Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Геологи и музыканты, проектировавшие этот новый музыкальный инструмент, также исследовали, что заставляет камни звучать. Частоту звука определяют размер, форма и материал. Но мне интереснее другое: почему одни камни издают долгий низкий звук, а другие просто звякают? Когда перкуссионист ударяет по звучному камню, энергия сохраняется в нем в течение нескольких секунд, и вибрация постепенно преобразуется в звуковые волны в воздухе, которые мы слышим. В камнях, которые лишь глухо звякают, энергия быстро растворяется внутри. Хорошие винные бокалы звенят, если по ним легонько постучать. Но, если прижать палец к кромке бокала, звук почти мгновенно затихает. Трение между стеклом и пальцем гасит вибрации и останавливает звон. В камнях вибрация гасится их внутренней структурой, а не вашим пальцем.

В 2010 г. я брал интервью для радиопрограммы BBC у скрипичного мастера Джордже Стоппани, и он рассказывал, как выбирать дерево для хорошей скрипки. Мастер ходил по пыльной мастерской и стучал по деревянным дощечкам, демонстрируя мне, что они звучат по-разному. Только дерево с нужной плотностью волокон и микроскопической структурой дает чистый тон, не умолкающий несколько секунд, – свидетельство того, что из него можно изготовить скрипку мирового класса. То же самое относится и к камням[97]. Внутри камня вибрации передаются от молекулы к молекуле. При наличии трещин или волокнистых структур колебаниям труднее распространяться внутри камня, и звук будет приглушенным. В век пара эту закономерность использовали на железной дороге: рабочие маленьким молотком простукивали колеса, чтобы выявить скрытые механические дефекты. Глухой звук указывал на не видимые глазом трещины, которые могли привести к катастрофе. Но дело не только в трещинах. Ударьте по куску песчаника – он не зазвенит, в отличие от сланца, на пластинах которого я играл в музее Кесвика. Оба камня имеют осадочное происхождение, но высокое давление за несколько миллионов лет превратило сланец в плотный материал с более упорядоченной молекулярной структурой. Плотно упакованные молекулы в сланце лучше передают колебания, чем зернистая структура песчаника.

Моя жена любит бродить по дому, подолгу разговаривая по телефону. Когда она переходит из комнаты в комнату, ее голос удивительным образом меняется – это замечают и члены семьи, находящиеся в доме, и собеседники на другом конце провода. В кухне голос звучит громче и резче – из-за твердой, хорошо отражающей звук плитки на полу и стенах, – а в гостиной отчетливей и мягче, поскольку там много мягкой мебели, поглощающей звуки. Микрофон в телефонной трубке воспринимает все звуковые волны – как непосредственно изо рта говорящего, так и отражающиеся от стен, пола, потолка и предметов мебели. В ванной комнате укрыться не получится – слишком сильная реверберация. Имеет значение и размер: в больших комнатах голос более живой и звучный.

Теперь представьте себя на месте древнего человека, который бродит по полутемным пещерам. Ваш голос будет меняться по мере того, как вы по узким проходам и туннелям переходите из одной пещеры в другую. Качество звука меняется из-за того, что он по-разному отражается от скал. В больших пещерах слышна звучная реверберация, иногда похожая на ту, что мы слышим в соборах. Но в маленьких камерах и узких проходах самый заметный акустический эффект – это окрашивание звука.

Старая преподавательская в моем университете обладала удивительной способностью окрашивать звук. Это была простая узкая комната прямоугольной формы со стульями, расположенными вдоль одной стены, – похожая на зал ожидания на железнодорожном вокзале. Первое время, заходя в комнату, я замечал, как искажаются голоса других людей. При повороте головы тембр голоса моих коллег поразительным образом менялся. При определенном положении головы их голоса были низкими и звучными, а в остальных случаях – искаженными, скрежещущими и неприятными. Вероятно, коллеги подозревали, что я нетрезв, поскольку мое научное любопытство оказалось сильнее стеснительности и я крутил головой, прислушиваясь к разговорам во время обеденного перерыва.

Когда я поворачивал голову, голоса в комнате становились другими, словно кто-то быстро менял настройки графического эквалайзера высококачественного усилителя. Это окрашивание было вызвано изменением в балансе звука, когда одни частоты усиливались, а другие подавлялись. Термин окрашивание в применении к звуку может показаться странным, но многие термины, используемые для описания звука, также позаимствованы у других органов чувств: яркий, теплый, мертвый, живой. Связь между цветом и звуком была замечена много веков назад: еще сэр Исаак Ньютон отмечал сходство между расстоянием, на которое его призма распределяет цвета, и длиной струн, необходимых для воспроизведения музыкальной гаммы[98].