Золотое сечение (в музыке)

Helgus ~ µастер ~ Kласс: Это незавершённая статья по ивентологии и её применениям

В начале XX века на одном из заседаний Московского научно-музыкального кружка, членами которого вместе с композиторами и пианистами Танеевым, Рахманиновым, Глиэром, Гольденвейзером были и крупные московские ученые, русский советский музыковед Э. К. Розенов (1861-1935) выступил с докладом "Закон золотого сечения в поэзии и музыке". Эту работу можно считать одним из первых математических исследований музыкальных произведений.

Определения и обозначения

Очевидно, что при делении целого на две неравные части возможно бесконечное множество отношений между целым и одной из его частей, а также между самими частями целого. Но только в единственном случае эти отношения могут быть равными. Этот случай и представляет собой золотое сечение - высшее проявление структурного и функционального совершенства целого и его частей, когда целое относится к большей части, как большая часть к меньшей.

Пусть а - целое, х - большая часть а, а-х - меньшая часть а, имеем

${\frac {a}{x}}={\frac {x}{a-x}}\Rightarrow x^{2}+ax-a^{2}=0\Rightarrow x_{1,2}={\frac {-1\pm {\sqrt {5}}}{2}}.$

Поскольку х часть целого, т. е. величина положительная, а второй корень отрицателен, то приходим к единственному значению корня:

$x=a\varphi ,\qquad \varphi ={\frac {{\sqrt {5}}-1}{2}}\approx 0,618,$

где величина $\varphi$ является коэффициентом золотого сечения. Тогда

${\frac {a}{x}}={\frac {x}{a-x}}={\frac {1}{\varphi }}={\frac {{\sqrt {5}}+1}{2}}=\Phi \approx 1,618,$

причем $\Phi =1/\varphi .$

Для меньшей части имеем

$a-x=x\varphi =a\varphi \varphi =a\varphi ^{2},$ причем $a\varphi ^{2}+a\varphi =a.$

Разделив теперь величину $\varphi$ в золотой пропорции, получим

${\frac {a\varphi }{y}}={\frac {y}{a\varphi -y}}={\frac {1}{\varphi }}\Rightarrow y^{2}+a\varphi y-a^{2}\varphi ^{2}=0\Rightarrow y=a\varphi ^{2},a\varphi -y=y\varphi =a\varphi ^{3},$

причем

$a\varphi ^{3}+a\varphi ^{2}=a\varphi .$

Легко видеть, что большая часть второй золотой пропорции $y=a\varphi ^{2}$ совпадает с меньшей частью первой $a-x=a\varphi ^{2}.$
Итак, при последовательном делении целого а в золотой пропорции имеет место геометрическая прогрессия (ряд золотого сечения) со знаменателем $\varphi$, каждый член которой равен сумме двух последующих членов прогрессии:

$a,a\varphi ,a\varphi ^{2},a\varphi ^{3},...\quad \ a=a\varphi +a\varphi ^{2},a\varphi =a\varphi ^{2}+a\varphi ^{3},...\quad \ a\varphi ^{n}=a\varphi ^{n+1}+a\varphi ^{n+2}$

Рис. 1: Последовательное деление единичного отрезка в золотом сечении.

Золотое сечение в музыкальных произведениях

Розенов проанализировал популярнейшие и наиболее излюбленные произведения гениальных авторов Баха, Моцарта, Бетховена, Шопена, Вагнера, Глинки, а также произведения народного творчества наиболее древнего происхождения, живучесть которых является достаточным доказательством их эстетической ценности и широкой популярности.

Но помимо установления самого факта наличия закона золотого сечения в музыкальных произведениях и его огромного эстетического значения в музыке математический анализ музыки (даже такой элементарный) позволяет сделать некоторые выводы о характерных особенностях творчества самих композиторов. Так, сравнивая проявление закона золотого сечения у Баха и Бетховена, Розенов пишет: "Мы находим у Баха сравнительно более детальную и органическую сплоченность. Закон золотого деления проявляется у него с поразительной точностью в соотношениях крупных и мелких частей как в строгих, так и в свободных формах, что, несомненно, соответствует с характером, этого гениального мастера-труженика, сильным, здоровым и уравновешенным, с его глубоко сосредоточенным отношением к работе и детально отделанной манерою письма. У Бетховена проявление закона золотого сечения глубоко логично по отношению к размерам частей формы, но главным образом указывает на силу темперамента этого автора по точности совпадения всех моментов высшего напряжения чувств и разрешения подготовленного ожидания с моментами золотых сечений. У Шопена внутренняя формальная связь сравнительно слабее и проявляется не сплошь, а лишь местами. По силе темперамента он сходен с Бетховеном, но проявление это более внешне и касается чаще изящной нарядности изложения мысли, нежели его внутренней логики. У Моцарта темперамент проявляется сравнительно слабее, закон золотого сечения направлен у него особенно часто к подчеркиванию драматических элементов (психологических контактов, противопоставлений характеров) и трагических положений. У Глинки мы находим применение данного закона только лишь в широких масштабах при полном почти отсутствии мелочных соответствий, встречающихся так часто у Баха и Шопена".

Анализ Хроматической фантазии и фуги И. С. Баха

Хроматическая фантазия и фуга И. С. Баха объединены общей тональностью ре минор и контрастны по жанру и образу. Хроматическая фантазия с фугой ре минор - одно из величайших творений Баха, образец совершенства формы и содержания, "могущественнейшее клавесинное произведение".

Фантазия

Хроматическая фантазия написана в размере 4/4, имеет 79 тактов, т. е. 79• 4 = 316 четвертных долей.

Итак, "целое" а=316. Фантазия состоит из двух ясно различимых по характеру частей, отделенных друг от друга паузой. Первая часть, прелюдия, заканчивается на арпеджированном доминантовом трезвучии с разрешением на 2-й четверти 49-го такта, на которой стоит знак ферматы (удлинение звука), и затем идет пауза. Таким образом, первая часть фактически заканчивается на 3-й четверти 49-го такта, т. е. на 195-й (48 • 4 + 3) четверти $a_{1}=195.$ На вторую часть приходится 121 четверть $(a_{2}=a-a_{1}=316-195=121).$
Вычисляя "теоретическую" длину первой части с помощью коэффициента золотого сечения, мы с поражающей точностью находим

$a_{1}=a\varphi =0,316\cdot 0,618=195,3.$

Итак, Хроматическая фантазия разделена на первую и вторую части в золотой пропорции:

${\frac {316}{195}}={\frac {195}{121}},\quad 195+121=316.$

Но на этом чудеса гениального творения Баха только начинаются. Построив ряд золотого сечения при а=316, имеем

$316\qquad 195,3\qquad 120,7\qquad 74,6\qquad 46,1\qquad 28,5\qquad 17,6.$

Каково же должно быть наше удивление, когда мы обнаружим, что на 124-й четверти находится кульминация первой части и стоит знак ферматы •, а на 77-й четверти от начала второй части имеет место кульминация второй части. Таким образом, кульминация обоих частей с небольшой погрешностью, легко объяснимой растяжимостью темпов, делит эти части по закону золотого сечения. Далее, каждый из полученных четырех разделов Хроматической фантазии имеет характерные особенности, которые также с потрясающей точностью приходятся на точки золотого сечения этих разделов. Также Розенов нашел и более мелкие деления Хроматической фантазии в золотой пропорции.

Рис. 2: Главные золотые сечения Хроматической фантазии И. С. Баха. Цифры обозначают число четвертей теоретического ряда золотого сечения (а=316). Справа дано описание соответствующих характерных мест нотного текста фантазии.

Итак, Хроматическая фантазия, произведение свободного по форме жанра, буквально соткано из золотых пропорций. Пожалуй, эстетическое впечатление от математического анализа Хроматической фантазии имеет не меньшую силу, чем прослушивание бессмертного творения Баха. А взятые вместе - чувственное впечатление и рациональный анализ, безусловно, позволяют еще на один шаг приблизиться к сокровенным тайникам гения.

Фуга

Перейдем к анализу фуги. Фуга (от лат. fuga - бег) является наиболее совершенной формой многоголосной музыки (полифонии). Фуга строится на многократных проведениях (повторениях) основной музыкальной темы в разных голосах. Проведения основной темы обычно перемежаются в фуге с промежуточными вставками, называемыми интермедиями. Таким образом, фуга в отличие от фантазии имеет четко определенный закон построения. Но тем не менее точность "математического" построения фуги ре минор просто поражает!

Фуга ре минор состоит из семи пар проведений и интермедий и двух самостоятельных проведений. Из семи пар "проведение-интермедия" пять пар строго подчиняются закону золотого сечения. Те же две пары "проведение - интермедия", для которых закон золотого деления не выполнен, являются своеобразными центрами симметрии относительно обрамляющих их разделов фуги и с каждым из них находятся в золотой пропорции! Именно для того, чтобы выделить эти два центра симметрии, Бах специально допускает в их строении отклонения от золотого деления и делает эти две пары "проведение-интермедия" симметричными.

Рис. 3: Строение фуги ре минор И. С. Баха. Целые числа указывают число четвертей в фуге, дробные - теоретическое значение золотых сечений. Золотые пропорции в более крупных частях фуги отмечены фигурными скобками, центры симметрии - кружками. П - проведение, И - интермедия.

На рисунке приведена схема строения фуги ре минор. Здесь же указано число четвертей в каждом разделе фуги (целые числа) и даны теоретические значения членов золотой пропорции (дробные числа). Как видим, все пять пар "проведение-интермедия" с изумительной точностью разделены в золотой пропорции (абсолютные ошибки колеблются в диапазоне от 0,05 до 0,15 четверти, относительные ошибки - от 0,02% до 0,7%). Таким относительным погрешностям могут позавидовать многие из современных инженерных расчетов! В более крупных разделах абсолютные ошибки, естественно, возрастают. Но и при делении самого большого раздела (91 четверть) эти ошибки не превышают 1,25 четверти. Не следует, однако, забывать, что мы имеем дело с художественным произведением. Отметим, что в фуге ре минор существуют также и более мелкие, и более крупные соотношения золотого сечения.

Итак, простой математический анализ, не выходящий за рамки арифметики, позволяет совершенно иными глазами взглянуть на музыкальное произведение, увидеть его скрытую внутреннюю красоту, которую мы только ощущаем, слушая произведение, и которую мы "видим", проводя его математический анализ.

См. также

• Золотое сечение
• Музыка
• Золотое сечение (в примерах)