В традиционной китайской музыке и американской фолк-музыке обычно используются только пять из этих двенадцати нот. То же наблюдается и в арабской музыке. Западная классическая музыка использует семь из двенадцати доступных нот (восьмая нота западной гаммы дает октаву). В 1921 году композитор Арнольд Шёнберг предложил систему, которая позволила бы «демократизировать» музыкальное произведение. В этой двенадцатитоновой музыке ни одна нота не считается более важной, чем любая другая. Это действительно кажется справедливым и демократическим подходом, но люди часто называют музыку, использующую эту систему, диссонирующей, сложной и резкой. Диссонансные звуки могут быть сильнодействующими – либо для создания жуткого эффекта, либо для вызова космических или темных сил, как в работах Мессиана (например, «Квартет на конец времени») или Лигети (его композиция «Атмосферы» используется в психоделической последовательности из фильма «2001 год: Космическая одиссея»). Но по большому счету демократические двенадцатитоновые произведения не были так уж популярны, равно как и импровизационный фри-джаз, впервые созданный Орнеттом Коулманом и Джоном Колтрейном в его поздний период. Это «освобождение» стало для многих композиторов догмой – просто новым, более причудливым видом тюрьмы.

Очень немногие культуры используют все двенадцать доступных нот. Большинство придерживаются привычных нам гармоний и гамм, но есть и некоторые заметные исключения. Яванская гамеланская музыка, производимая в основном оркестрами, состоящими из групп гонгоподобных инструментов, часто содержит гаммы из пяти нот, но эти пять нот более или менее равномерно распределены между октавными нотами. Интервалы между нотами отличаются от пятинотной китайской или фолковой музыкальной гаммы. Предположительно причина в том, что гонги производят странные, негармоничные резонансы и обертоны, и, для того чтобы вместе они услаждали, а не терзали слух, яванцы скорректировали свои гаммы с учетом неприятно взаимодействующих гармоник.

Гармоники – случайные ноты, которые большинство инструментов производят выше и ниже основного тона. Эти «призрачные» ноты тише основного тона, а их количество и разнообразие придает каждому инструменту свой характерный звук. Гармоники кларнета (колебания которого происходят от трости и столба воздуха) отличаются от гармоник скрипки (колебания которой происходят от вибрирующей струны). Герман фон Гельмгольц, немецкий физик XIX века, предположил, что мы выстраиваем ноты по общим интервалам в наших гаммах благодаря качествам, присущим гармоникам и обертонам. Он заметил, что когда звучащие одновременно ноты «не настроены», можно услышать биение, пульсацию. Это же биение вы услышите, играя одну и ту же ноту на нескольких инструментах: если они хоть немного отличаются, если они не совсем одинаковы, вы услышите пульсацию или биение, частота которого меняется в зависимости от того, насколько они похожи. Ненастроенный инструмент производит биения, когда октавы и гармоники не выстраиваются. Гельмгольц утверждал, что эти биения являются физическим явлением, а не только эстетическим, неприятным на слух. Естественные гармоники первичных нот создают свои собственные биения, и только путем размещения и выбора нот из интервалов, которые встречаются среди обычных и знакомых гамм, мы можем исправить и уменьшить этот уродливый эффект. Как и древние, Гельмгольц утверждал, что нам присуще тяготение к математическим пропорциям.

Если гамма состоит из квинт и кварт, которые математически резонируют (это называется «натуральный строй»), все будет звучать хорошо лишь до тех пор, пока вы не решите модулировать в другую тональность. Если, например, тональность (или новая гамма), к которой вы хотите перейти в своей мелодии, начинается с субдоминанты в вашей оригинальной тональности, что часто встречается в современных поп-мелодиях, вы обнаружите, что ноты в новой тональности больше не выстраиваются в приятном благозвучии, в небесном и математическом строю. Некоторые из них будут звучать хорошо, но другие – так себе, кисло.

Андреас Веркмейстер предложил решение этой проблемы в середине XVII века. Церковные органы нельзя перенастроить, поэтому на них сложно играть в разных тональностях. Он предложил темперировать – слегка подстроить квинты и тем самым все остальные ноты в гамме, чтобы можно было переходить в другие тональности, сохраняя приятное звучание. Это был компромисс – на смену идеальным математическим гармониям, основанным на физических вибрациях, пришла другая математика, математика контрапункта, и стали возможными смены тональностей. Веркмейстер, Иоганн Кеплер, Барбаро и другие в то время верили в идею божественной гармонической пропорции, описанной в книге Кеплера «Гармония мира», даже несмотря на то (хотя, может, я и ошибаюсь), что Кеплер в некотором роде отрицал или корректировал работу Бога.

Бах был последователем инноваций Веркмейстера и в своем творчестве постоянно употреблял модуляции по всей клавиатуре в разнообразные тональности. Его музыка – настоящая техническая демонстрация того, на что была способна новая система строя. Мы уже привыкли к этому темперированному строю, несмотря на его «космические» недостатки. Теперь, если мы услышим музыку, сыгранную в натуральном строе, нам покажется, что она сыграна на расстроенном инструменте, хотя причиной будет то, что музыканты непременно хотят менять тональности.

Пурвес с коллегами из Университета Дьюка обнаружили, что звуковой диапазон, который имеет значение и вызывает у нас максимальный эмоциональный отклик, идентичен диапазону звуков, которые производим мы сами. Наши уши и наш мозг эволюционировали, чтобы улавливать тонкие нюансы в этом диапазоне, и за его пределами мы слышим намного меньше, а часто вообще ничего. Мы не можем слышать то, что слышат летучие мыши, или тот субгармонический звук, который издают киты. Музыка за редким исключением также попадает в слышимый диапазон. Хотя некоторые обертоны, ответственные за характерное звучание голосов и инструментов, находятся за пределами диапазона нашего слуха, мы все равно воспринимаем производимый ими эффект. Та часть нашего мозга, которая анализирует звуки в тех же частотах, в которых мы сами их издаем, отличается размерами и сложностью – так же, как, к примеру, другая высокоразвитая часть нашего мозга, которая ответственна за визуальный анализ лиц.

Группа Пурвеса высказала предположение, что периодические звуки – звуки, которые повторяются регулярно, – обычно указывают на наличие живых существ и поэтому более интересны для нас. Звук, который повторяется снова и снова, может предупреждать нас об опасности, или он может привести к другу, источнику пищи или воды. Мы можем видеть, как эти параметры и области интереса сужаются к зоне звуков, которые мы называем музыкой. Так что вполне естественно, как предположил Пурвес, что человеческая речь влияет на эволюцию слуховой системы человека, а также на ту часть мозга, которая обрабатывает эти звуковые сигналы. Наша способность говорить, а также способность воспринимать нюансы речи развивались совместно. Далее он предполагает, что параллельно эволюционировали и наши музыкальные предпочтения. Изложив таким образом то, что могло бы показаться очевидным, группа приступила к изучению вопроса, действительно ли существует какое-либо биологическое обоснование музыкальных гамм.

Исследователи записали около 600 носителей английского и других языков (в частности, китайского, то есть мандаринского), каждый из которых проговаривал предложение длиной от десяти до двадцати секунд, а затем разбили их на 100 000 звуковых сегментов. Затем они с помощью компьютера исключили из этих записей все элементы речи, являющиеся уникальными для различных культур. Они в некотором роде отсеивали из речи язык и культуру, оставляя только звуки, которые являются общими для всех людей. Выяснилось, что при этом нерелевантными с фонетической точки зрения оказываются по большей части согласные, те звуки, которые мы издаем губами, языком и зубами. Таким образом, остались лишь гласные звуки, за которые ответственны наши голосовые связки – тональные вокальные звуки, распространенные среди человечества (к формированию согласных голосовые связки не имеют отношения).