Glasbeno-naravoslovni croquis

Od ideje do električnega signala

Zgodbo moram pač nekje začeti. Naj bo to trenutek, ko se je pianistka odločila, da prične s svojo izvedbo, trenutek, ko se je ideja, namera iz metafizičnega sveta, udejanjila nekje v možganski skorji glasbenice in se prelevila v kompleksno kombinacijo vzburjenja nevronov. Nevroni so posebno oblikovane celice, katerih glavna značilnost je sposobnost hitrega in učinkovitega prenosa signalov po telesu. Signal po živčni celici potuje tako, da se širi kot sprememba električne napetosti na membrani celice. V stanju mirovanja je na zunanji strani celice nekoliko več električno pozitivno nabitih delcev kot zunaj nje, signal pa povzroči obrat, tako da pozitivni naboji vdrejo v celico. Takšna motnja nato potuje po celotni dolžini živčne celice do njenega končiča, kjer povzroči, da se iz živčne celice sprostijo sporočevalne molekule, ki sosednji živčni celici, oddaljeni 20 nm, predajo sporočilo. Če živčna celica prejme dovolj sporočil od svojih sosednjih celic, se vzbudi in signal prenese na sosednje celice.

Od električnega signala do klavirske tipke

Signal za udarec po tipki je nastal kot zapletena združitev signalov iz pianistkinega eksplicitnega spomina, ki hrani informacije o tem, kateri toni tvorijo igrano skladbo, in gibalnega spomina, ki po desetletjih preigravanja natanko pozna pravilno zaporedje premikov roke, da doseže želeni glasbeni učinek. Hkrati so informacije iz glasbeničinih oči in čutil v njenih rokah, ki skupaj podajajo informacijo o položaju njenega telesa in njegovem razmerju do okolice, omogočile, da so možgani izoblikovali signal za natančno in točno usmerjen premik dlani. Ta je potoval do dela možganov v levi polobli, imenovanem motorična skorja, v katerem se izoblikujejo signali za premik mišic telesa. Nato je potoval po možganskem deblu, kjer zaradi križanj živčnih vlaken signali iz leve poloble možganov vodijo na desno stran telesa, in po hrbtenjači do pianistkine roke. Električni signal je po roki potoval s hitrostjo 100 m/s in tako v 5 ms prispel do mest, kjer se motorični nevroni stikajo z mišico. Tu se signal prenese z živčne celice na mišično celico, podobno, kot se je prenašal med posameznimi živčnimi celicami – živčna celica izloči sporočevalne molekule, ki aktivirajo receptorje na mišični celici. V njej se sedaj sproži zaporedje biokemijskih reakcij, ki privedejo do tega, da se začnejo vlaknasti gibalni proteini, ki so naloženi drug za drugim, premikati vzdolž njene dolžine in jo s tem krčiti. Vsak proteinski kompleks se s svoje sproščene dolžine 3 μm skrči na polovično razdaljo, ker pa je v posamezni mišici zaporedno nanizanih več deset tisoč takih proteinskih kompleksov, se celotna mišica skrči za mnogo večjo razdaljo. Mišice upogibalke prsta so tako za nekaj centimetrov premaknile pianistkinprst, ki se je dotaknil bele klavirske tipke z hitrostjo in silo, kot si ju je zamislila glasbenica.

Od klavirske tipke do klavirske strune

Klavirska tipka deluje kot vzvod in omogoča, da se dvocentimetrski premik pianistkinega prsta s hitrostjo 0,5 m/s prevede na petcentimetrski premik klavirskega kladivca, ki s hitrostjo 3 m/s udari po klavirski struni. Mehanizem, ki prenese silo udarca klavirske tipke na kladivce, je v svoji zgodovini, začenši okoli leta 1700, ko je prvi sodobni klavir sestavil Bartolomeo Cristofori, doživel več revolucij in je v sodobnih klavirjih oblikovan tako, da se kladivce le za kratek čas, kakih 5 ms, dotakne klavirske strune. Udarec povzroči, da se struna nekoliko upogne in odmakne od svoje lege med mirovanjem, s čimer nastane motnja, ki se začne premikati v obeh smereh strune. Ker je struna na obeh straneh vpeta, se motnja na obeh straneh odbije in potuje nazaj proti kladivcu. Končni učinek take poti motnje po struni je enakomerno nihanje strune.

Od klavirske strune v dvorano

Klavirska struna, ob katero je udarilo kladivce, je približno 20 cm dolga in slab milimeter debela jeklena žica. Z vijaki je vpeta v litoželezni okvir klavirja s silo okoli 600 N, kar je ekvivalentno sili, s katero Zemlja privlači 60-kilogramsko utež. Dolžina žice, njena masa in sila, s katero je vpeta, natančno določajo, s kakšno frekvenco bo struna zanihala ob udarcu kladivca – skladateljev izbor prvega tona skladbe zahteva zven strune, ki niha s 1047 nihaji na sekundo, s čimer je določen ton c³. Struna se ob koncih dotika lesene kobilice, ki jo povezuje z resonančno ploščo – veliko leseno ploščo iz smrekovega lesa, ki pokriva dno klavirja. Ta je nujni sestavni del klavirja, brez katere bi zvok klavirja slišala le pianistka in morda kak pozoren poslušalec v prvi vrsti, saj bi bil zvok toliko glasen kot brenkanje po električni kitari, ki ni priključena na električni ojačevalec. Resonančna plošča pri klavirju deluje kot velik zvočnik: sprejema premike strune in se nanje odzove z lastnim premikanjem. Vibriranje resonančne plošče je neznatno. Medtem ko struna niha za 1 mm, se plošča premika za okoli 6 μm in zaradi svoje velike površine sočasno premika ogromno molekul zraka ob sebi.

Iz dvorane v moje uho

Zraku ob resonančni plošči se zaradi njenega premika nekoliko spremeni tlak, pravzaprav se zrak stisne in razširi 1047-krat na sekundo, saj je to frekvenca, s katero resonančna plošča vibrira zaradi vibriranje strune. To periodično spreminjanje zračnega tlaka se kot motnja začne širiti v vse smeri prostora s hitrostjo 345 m/s – s tem nastane zvok, kot ga razumemo v vsakdanjem pomenu. Ker sedim na balkonu, ki je od klavirja oddaljen kakih 20 m, prispe prvi zvok klavirja do mene približno 60 ms po začetku vibriranja strune. Ker se je zvok razširil po celotni dvorani, bo do mene kmalu prispelo še nekaj odmevov, ki nastanejo, ko zvok prispe do sten in se od njih odbije. Geometrijska zasnova dvorane in fizikalne lastnosti materialov, iz katerih so izdelane stene, določajo, kako se bo zvok obnašal pri potovanju po dvorani in s tem akustične lastnosti dvorane. V nadaljnjih nekaj desetih milisekundah bodo moje uho dosegle še mnoge ponovitve prvotnega zvoka, ki pa so se na svoji poti odbile od stropa ter sten in bodo zato veliko tišje, bodo pa pomembno vplivale na celokupno zaznavanje zvoka in položaja klavirja.

Iz mojega ušesa v moje … uho

Zvok je pripotoval do mojega ušesa (ker sem ob pianistkinem začetku slučajno pogledoval po dvorani, moja glava ni bila usmerjena proti klavirju, zato je zvok najprej prispel do levega in 100 μs kasneje do desnega ušesa) in skozi sluhovod do bobniča, tanke mrene, debele komaj 0,5 mm, ki se odzove na premike zraka z majhnimi premiki z isto frekvenco – 1047 nihajev na sekundo. Takšna frekvenca ustreza slišnim sposobnostim človeškega ušesa, ki lahko sprejema zvok v frekvencah od približno 20 do 20 000 nihajev na sekundo. Premiki bobniča se prenesejo na tri najmanjše kosti v telesu: kladivce, nakovalce in stremence, ki podobno kot klavirska tipka delujejo po principu vzvoda, tako da se spremembe tlaka zraka ob bobniču ojačajo približno za dvajsetkrat. Mehanski premik se prenese v notranje uho, ki ga sestavljajo tri vzporedne cevčice, zvite v značilno polžasto spiralno obliko. Med dvema izmed cevčic leži membrana, ki je oblikovana tako, da je na začetku, kjer sprejema zvok od stremenca, nekoliko odebeljena, proti svojemu koncu pa se znatno stanjša. Taka oblika je ključna, da lahko uho zelo natančno določi, kolikšno frekvenco ima zvok, ki vpada v uho. Medtem ko je bila klavirska struna po vsej svoji dolžini enako debela in zato imela točno določeno frekvenco nihanja, pa ima membrana notranjega ušesa po dolžini spremenljivo debelino. Zaradi tega bo ob vpadnem zvoku zanihal samo tisti delček membrane, ki ima tolikšno debelino, da bo njegova frekvenca sovpadala s frekvenco zvoka – ob zvoku višjih frekvenc bodo zanihali deli membrane bližje stremencu, ob zvoku nižjih frekvenc pa bolj oddaljeni deli membrane. Informacija o frekvenci zvoka se tako prevede v premik majhnega delčka membrane na točno določenem mestu. V primeru naših 1067 nihajev na sekundo to predstavlja 2 cm vzdolž membrane. Na celotni membrani se nahaja 16 000 neverjetno občutljivih čutnih celic, ki s svojimi drobnimi lasastimi izrastki zaznavajo premike membrane.

Iz mojega ušesa do električnega signala

Ob premiku membrane celice dlačnice z lasastimi izrastki zaznajo premik, ki lahko pri največji občutljivosti meri tudi manj kot nanometer. Temu preko zaporedja biokemijskih reakcij sledi odpiranje proteinskih kanalčkov v membrani celice, ki omogočijo prehod električno nabitih ionov v celico in iz nje, s tem pa tudi nastanek električnega signala. Ta vsebuje informacijo o frekvenci in glasnosti zvoka. Ker je zvok v moje desno uho prišel le droben hip kasneje kot v levo uho, vsebuje združen signal, ki potuje po slušnem živcu do možganov tudi informacijo o položaju klavirja v prostoru. Po slušnem živcu bo signal potoval počasneje kot signal po pianistkini roki, a ker je notranje uho od možganov oddaljeno le nekaj centimetrov, bo signal prispel do njih v manj kot milisekundi. Zbral se bo v možganski skorji področja za sluh, ki se nahaja na straneh, nekoliko nad ušesi, kjer se bodo na signal odzvale živčne celice, namenjene procesiranju zvoka s frekvenco 1067 nihajev na sekundo. Možgani bodo prepoznali višino tona, vsa majhna odstopanja od zgodbe, ki sem jo opisal, pa bodo omogočila, da bodo, upoštevajoč spomine iz preteklih izkušenj, pravilno prepoznali tudi klavir kot vir glasbe in ne morda zvoka violine, ki bi igrala isti ton. Signal se bo razpršil po celotnih možganih in sprožil mnogotere odzive: premik moje glave in usmerjanje pozornosti nazaj na oder, prijetno čustveno toplino ob pričetku koncerta, povišan srčni utrip, nepovezan tok misli in spominov se bo slikal pred očmi …

Od električnega signala do ideje

Krog je sedaj dokončno sklenjen – glasba, ki jo je ustvarila pianistka, je prispela do mene, pri čemer je potovala v kopici različnih manifestacij, od električnih signalov po živčnem sistemu pianistke, premikanja gibalnih proteinov v njenih mišicah in enakomernega nihanja strune, pa vse do drobnih premikov molekul zraka, vibriranja mojega bobniča in ponovno električnih sunkov po nevronih mojih možganov, ki glasbeno izkušnjo popeljejo onkraj stvarnega tuzemstva. Morda bo kdo oporekal, da takšno mehanistično razkosavanje, takšen analitični razklop vsake sestavne komponente, odvzame glasbi vsakršen čar, a mene tolaži, da je moja skica zgolj in samo to – le groba skica, ki ji lahko dorišemo veliko podrobnosti, skica, ki z vsakim dnem dobi še na ducate novih podrobnosti, skica, ki bo še stoletja zaposlovala znanstvenike in posmehljivo razkazovala zevajoče praznine človekovega nerazumevanja samega sebe in delovanja lastnega telesa. In četudi privzamemo, da bo skica nekega dne popolna, da bo v njej vsak drobcen element stal na svojem začrtanem mestu, v popolnem skladju in harmoniji s celotno sliko brez vsakršne nejasnosti, popolna teorija, podprta s simulacijami neskončne računalniške moči – bomo to veličastno in veliko sliko nosili s seboj v koncertne dvorane in po njej pogledovali cel večer? Jo uporabljali pri tolmačenju vsakega trenutka glasbenega doživetja? Verjetno ne. Mojega izkustva ne more nadomestiti nobena še tako prefinjena mehanistična razlaga, zato se lahko brezskrbno prepustim poslušanju preostanka koncerta ob misli, da se bo glasba s svojo mističnostjo še naprej izmikala naravoslovnim razlagam mojega racionalnega uma.