Musikkens vitenskap

Hvordan skapes musikk, og hva skjer når den strømmer inn i ørene våre?

Musikken er en eldgammel del av vår kultur som har en sterk innflytelse på sinnet. En sang kan skape latter, gråt, dans, avsky, og alle har vi våre egne favoritter.

Lyd skapes av vibrasjoner. Når strengene til et instrument vibrerer, presser de luften framfor seg (kompresjon), og luften bak dem utvider seg (vakuum). Kombinasjonen av kompresjon og vakuum skaper bølger som beveger seg gjennom luften.

Når lydbølgene når ørene dine, skaper de et press mot luften i øregangene og setter tromme­hinnene i bevegelse. Disse vibrasjonene setter i gang bevegelser i tre små knokler, som i sin tur sender vibrasjonene til en væskefylt struktur som kalles sneglehuset.

Bevegelsen i væsken der inne brukes til å generere elektriske signaler som strømmer til hjernen. Men dette er bare en liten flik av historien.

Disse enkle vibrasjonene kan forårsake en kraftig følelsesmessig respons, og det ligger flere lag av kompleksitet i både tonene og i måten hjernen vår sanser dem på.

Lydbølgene som når ørene, bærer med seg en stor mengde informasjon. Det grunnleggende ved musikkens toner er volum, tonehøyde og klang. Jo større vibrasjonene er, desto høyere er lyden. Og jo oftere vibrasjonene inntreffer, desto høyere er tonen. Når det gjelder klangen, bestemmes den av mykheten i selve lydbølgen.

Standardbølgene som gjengis i lærebøkene, er svært jevne, men slik er det ikke med lyder som skapes av menneskestemmen eller av musikk­instrumenter. Det er disse små ujevnhetene som sammen utgjør klangen i de endelige tonene. I tillegg til dette har vi ekko, etterklang og resonans og dessuten lag på lag med instrumenter, stemmer og ord.

Deretter må hjernen håndtere disse inn­kommende lydene, og den må ikke bare oversette lydene til elektrisitet. Prosesseringen av musikk knytter seg til de delene av hjernen som styrer nytelse, frykt, sinnsbevegelse, hukommelse og følelser, og sanger kan påvirke de mest uventede kretser. Nå skal vi vise nøyaktig hva som skjer i hjernen når du hører favorittsangen din.

Akustisk resonans

En gummistrikk som spennes over en tom smørpakke, låter ikke på samme måte som stålstrenger som er spent på en gitar. Vibrasjonene som skapes ved anslag på strikken, eller strengen, føres inn i instrumentets kropp, hvis form har en enorm innvirkning hvilke toner som kommer ut. Ulike objekter vibrerer gjerne ved bestemte frekvenser, og noen frekvenser forsterkes mye mer enn andre. Dette kalles resonans.

Resonansfrekvensene i et musikkinstrument er faste, med mindre instrumentet kan endre fasong. Og det er dette som gjør menneske­stemmen så spesiell. Halsen, munnen og nesen opptrer som musikkinstrumentenes hulrom og forsterker vibrasjonene som skapes av stemmebåndene. Ved å endre fasongen på munnen skapes det ulike vokallyder, og ved å åpne halsen eller synge gjennom nesen lages det helt ulike lyder. Dette skjer fordi vi endrer de resonnerende egenskapene til stemme-organene. Operasangere er eksperter på resonans og bruker den til å fylle konsertsaler med stemmen, helt uten hjelp fra en mikrofon.

I Royal Albert Hall brukes akustiske hengende sopper for å redusere ekkoet som skapes av det hvelvede taket.

Konsertsalakustikk

Å spille de riktige tonene er bare én del av utfordringen.

En konsertsal har en viktig jobb å gjøre. Den skal omslutte publikum i lyden fra de mest høylytte orkestrene uten å skape ekko og må forsterke lyden fra de mest varsomme solistene slik at også de som sitter bakerst, hører godt. Det er tre avgjørende faktorer å ta i betraktning for å sikre at publikum nyter opplevelsen: volum, utjevning og etterklang.

Volumet bestemmes av den direkte lyden fra orkesteret, men påvirkes også av refleksjon fra veggene og taket. I konsertsaler er det viktig at det ikke reflekteres for mye lyd. Ørene forventer at lyden skal komme fra orkesteret og ikke fra veggene bak deg.

Utjevning bidrar til at alle frekvensene kan høres. Ulike rom forsterker noen frekvenser mer enn andre, og målet er å balansere nivået et sted i midten og å dempe de kraftigste tonene for å unngå hvining fra strenge-instrumentene.

Etterklang skapes av lyd som reflekteres omkring i rommet. Overflatene reflekterer ikke alle lyder likt, og dette kan skape forvrengning om det ikke korrigeres.

Konsertsaler balanserer alle disse faktorene gjennom bruk av ulike former og materialer for å balansere lyden og rette den mot publikum. Flate og harde overflater reflekterer lyd, myke overflater absorberer den, og ruglete overflater sprer lydbølgene utover. Ved å kle veggene med spesial­designede paneler kan musikken forandres og perfeksjoneres før den når ørene dine.

Hjernen og musikken

Hva skjer i hodet ditt når du hører på favorittmusikken din?

Hjerner er komplekse og det er også musikken, så det å framprovosere den nevrologiske responsen på melodier er litt av en utfordring. Men forskere verden over har arbeidet med å avmystifisere de vitenskapelige sidene ved den.

De første av musikkens komponenter som prosesseres i hjernen, er de grunnleggende lydene – tonehøyde, varighet og volum. Deretter henter hjernen ut melodien og skiller mellom de ulike instrumentene. Så sammenliknes denne informasjonen med minnene, slik at det avgjøres om de innkommende lydene er kjente, og de tilkoblede følelsene hentes fram. Alt i alt gir prosessen en respons, enten det er å slå av sangen eller å begynne å danse. Og hvis du beveger deg, mates dette inn i hjernen igjen, noe som påvirker opplevelsen enda mer.

Noe av kompleksiteten ved hjernens respons blir tydeligere hos mennesker med skader på hjernen. Ved å undersøke hva som skjer med evnen til å prosessere musikk etter at hjernen er blitt skadet på bestemte steder, og ved å observere hvordan denne bedres når hjernen heles, kan forskere begynne å forstå hvilke deler av hjernen som er involvert. Til dette tar man i bruk avansert bildeteknologi som funksjonelle MRI-skannere (fMRI), som kan overvåke ulike deler av hjernen og deres respons på musikk.

En viktig oppdagelse etter dette arbeidet har vært at musikken ligger adskilt fra språket. Afasi er den medisinske betegnelsen for en nevrologisk tilstand som forårsaker talevansker. Den kan oppstå etter en hjerneskade, for eksempel et slag, og gjør det vanskelig for de rammede å finne ordene de trenger for å uttrykke seg. Men merkelig nok berører det ikke alltid evnen til å synge. På samme måte kan de som stammer, streve med å snakke, men noen ganger synge en hel sang uten å nøle.

Rundt én av 20 personer er tonedøve eller «umusikalske» og har problemer med å identifisere tonene i en melodi. Med hjerne­skanning har man vist at den hvite materien i området som er involvert i lyd­prosesseringen, er tynnere hos disse personene, noe som antyder at det er svakere koblinger her enn hos musikalske personer.