влияющую на качество звука инструмента роль.

Одна из причин превосходного звучания самых лучших скрипок - это то внимание, которое высококлассные исполнители уделяют регулировке своих инструментов, которая сродни эффекту улучшения работы автомобильного двигателя, прошедшего доводку и регулировку. Многие специально подбирают под инструмент подставку и следят за тем, чтобы она была тщательно подогнана к своду. Несомненно, что если бы все музыканты более тщательно заботились о выборе и подгонке подставки, качество звучания многих современных скрипок могло быть намного лучше.

Для получения звука необходимо, чтобы происходила передача энергии от вибрирующей струны к инструменту, излучающему звук за счет колебаний структурированных мод. Однако эта пара не должна быть жесткой, иначе инструментом становится трудно управлять, т.е. скрипач будет затрачивать много сил для управления волной Гельмгольца. Когда резонанс струны совпадает с жестким и слегка заглушенным резонансом инструмента, может возникать очень неприятный эффект, при котором звук резко меняет свой характер, переходя от ровного тона к хрюкающему квазипериодическому "волчьему тону" не поддающемуся контролю. Частично исполнители решают эту проблему, либо подкладывая на верхнюю деку материю, уменьшая амплитуду колебаний мод, либо устанавливают на одной из струн за подставкой резонирующую массу, которая называется "регулятор волчка", за счет чего смещают волчок на другую, реже исполняемую ноту, но не устраняют саму проблему.

Гельмгольцово движение струн и проблемы волчьего тона подробно изучались в начале XX-го века индийским физиком Чандрасехарой Раманом/Chandrasekhara Raman. Эти исследования представляли собой ряд изящных теоретических работ с экспериментальными подтверждениями и были опубликованы вскоре после того, как он основал Индийскую Академию Наук. Это было еще до того, как ученый начал свои изыскания в оптике, за которые в 1930 году был удостоен Нобелевской Премии по физике.

Хорошие колебания: роль резонансов

Присутствие большого числа резонансов на почти случайных частотах означает, что у звука скрипки не может быть "типичной" формы волны или спектра. Выяснено, что звук различных нот одного инструмента отличается в не меньшей степени, чем одинаковые ноты разных инструментов. Поэтому можно сказать, что звучание скрипки определяется скорее общей конструкцией инструмента, чем частотами ее конкретных резонансов.

Рис. 4 Акустический резонанс
(а) 10-ти Итальянских скрипок, (в) 10-ти хороших современных, (с) 10-ти дешевых фабричных.
Скрипки возбуждали простым электромеханическим устройством, установленным на подставке. Все инструменты имели воздушный резонанс чуть ниже 300Гц и сильные структурные резонансы в районе 400-600Гц. В районе 700-800 Гц структурные резонансы имеют спад, а свыше 1000 Гц расстояние между модами становится меньше и их средняя реакция достигает континуума (континуум - однородная зона, в которой расстояния между пиками и спадами не велики - примечание сделано с согласия автора). Фабричные инструменты обладают более слабой реакцией на высоких частотах, особенно по сравнению с современными скрипками, в связи с чем их звук можно посчитать несколько крикливым. (Х.Дюнвальд/H Dünnwald 1991 Кэтгутское Акустическое Общество 1 57)

Не так давно скрипичным лютьером Генрихом Дюннвальдом/Heinrich Dünnwald из Германии был предпринят интересный опыт по обнаружению характерных отличий инструментов. Он измерил силу акустического выхода 10-ти итальянских скрипок, 10 прекрасных современных копий и 10 фабричных инструментов. Инструменты возбуждали электромагнитным устройством, закрепленным на одной из сторон подставки (Рис. 4). В диапазоне от 400 до 600 Гц характеристики фабричных скрипок оказались более похожи на Итальянские инструменты, чем у современных копий. Однако на частотах свыше 1000 Гц, фабричные инструменты имели довольно слабую реакцию, в отличие от более чувствительных современных скрипок, чей звук можно было счесть несколько крикливым.

На самом деле, только по замерам реакции чрезвычайно трудно отличить лучшие из инструментов Страдивари от любого из современных. Наш слух все же является более совершенным устройством распознавания, а мозг - гораздо более точный анализатор сложных звуков, чем любая из современных анализирующих систем.

Рис. 5 Усредненные во времени интерференционные голограммы демонстрируют двумерные изгибы стоячих волн верхней деки гитары. Интерференционные узоры, очерченные контурами равно-амплитудных колебаний, намного более симметричны, чем те, что имеют место на скрипке, где контуры пересекают края инструмента, другими словами, обечайки скрипки передают колебания от верхней деки к нижней. 

Несмотря на то, что с помощью измерений можно определить частоты важных акустических резонансов, они не сообщают нам ничего о структуре колебаний скрипки. Исследования структуры колебаний стали возможны благодаря интерференционной голографии. С ее помощью Бернард Ричардсон/Bernard Richardson, физик из Университета Кардиффа в Великобритании, провел целый ряд замеров на гитаре и скрипке. Несколько самых красивых примеров для гитары показаны на Рис. 5. К сожалению, не легко получить столь качественные интерферренционные узоры на скрипке, имеющей не только меньшую, но и более искривленную, а также менее отражающую поверхность.

Существует еще один современный метод - модальный анализ: скрипку слегка простукивают при помощи калиброванного молоточка в определенных точках, и при помощи очень чувствительного акселерометра измеряют переходную реакцию, после чего полученные результаты анализируются компьютером, который выдает резонансные частоты и демонстрирует структуру колебаний всего инструмента. Такая техника использовалась на занятиях по скрипичной акустике в известной Миттенвальдской скрипичной школе в Германии, а также Кеном Маршаллом/ Ken Marshall из США. Маршалл также обнаружил, что на резонансную реакцию скрипки некоторое незначительное влияние оказывает способ ее фиксации.

Рис. 6 Поэлементная реконструкция одной из акустически важных структурных мод колебаний корпуса скрипки. Данный кадр демонстрирует (в существенном увеличении) сильные асимметричные вертикальные смещения и изгибающие колебания инструмента в момент максимальных смещений. Заметьте, что резонансной моде отвечают все части инструмента, что говорит о том, что резонансы верхней и нижней дек нельзя рассматривать отдельно от остальных частей инструмента, что часто имело место в прошлом.

Подобная информация также может быть получена за счет поэлементного анализа: скрипку необходимо представить как набор из нескольких масс, связанных между собой пружинами, что позволит непосредственно оценить резонансные моды и взаимосвязь колебаний структуры в целом (Рис. 6). Вычисления также должны учитывать различные физические параметры материалов, из которых сделан инструмент. Если это станет возможным, мы сможем построить виртуальную скрипку и предсказывать все ее колебательные и акустические свойства, что могло бы стать первым шагом к проектированию инструмента с заданной реакцией, т.е. звуковыми качествами (конечно, если мы сможем определиться в том, чем измеряется само "качество").

Найти качество: как сделать хорошую скрипку

Как высококлассные скрипичные лютьеры оптимизируют звук инструмента при его построении? Все начинается с выбора наиболее высококачественной древесины для дек. Дерево простукивают молоточком и оценивают насколько хорош его "звон". Следующим важным моментом является умение вырезать из массива древесины сами деки. Работать следует тщательно и осторожно, чтобы получить нужную степень изгиба свода и необходимые толщины. Лютьер должен знать, как правильно скорректировать деки, чтобы получить прекрасно звучащий инструмент. Для этого, как правило, лютьеры не только подгоняют толщины, проверяя "чувствительность" дек на изгиб, но и оценивают звук при выстукивании различных зон дек костяшками пальцев. Этот традиционный заменитель общего анализа основан на вычислительной мощи мозга скрипичного лютьера.

Однако 50 лет назад сформировалась группа скрипичных лютьеров, которые попытались найти научный подход к созданию скрипки. Пионером в области скрипичной акустики в США была Карлин Хачинз/ Carleen Hutchins. В 1958 году она основала Струнное Общество Америки вместе с Уильямом Саундерсом/ William Saunders, известным по "сцеплению Рассела-Саундерса/Russell-Saunders" и Джоном Шеллингом/John Schelling, бывшим директором исследований радиоволн в Лабораториях Бэлла. Сейчас Карлин Хачинз почти 90 лет, но она все еще активно работает. Общество объединяет скрипичных лютьеров и ученых всего мира, пытающихся понять природу скрипичной акустики и оказывающих научную помощь лютьерам для улучшения качества их инструментов.

Та традиционная практика по сгибанию и выстукиванию дек, которая издавна использовалась скрипичными лютьерам, уступает свое место контролируемыми измерениями. На этапе вырезания дек их тестируют, устанавливая горизонтально над большим динамиком. Акустические резонансы, возбуждаемые динамиком, могут быть обнаружены по поведению рассыпанных по поверхности дек блесток. Когда динамик попадает в резонанс, блестки подбрасываются и стремятся к центрам узловых линий резонансных мод (Рис. 7). Далее необходимо утончить или "настроить" первые несколько резонансов свободной деки на определенные частоты с получением типичных узловых картин.

Рис. 7. Если свободно подвешенную над динамиком деку посыпать блестками, то подскакивая они устремятся к линиям узлов важных низкочастотных резонансов. Чтобы скомпенсировать естественные отклонения в свойствах древесины, многие научно подготовленные скрипичные лютьеры регулируют степень выгиба свода и толщины дек, стремясь получить резонансы на определенных частотах и определенные узловые картины инструмента.

В отношении лучших Итальянских инструментов, к сожалению, проводилось очень мало таких измерений, поскольку их владельцы, естественно, отказывались позволить их разбирать ради научных экспериментов. В отношении результатов тех немногих испытаний, которые были проведены, известно, что ранние Итальянские лютьеры, вероятно, настраивали резонансные моды дек (которые они могли выявлять через выстукивание) на точные музыкальные интервалы. Это вполне могло иметь место в связи с преобладающим во времена Ренессанса представлением о "совершенстве", измеряемом числовыми пропорциями.

Члены "научной" школы скрипичных лютьеров могли бы утверждать, что за этим кроется утерянная тайна Страдивари. Однако, видимо это действительно был секрет, поскольку мы не располагаем никакими историческими доказательствами. Несмотря на то, что на базе числовых пропорций было построено много первоклассных современных скрипок, пока нельзя утверждать, что они превосходят лучшие инструменты, изготовленные по традиционной технологии.

Необходимо признать, что ни традиционное мастерство, ни научные методы не могут управлять резонансной структурой инструмента в акустически важном диапазоне свыше 1 кГц. Даже самые крошечные изменения в толщине дек, так же, как и отклонения в свойствах древесины, значительно меняют резонансы в этом диапазоне частот. Кроме того, частоты и распределение резонансных мод скрипки зависят от точного положения душки, которое влияет на возбуждаемые моды. Хорошие исполнители регулярно носят свои инструменты скрипичным лютьерам, чтобы настроить их звук за счет смещения душки и подгонки подставки, что говорит о том, что ни у какого инструмента нет уникального набора колебательных характеристик, даже у инструментов Страдивари!

Серьезная проблема: влияние древесины

Есть еще один фактор, влияющий на качество звучания скрипки - внутреннее демпфирование (затухание) древесины. Оно существенно воздействует на мультирезонансную реакцию инструмента и общую картину высоких частот. Величина пиков и спадов резонансной реакции зависит от качества самих резонансов, что в значительной степени определяется внутренними потерями в древесине при вибрации, поскольку лишь малая часть энергии резонансов идет на акустическое излучение.

Определяемый частотными резонансами отклик скрипки имеет огромное влияние на ее звук при "вибрато". При этом техническом приеме палец, прижимающий струну, качают вперед-назад, периодически меняя высоту ноты. Поскольку реакция скрипки имеет явные пики и спады, любое изменение высотности звука также привносит циклические изменения в амплитуду колебаний, форму волны и спектральную насыщенность звука (Рис. 8).

Рис. 8. "Вибрато" - технический прием, при котором палец, прижимающий струну качается вперед-назад, периодически меняя высоту ноты.
(а) секундный интервал времени исполнения ноты с вибрато на скрипке Страдивари, показывает периодические изменения в амплитуде, вызванные этим эффектом.
(в) более короткие временные интервалы, наглядно иллюстрируют периодические изменения формы волны в максимумах и минимумах амплитудной огибающей.
(с) связанные периодические изменения в амплитудах компонентов Фурье. Желтая зона на рисунке (a) - это временной интервал, на котором были взяты данные компоненты.

В наше время прием вибрато стал широко распространенным, так как выделяет звук солирующей скрипки на фоне звучания большого оркестра, заставляя обратить на себя внимание слушателя. Во времена Страдивари прием вибрато не был столь популярен, и, поскольку скрипка считалась ансамблевым инструментом, вибрато использовали только как специальный театральный эффект. Вибрато придает звуку своеобразный "блеск" и необычность, что вызвано особой чувствительностью слуха к изменениям формы волны.

В недавней радиопередаче, английская скрипачка Тасмин Литл/Tasmin Little демонстрировала изумительный звук скрипки Страдивари, на которой играл Натан Милстейн/Nathan Milstein - один из лучших скрипачей современности. После исполнения нескольких нот, она так отозвалась об этом звуке: "очаровательный, чудесный, оглушительный, очень вибрирующий. Он как будто живой. Он невероятно звенит у меня под ухом. Это удивительно". Я не думаю, что субъективная оценка Литл, непосредственно связана с огромными изменениями в амплитуде, форме волны и спектральном содержании при использовании вибрато, которое придает звуку "живость и вибрацию". Чтобы достичь столь существенных изменений в частотной характеристике скрипки, индивидуальные резонансы инструмента должны иметь максимальную силу, что требует высококачественной древесины с низким внутренним демпфированием. К сожалению, древесина может поглощать воду, которая увеличивает демпфирование, что объясняет подмеченный скрипачами эффект, когда живая реакция инструмента, и способность управлять качеством его звука с использованием вибрато, меняется с изменением температуры и влажности.

Скрипичные лютьеры всегда признавали за качественной и выдержанной древесиной особую роль при создании инструмента. Однако, после изучения годичных слоев в образце древесины Страдивари, выяснилось, что Итальянские скрипичные лютьеры иногда использовали древесину с выдержкой всего в пять лет. Но сегодня возраст этой древесины составляет уже 300 лет, и характеристики ее внутреннего демпфирования, конечно, со временем уменьшились за счет исчезновения органической структуры. Очевидно, что то же самое относится ко всем старинным итальянским инструментам, а это означает, что возраст древесины автоматически вносит свою лепту в их качество. Это также объясняет, почему качество современных инструментов часто меняется на протяжении первых нескольких лет. Удивительно, но многие исполнители полагают, что звук инструмента со временем улучшается из-за того, что инструмент любят и хорошо на нем играют, что, конечно, не укладывается в рамки рационального научного подхода!

Все еще есть тайна?

Для объяснения тайны Страдивари выдвигалось множество теорий. Более ста лет назад наиболее популярной из них считалась идея некого "волшебного" лака.

Главная функция лака состоит в защите инструмента от грязи и пота от рук исполнителя, а также в придании инструменту большей эстетической ценности за счет прозрачного покрытия, подчеркивающего красивую структуру волокон древесины. Однако историческое исследование показало, что лак Страдивари ничем не отличался от лака, который использовали многие изготовители мебели того времени. Клэр Барлоу/Claire Barlow и его сотрудники в Университете Кембриджа использовали электронную микроскопию, чтобы непосредственно идентифицировать многие из основных компонентов лака и материалов, которые использовались для сглаживания поверхности перед лакировкой. Они выяснили, что, скорее всего, такой лак мог быть куплен в ближайшем к мастерской Страдивари магазине фармацевта - помимо того, что в лак попали крылья прилипших насекомых и щепки от пола цеха, не нашлось никакого убедительного доказательства идеи секретной формулы!

Ультрафиолетовая фотография реально доказала, что много прекрасно звучащих Итальянских скрипок, утративших почти весь свой первоначальный лак, были повторно отлакированы в XIX-м веке или даже позже, поэтому вряд ли можно считать состав лака потерянной тайной. При этом отметим, что большое количество лака, конечно, увеличивает демпфирование и ухудшает звук.

Другие исследователи, тем временем, утверждали, что тайна Страдивари состояла в применении вымоченной в воде древесины, из которой вымыты вредные химикалии, а после хорошо выдержанной. И хотя это созвучно с идеей применения древесины для изготовления инструментов из мачт и весел затонувших Венецианских военных судов, научные и исторические доказательства данной гипотезы все же не представляются убедительными.

За последние 150 лет физики добились значительного прогресса в понимании природы звука скрипки. В результате научных "усовершенствований" ведущих скрипичных реставраторов XIX-го века, появилась "модернизированная" скрипка Страдивари с "сильным" звуком. Однако Страдивари был бы поражен, если бы узнал, что современный музыкальный мир ассоциирует его с какой-то тайной. Ему надо было быть ясновидящим, предвидя, что переделанные в XIX-м веке инструменты будут столь прекрасно звучать сегодня, так как современное звучание очевидно не могло не быть чуждым музыкальным вкусам его времени!

Пока наука не смогла найти явных признаков или, говоря по другому, поддающихся измерению параметров, по которым можно отличить звук Кремонских инструментов от самых лучших современных. И, несмотря на то, что некоторые из ведущих солистов играют на современных инструментах, все же самые известные солисты и, что не удивительно, скрипичные дилеры, имеющие прямой интерес в поддержании Кремонской легенды, продолжают оставаться при своем мнении.

Возможно, существует какой-то аспект скрипичного звука, который мы пока не можем распознать. Многие скрипачи утверждают, что могут отличить инструмент с прекрасным "итальянским Кремонским звуком" от другого, скажем, более "французского" звука, как у моей скрипки Вильома, но описать эти отличия физическими величинами нам пока не под силу. Высококлассным скрипачам и психо-акустикам, ученым и скрипичным лютьерам, требуется провести еще много совместных исследований, чтобы решить эту сложную, но столь притягательную задачу.