Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Но у трубы была еще одна интересная особенность: хлопок в ладоши вызывал звенящий звук. Эхо начиналось на высокой частоте, которая постепенно падала. Я поговорил с несколькими коллегами, и они пребывали в таком же недоумении – никто не ожидал подобного сдвига частоты в простой трубе. Помимо всего прочего, наука интересна тем, что она опровергает ваши предположения и находит нечто новое, что необходимо понять и объяснить. Изучая литературу, я обнаружил, что свист с уменьшающейся частотой уже имеет название – это свист дренажной трубы. Впервые он был описан несколько десятилетий назад ныне покойным американским ученым Фрэнком Кроуфордом, который обратил внимание на высокий звук из трубы, проложенной под песчаной дюной в Калифорнии. О его попытках объяснить происхождение звука рассказывает статья в одном из журналов: «Кроуфорд хлопал в ладоши, бил в барабаны бонго и стучал по кускам фанеры перед дренажными трубами на побережье в окрестностях Сан-Франциско»[247].

Рис. 4.4. Одиночный хлопок в ладоши у одного конца длинной трубы, прослушиваемый на другом конце

Если приложить ухо к одному концу дренажной трубы, когда у другого конца хлопают в ладоши, как показано на рис. 4.4, первый звук дойдет до уха по центру трубы, напрямую. Следующим будет тот, который отразится от стенки один раз и поэтому преодолеет чуть большее расстояние. За ним придет тот, который отразится два раза, от противоположных стенок трубы. Чем позже приходит звук, тем длиннее его путь и тем больше число отражений. Если изобразить время прихода этих звуков, как на рис. 4.5, то выяснится, что вначале отражения приходят часто, а затем интервалы между ними постепенно увеличиваются. В каждом конкретном случае высота звука определяется промежутком времени между соседними отражениями. При высокой частоте отражений формируется высокий звук. Со временем интервалы между отражениями увеличиваются, и частота звука падает[248]. Похожее нисходящее глиссандо наблюдается при прохождении вибраций через плотный материал, такой как металл. Возможно, это еще одна причина, почему эхо в трубе имеет металлический оттенок.

Рис. 4.5. Хлопок в ладоши и его отражения внутри дренажной трубы. (Каждый звук упрощен до одной вертикальной линии, чтобы нагляднее продемонстрировать закономерность приходящих звуков.)

Множественные отражения являются основой эха, которое создает почти музыкальный звук. Вскоре после моего путешествия на лодке жарким солнечным днем я стоял в городе Ангулем во Франции рядом с Музеем комиксов и ждал, пока мои дети насладятся обширной коллекцией книг об Астериксе и Тинтине. Заскучав, я начал экспериментировать со звуком: хлопал в ладоши и слушал отражение звука от фасада белого здания, широкого и низкого, раньше использовавшегося как склад для хранения коньяка. Но мое внимание привлекло отражение от другого объекта. Справа доносился высокий звук, как будто кто-то сжимал резиновую игрушку-пищалку; звук шел от лестницы. Тоническое эхо! Скука мгновенно сменилась радостным возбуждением, и я принялся экспериментировать, записывая необычное отражение звука от короткого лестничного пролета.

В основе того, что я слышал, лежало то же явление, которое заставляло чирикать пирамиды майя, описанные в главе 2. Лестницы могут издавать самые разнообразные звуки. Инженер-акустик Нико Деклерк писал мне об одной крякающей лестнице: «Она находится на реке Меник-Ганга (река Самоцветов), которую нужно пересечь, чтобы попасть в священный город Катарагама… Переправляясь через реку, вы слышите кряканье уток, если хлопаете в ладоши или если женщины на берегу стирают белье и колотят его о камни»[249]. В Европе художник Давиде Тидони надувал и прокалывал воздушные шарики, чтобы продемонстрировать необычную акустику в австрийском городе Линце, в том числе резкий свистящий звук, создаваемый очень длинной лестницей[250].

Странные звуки создаются последовательностью отражений от ступенек, которые искажают хлопок от лопнувшего воздушного шарика или удар в ладоши, и эта последовательность определяется геометрией (рис. 4.6). На рис. 4.7 изображены девяносто отражений от каждой ступени пирамиды майя в Эль-Кастильо. Частота падает приблизительно на октаву, поскольку промежуток между отражениями удваивается.

Рис. 4.6. Чирикающее эхо от лестницы

Вероятно, наиболее удобный способ анализа чирикающего звука – это спектрограммы, которые я использовал при изучении летучих мышей. На рис. 4.8 (верхнее изображение) показано чирикающее эхо от лестницы. Черная вертикальная линия у левого края представляет собой исходный хлопок. Размытые темные линии справа – это отражения, в которых частота уменьшается со временем. Сравните эти акустические отпечатки с криком птицы кетцаль в нижней части рисунка, где видна такая же наклонная линия. Схожее понижение тона объясняет, почему некоторым людям кажется, что эхо от лестницы напоминает чириканье птицы.

Рис. 4.7. Отражение однократного хлопка в ладоши от лестницы храма Кукулькана в Эль-Кастильо