21.02.2017

В пении флейтовых птиц обнаружены музыкальные принципы

Песню птиц часто уподобляют музыке. Что это: поверхностное сравнение или же птичье пение действительно использует принципы музыкальной гармонии? Группа американских исследователей, изучавшая пение флейтовых птиц, считает последнее утверждение более верным. Любая музыкальная тема предполагает определенный баланс между повторяемостью и вариативностью. Чрезмерно сложная, лишенная упорядоченности мелодия плохо воспринимается слушателем, но и однообразное повторение одних и тех же звуков вряд ли может называться музыкой. Сходный баланс поддерживают и сорочьи флейтовые птицы — одни из наиболее затейливых пернатых певцов в мире. Особи, обладающие богатым репертуаром, регулярно воспроизводят простой и часто повторяющийся лейтмотив, благодаря которому песня проще узнается и запоминается сородичами.

Флейтовые птицы (Cracticinae) — эндемичная для Австралии группа, внешне напоминающая врановых или сорокопутов. С последними их объединяет не только крючковатый клюв, но и манера накалывать свою добычу — насекомых или мелких позвоночных — на острые веточки или колючки, словно мясо на крюки. Поэтому в английском языке флейтовые птицы называются «butcherbirds» (от «butcher» — «мясник»), а испанцы и вовсе именуют их «verdugo» — палачами. Русское название, а также один из многочисленных местных орнитонимов «organbirds» делают акцент на другой, совсем не мрачной особенности: чрезвычайно сложной и красивой песне. Причем исполнять ее могут не только самцы, но и самки, что весьма характерно для птиц тропического и экваториального поясов. Оба члена пары поют как поодиночке, так и дуэтом, совместно охраняя свою территорию от посягательств соседей.

Сорочьи флейтовые птицы (Cracticus nigrogularis) считаются лучшими певцами на австралийском континенте, подобно соловьям в Европе или многоголосому пересмешнику в Северной Америке. Их песня сложна и разнообразна и в то же время хорошо структурирована. Отдельные ноты группируются в устойчивые сочетания — фразы. Каждая фраза длится 2–3 секунды и отделяется от следующей чуть более длинной паузой (рис. 2). Пение может длиться много часов. Количество фраз, исполняемых птицей, широко варьируется; в течение жизни исполнители могут осваивать новые фразы и перенимать их у соседей. Именно благодаря сочетанию регулярности и разнообразия пение сорочьих флейтовых птиц оказалось в центре внимания группы психологов и биоакустиков, занятых поиском музыкальных принципов в пении пернатых.

Достаточно очевидно, что в музыке элемент упорядоченности сочетается с элементом непредсказуемости. Это сочетание так или иначе присутствует во всех музыкальных жанрах, хотя «пропорция» непредсказуемости и регулярности сильно варьирует в зависимости от жанра: скажем, у американского композитора Филипа Гласса музыка полна повторов. Степень предсказуемости даже можно оценить математически, как это было сделано специалистами по теории информации в 2011 году: в работе они оценивали точность прогноза параметров музыкальной записи на основе ее фрагментов. По их словам, позитивные эмоции, вызываемые мелодией, во многом связаны со способностью предугадать ее развитие, но вместе с тем секрет хорошей музыки заключается в верном балансе предсказуемости и сюрприза. Присутствует ли аналогичный принцип в коммуникации птиц?

Сложная песня — важный признак для полового отбора; у многих воробьинообразных птиц это один из важнейших показателей качества партнера. Чтобы запомнить множество разнообразных звуков, нужно обладать хорошей памятью, и, что немаловажно, жить долго — и то и другое служит надежным показателем здоровья и делает певца привлекательным для противоположного пола. Кроме того, в сложной песне может быть закодирована и другая полезная информация. Например, в разных частях ареала пение одного и того же вида может иметь свои особенности, поэтому сходство исполнения с местным песенным диалектом свидетельствует о том, что особь уже давно проживает в данном районе. С другой стороны, чрезмерно разнообразное пение с трудом воспринимается другими особями, что чревато негативными последствиями для исполнителя. Ведь для того, чтобы, скажем, оценить разнообразие элементов в песне, слушателю нужно удержать довольно значительный фрагмент хотя бы в кратковременной памяти — в противном случае подсчет элементов попросту невозможен. Понятно, что чем выше разнообразие песни, тем сложнее слушателю оценить его по достоинству, и поэтому певцам с богатым репертуаром может быть выгодно использовать какие-то принципы, облегчающие запоминание.

Авторы статьи решили выяснить, присутствуют ли в пении сорочьих флейтовых птиц специальные «правила», обеспечивающие баланс между богатством репертуара и упорядоченностью песни. Они записали голоса 17 особей, певших поодиночке в период гнездования, пик которого приходится на сентябрь–ноябрь (весну в южном полушарии). Каждую птицу записывали только один раз; записи длились от 5 минут до часа, в среднем — 32 минуты. Пол особей остался неизвестным, поскольку самцы и самки сорочьих флейтовых птиц выглядят одинаково (рис. 1). Перед анализом выборку случайным образом разделили на две группы (из 8 и 9 птиц) с тем, чтобы использовать одну из них в качестве тестовой выборки.

В своей работе авторы использовали красивый метод визуализации пения, при котором звуки разной высоты обозначаются разными цветами, то есть изобразили звук в цвете. Самые низкие звуки отображаются оттенками красного, высокие — оттенками голубого; темно-синий цвет соответствует паузам (рис. 2).

В репертуаре сорочьих флейтовых птиц легко выделить различающиеся по звучанию фразы, однако более тщательный анализ показывает, что все они соединяются многочисленными переходными вариантами. Авторы воспользовались специальным алгоритмом классификации и разделили фразы из репертуара птиц на несколько типов (рис. 3, d). Как видно, «внешне» однородная песня (рис. 3, c) в действительности представляет собой гомогенную смесь весьма разнообразных фраз. При этом многие из них включают повторяющиеся элементы, которые авторы назвали мотивами (рис. 2). Соответственно, упорядоченность песни можно измерить двумя величинами: постоянством порядка различных фраз и регулярностью повторения того или иного мотива.

Мерой упорядоченности авторы избрали постоянство интервалов между одинаковыми элементами — фразами определенного типа или мотивами. Если элемент появляется в песне через приблизительно одинаковые промежутки, точнее, через одинаковое число песенных фраз, это говорит о высокой регулярности. И наоборот, если интервалы между повторами все время меняются, то регулярность невелика.

Представим, например, что гипотетическая птица исполняет четыре типа фраз — A, B, C и D, а также мотив i, который содержится только во фразах A и B. Если фразы исполняются строго регулярно (например, так: «ABCD, ABCD, ...»), то интервал между повторами одного и того же элемента всегда одинаков (четыре фразы). Однако интервал между повторами мотива i будет варьировать («AⁱBⁱCD, AⁱBⁱCD, ...»): между фразами A и B промежуток равен одной фразе, а между фразами B и A — трем фразам. Значит, регулярность исполнения мотива будет ниже, чем регулярность повтора песенных фраз. Возможна и обратная ситуация; скажем, пение «AⁱC, AⁱD, BⁱD, AⁱD, BⁱC, BⁱD» совершенно не упорядочено на уровне фраз, зато мотив появляется с неизменной регулярностью в каждой второй фразе.

Авторы рассчитали показатели регулярности для каждого элемента песни, а затем на их основе вычислили два обобщенных индекса, характеризующих регулярность повтора фраз и мотивов. Затем эти индексы сравнили с показателями для сгенерированной на компьютере случайной песни, в которой фразы следуют друг за другом в произвольном порядке. В обоих случаях величина индексов оказалась выше у «естественной» песни. Значит, ее регулярность была выше, чем можно было бы ожидать на основе простой случайности. Такие результаты были получены для основной выборки из 9 птиц, однако привлечение данных еще по 8 особям из тестовой выборки внесло коррективы в эту красивую картину. Оказалось, что порядок фраз все-таки не отличается от случайного, однако повторение мотивов действительно демонстрирует статистически значимую регулярность.

Этот результат заставил авторов задуматься, не направлен ли порядок фраз в песне на поддержание регулярности повтора мотивов. Как мы помним, один и тот же мотив может повторяться в разных фразах, и поэтому он может исполняться через одинаковые интервалы даже при неупорядоченной последовательности фраз. Здесь, однако, в игру вступает еще один фактор — размер репертуара птицы. Понятно, что чем больше фраз и мотивов исполняет особь, тем больше «простор» для нерегулярности в ее пении, поскольку потенциальный промежуток между повторами одинаковых элементов увеличивается.

Чтобы оценить возможные пределы этой нерегулярности в зависимости от размера репертуара, авторы снова прибегли к искусственной генерации песни. Но на этот раз искусственная песня создавалась не случайно, а в соответствии с параметрами «естественной» песни. В первом случае в ней сохранялась вероятность переходов от одного типа фраз к другому, во втором случае эта вероятность была случайным образом перемешана между фразами. Так, представим, что особь исполняет три фразы Aⁱ, Bⁱ и C, при этом вероятность того, что за фразой Aⁱ последует Bⁱ, составляет 80%, и лишь в 20% случаев за ней следует фраза C. Очевидно, что при взаимной замене этих вероятностей (то есть 80% для перехода Aⁱ-C и 20% для перехода Aⁱ-B) регулярность пения на уровне фраз не изменится, но регулярность повтора мотива i будет уже другой.

Авторы выяснили, что у всех 17 птиц регулярность повтора мотивов выше при «естественных» вероятностях перехода между фразами. А значит, эти вероятности «намеренно подобраны» таким образом, чтобы обеспечить регулярность в пении. При этом оказалось, что чем выше потенциальная неупорядоченность песни (разброс интервалов между одинаковыми элементами при случайном перемешивании вероятностей перехода между фразами), тем больше выражена тенденция к ее регуляризации. Таким образом, птицы с объемным репертуаром прикладывают больше стараний к тому, чтобы исполнять мотивы с постоянной регулярностью. А если репертуар невелик, то и особой необходимости в этом нет, поскольку даже при измененных вероятностях смены фраз упорядоченность пения изменится незначительно.

Все это подтверждает изначальную гипотезу о балансе порядка и разнообразия в пении сорочьих флейтовых птиц. Авторы заключают, что формирование песенного синтаксиса — это активный процесс, который учитывает размер вокального репертуара особи. В статье предложены и другие объяснения, не обязательно исключающие друг друга. Во-первых, как размер репертуара, так и упорядоченность пения могут увеличиваться с возрастом. Флейтовые сорочьи птицы, как и многие другие воробьинообразные, обучаются пению на протяжении всей жизни, поэтому с возрастом они могут запоминать все больше элементов. О влиянии возраста на регулярность песни пока что известно немного; напомним, что авторы также не знали точного возраста изучаемых особей. Если предположить, что в течение жизни птицы формируют все более регулярную манеру исполнения, то необходимость в дополнительных объяснениях отпадает. Однако это далеко не очевидно: ведь, вообще говоря, с увеличением репертуара возрастает и потенциальная неупорядоченность пения, о чем уже говорилось выше.

Во-вторых, с возрастом может совершенствоваться способность птиц к построению сложных песенных конструкций. Такая закономерность — правда, на уровне слогов, — продемонстрирована как у воробьиных птиц, так и у детей. Если аналогичный рост сложности комбинаций происходит и на уровне фраз, то он может способствовать формированию длинных устойчивых «предложений» у сорочьих флейтовых птиц старшего возраста.

В-третьих, не исключено, что по мере взросления у певцов улучшается память. Если бы сорочьи флейтовые птицы не могли удерживать в памяти исполненный мотив, то он бы появлялся в песне случайным образом. Но если такое запоминание происходит, то вероятность повторения мотива повышается с увеличением промежутка после предыдущего исполнения — в полном соответствии с гидравлической моделью К. Лоренца (также известной как «модель сливного бачка»: модель предполагает, что вероятность совершения того или иного поведенческого акта зависит от накопленного побуждения к действию). Поэтому не исключено, что по мере взросления и развития памяти у птиц возрастает «инстинктивная» тенденция к повторению мотивов.

Наконец, в-четвертых, структура песни может ориентироваться на «запросы слушательской аудитории» — в случае с птицами, это прежде всего потенциальные супруги, которых должно привлечь пение. Многие исследования показывают, что птицы способны оценивать реакцию других особей на свою песню и при необходимости изменять ее. Чаще всего предпочтением пользуются партнеры с большим вокальным репертуаром; при этом слушателям может быть необходимо прослушать каждый элемент по нескольку раз, чтобы оценить точность исполнения. Однако возможность оценки пения ограничена возможностями памяти слушателя: чрезмерно разнообразный репертуар попросту не уложится в ней и не будет оценен по достоинству. Для должного эффекта знающие много мотивов птицы должны повторять их с большей регулярностью, чтобы слушатели могли запомнить несколько последовательных повторений элемента. Напротив, особям с небольшим репертуаром выгоднее исполнять максимально разнообразную песню, демонстрирующую все известные им мотивы, а необходимая частота их повторений и так будет обеспечена тем, что размер репертуара невелик.

Как бы то ни было, регулярное повторение мотивов может создавать необходимое впечатление регулярности песни; в то же время их появление в различных контекстах (то есть в разных песенных фразах) помогает избежать монотонности, и, возможно, способствует поддержанию слушательского интереса. Все это создает интересные параллели с музыкальной культурой человека. Авторы замечают, что характерный баланс между монотонностью и разнообразием свойственен самым разным музыкальным стилям. Не исключено, что подобные закономерности широко распространены и в сложной вокализации птиц.

Подготовлено по материалам: Eathan Janney, Hollis Taylor, Constance Scharff, David Rothenberg, Lucas C. Parra, Ofer Tchernichovski. Temporal regularity increases with repertoire complexity in the Australian pied butcherbird's song // Royal Society Open Science. 2016. V. 3. № 9. DOI: 10.1098/rsos.160357.

Антон Морковин

Источники:

1. elementy.ru