Секреты Страдивари глазами химика

Cкрипка работы А.Страдивари

На севере Италии, на берегах реки По, есть город Кремона, который прославился на весь мир своими мастерами смычковых музыкальных инструментов. Первым делать эти инструменты начал в 1530 г. Андреа Амати (умер ок. 1578), который был одним из создателей скрипки классического типа. Его дело продолжали сыновья Антонио (1550–1640) и Джироламо (ок. 1550–1638), а внук Никколо Амати (1596–1684), сын Джироламо, учил этому искусству Андреа Гварнери (ок. 1626–1698) и Антонио Страдивари (1644–1737). Выдающимися мастерами были Джироламо Амати (ок. 1649–ок. 1740), сын Никколо, и Джузеппе Гварнери (ок. 1687–ок. 1745). Но самым знаменитым уже несколько столетий считается Страдивари, или, как его чаще называли, Страдивариус.
Начав самостоятельно делать скрипки, виолончели и контрабасы лишь в зрелом возрасте, после смерти своего учителя, полуграмотный Страдивари выпустил их около 1100 штук, почти 700 из которых дожили до нашего времени. Певучий, красивый тон его инструментов продолжает завораживать слушателей, и уже не одно столетие музыканты и ученые пытаются найти ответ на вопрос: в чем же секрет этого звучания?

Эпиграфом к очерку могли бы стать слова из песни Б.Окуджавы о музыканте, который играл на скрипке:

Но не только поэтов волновала загадка скрипок. Разгадку пытались найти физики и математики, среди которых были выдающиеся личности. Прекрасную статью об их достижениях «Наука и Страдивариус» опубликовал в серьезном научном журнале «Physics World» («Мир физики», 2000, т. 13, № 4, с. 27–33) Колин Гоух. Еще раньше на английском языке появились такие книги, как «Основы музыкальной акустики» (1976), «Физика скрипки» (1984), «Физика музыкальных инструментов» (2-е изд., 1998) и многочисленные узкоспециальные статьи.
Оказывается, известный французский физик Ф.Савар (1791–1841), который вместе с Ж.Б.Био открыл один из законов электродинамики, занимался разработкой физических основ конструирования струнных музыкальных инструментов, изучал распространение звуковых колебаний в различных телах. Савар тесно сотрудничал с реставратором старинных инструментов Вулламе, который даже создал внешне точную копию скрипки Гварнери.
Выдающийся немецкий естествоиспытатель Г.Л.Ф.Гельмгольц (1821–1894), прославившийся как физик-теоретик, философ и физиолог, изучая происхождение звука в скрипках, открыл особый механизм возбуждения струн и явление, называемое сегодня «волной Гельмгольца». В начале ХХ в. другой выдающийся физик Ч.В.Раман (1888–1970), именем которого называют спектры комбинационного рассеяния света, тщательно изучал гельмгольцево колебание струн и опубликовал серию блистательных теоретических и экспериментальных работ.
Физики добыли огромный объем новой информации по замысловатой акустике скрипок и виолончелей, разложили звуки на отдельные составные части, описали их математически, выяснили роль каждой детали конструкции инструментов, но все же на вопрос, почему изделия мастерской Страдивари превосходят самые лучшие современные образцы, ответа не нашли.
За дело взялись химики, особенно активно – профессор биохимии и биофизики университета A & M в Техасе (США), прекрасный скрипач Джозеф Надьвари. Полагая, что возвышенное звучание скрипок имеет земное происхождение, он четверть века отдал изучению вещественного состава знаменитых инструментов. Его выступления на конференциях и в прессе часто вызывали насмешки (среди иронизировавших был и К.Гоух) и негодующие письма несогласных. Но он продолжал утверждать, что, только разгадав секрет изготовления материалов для скрипок Страдивари, можно будет воспроизвести их звучание и создать современную технологию производства подобных инструментов. В этом он вольно или невольно следовал точке зрения, высказанной более 400 лет назад алхимиком А.Либавием (ок. 1540–1616) и звучащей примерно так: «Тон создают художники химии».
Верхнюю деку скрипки, в которой вырезаны два фигурных отверстия, и боковые стенки делают из сравнительно мягкой тонкослойной сосны, нижнюю деку, отражающую звук, – из более твердого клена. Для предотвращения намокания и загрязнения, а также из эстетических соображений дерево покрывают лаком. Надьвари полагает, что древесина была перед использованием вымочена в морской воде или каком-нибудь рассоле (вероятно, при сплавлении плотов по рекам в море и хранении в какой-либо морской бухте), что поры в древесине итальянские мастера заполняли водорастворимыми растительными полимерами, а также что и лак, и заполнитель они упрочняли тонкоизмельченными порошками определенных минералов.
Дерево, как известно, меняет свои свойства при хранении в воде. Сегодня химики изучили, например, какие вещества переходят из дубовых бочек в хранящееся в них вино или коньяк и какие вещества впитываются из молодого вина в древесину. Морская вода может вводить в древесину соли магния, кальция и других металлов, что должно сказываться на акустических свойствах деки.
Пока неизвестно, что именно использовал Страдивари для заполнения пор в сосновых и кленовых заготовках. Это могла быть какая-нибудь камедь (гуммиарабик, вишневый клей, абрикосовая камедь), но Надьвари предполагает, что вероятнее всего выбор был сделан в пользу миро – издавна применяемого на Востоке ароматического средства растительного происхождения. Найти точный состав средневекового миро сегодня вряд ли возможно, поскольку он менялся. Миро сложного состава (в России в 1726 г. миро составляли из 27 веществ, в 1858 г. – из 31 вещества) традиционно используется христианской церковью. Недаром легенда приписывает Страдивари слова, что его главный секрет надо искать в Библии. На что еще он мог ссылаться?
Чтобы узнать, какие вещества использовались в средние века для консервации древесины, Надьвари пришлось изучить некоторые страницы истории химии. Оказалось, что уже во времена великих кремонских мастеров применялись различные производные мышьяка, борная кислота, соли бария, меди, цинка, алюминия и ртути.
Изготовление смеси тончайших порошков различных минералов – кварца (SiO₂), кальцита (CaCO₃), гипса (CaSO₄), аурипигмента (As₂S₃) – было доступно средневековым алхимикам. Они называли такую смесь «самоцветной солью» и использовали как лекарство от всех болезней, в частности – от бубонной чумы. Ключевой операцией было не смешивание, не тонкое измельчение порошков (что, разумеется, делалось), а выделение самых тонких фракций – операция, которую в современной технологии называют классификацией. Для этого использовали или медленное пропускание взвеси порошков в воде из одного корыта в другое, или осаждение из вязких сред, например из раствора гуммиарабика. В том и другом случае отбирали верхний слив, содержащий тончайшие частицы.
Конечно, делали это не скрипичные мастера, а аптекари. В каком-то средневековом документе Надьвари нашел запись, что лак «изготовлял аптекарь для любого желающего, и гранд Антонио Страдивари для наполнения опустевшей бутыли ходил к нему сам, заботясь, чтобы его друг не налил в бутыль со дна горшка». На дно, как легко предположить, осаждались относительно крупные частицы минералов, наполняющих лак.
Почти два десятилетия ученый выпрашивал крохотный кусочек лака у владельцев драгоценных скрипок (цена некоторых экземпляров превышает миллион долларов США). «Меня хорошо знают, – сетовал он, – и владельцы даже близко не подпускают к своим скрипкам». Наконец он купил желаемый образец. Спектроскопический анализ лака показал наличие по меньшей мере 20 различных минералов, главными из которых были кальцит, кварц или кварцевое стекло, полевой шпат (алюмосиликат натрия или калия) и гипс. В меньших количествах содержались корунд (Al₂O₃), гранат (алюмосиликат сложного состава), рутил (TiO₂) и аргентит (Ag₂S).
Некоторые исследователи утверждали, что состав старого и современного лака одинаков, что никаких наполнителей лак не содержит (они обнаружили лишь крылья прилипших к еще не высохшему лаку насекомых), а выводы об их наличии сделаны благодаря комнатной пыли, неизбежно попадавшей на лак. Однако трудно представить себе комнату или мастерскую, на полу которой находятся тонкоизмельченные полудрагоценные камни (корунд, гранат и др.).
Настойчивый и уверенный в своих выводах, Надьвари изготовил несколько скрипок по методу Страдивари. Пригласив для работы опытного мастера, он выдерживал деревянные заготовки в морской воде, а затем в виноградном соке. На конференции Американского химического общества в марте 1998 г. был даже устроен концерт молодой скрипачки, которая поочередно играла на новом инструменте и на скрипке XVIII в. Исполнительница после концерта заметила, что новая скрипка звучала «почти так же хорошо», как и старая, но что на новой играть было сложнее.
Некоторым скрипкам Страдивари более 300 лет, за годы после их изготовления дерево несколько изменило свою структуру, что также могло облагородить звучание. Надьвари уверен, что и его изделия лет через 100–200 улучшат свое качество. Не напрасно же друзья профессора называют его Надьвариусом.
Загадки скрипок все еще не разгаданы, и это ничуть не мешает наслаждаться их волшебными звуками. Вернемся к словам Б.Окуджавы:

Э.Г.РАКОВ