Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Характер звука, отражающегося от лестницы, зависит от того, где стоит хлопающий в ладоши человек, а также от размера и количества ступенек. Скрипящая лестница у Музея комиксов была довольно короткой, и ступенек в ней было недостаточно, чтобы создать длительный звук птичьего пения. Самая длинная лестница в мире проходит вдоль рельса фуникулера на склоне горы Низен в Швейцарии. Она доступна только один раз в год для проведения марафона, и победитель тратит около часа, чтобы взобраться на 11 674 ступеньки. Когда я создал акустическую модель лестницы, она звучала как хриплый клаксон.

Если вам нужна лестница для экспериментов, я посоветовал бы найти тихое место, удаленное от других отражающих поверхностей. Лестница не обязательно должна быть очень длинной, достаточно двадцати ступенек, но чем больше ступенек, тем более впечатляющим получается эффект.

Археологи спорят о назначении лестниц на гранях пирамид майя, а также о том, были ли они построены для того, чтобы имитировать крик птицы кетцаль. Отвлекаясь от этих споров, зададимся вопросом: какие еще звуки могли получить древние майя, если бы изменили геометрию лестниц?

Рис. 4.8. Акустическая сигнатура пирамиды Кукулькана (вверху) и птицы кетцаль (внизу). (Эхо усилено, чтобы были яснее видны наклонные линии чирикающего звука.)

Звук, отражающийся от лестничного пролета, определяется чередой отражений, которые возникают после того, как хлопок в ладоши отражается от каждой ступеньки и возвращается к слушателю. На обычной лестнице более поздние отражения приходят реже, что приводит к снижению частоты чирикающего звука. Но представьте лестницу, сооруженную неумелыми строителями, в которой все ступеньки разного размера. Если у основания лестницы по мере подъема ступеньки будут уменьшаться, то серия отражений от них сформирует звук повышающейся частоты. Если же затем, ближе к вершине, ступени станут шире, то частота звука вновь уменьшится. Соответствующим сочетанием ступенек шириной от 3 до 10 сантиметров можно получить звук, частота которого сначала растет, а затем уменьшается; другими словами, лестница может издавать волчий вой. Такая лестница абсолютно бесполезна, но это будет настоящее акустическое чудо!

Рис. 5.1. Кошачье пианино. (Фото любезно предоставлено CNUM, Conservatoire Numérique des Arts et Métiers, http://cnum.cnam.fr, La Nature, 1883, p. 320.)

Окрашивание моего голоса в туннеле было неприятным, однако оно демонстрирует, почему в старинных описаниях тонического эха голоса модулировались определенным образом. Если хлопнуть в ладоши рядом с лестницей, то можно понять, что отражение на открытом воздухе может звучать как отдельная музыкальная нота. Существует много занимательных легенд об эхе, и самая неправдоподобная из них рассказывает о том, что мелодия, исполняемая на рожке, возвращается в более низкой тональности[251]. Изменение высоты звука противоречит законам физики, но то же самое относится к фразе «кряканье уток не создает эха», и люди с удовольствием повторяют эти небылицы. Вполне возможно, эхо от рожка было обычным розыгрышем, а может, в основе этого эффекта лежит более сложное окрашивание звука, сильно увеличенное при пересказе истории.

Рис. 5.2. Упрощенная иллюстрация из книги Афанасия Кирхера «Phonurgia Nova» (1673)

Независимо от громкости и типа все описанные в этой главе разновидности эха обладают одним общим свойством: чтобы насладиться ими, достаточно одного уха. Это монауральное удовольствие. Теперь обратимся к бинауральным акустическим чудесам – они связаны с тем, как наш мозг использует два уха, чтобы определить местоположение источника звука.

5 За поворотом

Шепот, отражающийся от гигантской полусферы потолка, был описан Уоллесом Сэбином, отцом архитектурной акустики, как «эффект невидимого и дразнящего присутствия»[252]. В огромном куполе мавзолея Гол-Гумбаз в Индии «шагов одного человека достаточно, чтобы создать звук как от группы людей», сообщал известный физик Ч. В. Раман, а «один громкий хлопок в ладоши отчетливо повторялся десять раз»[253]. Когда я спускался в канализационный туннель (см. пролог), мой голос словно прижимался к стенам туннеля, по спирали уходя вдаль и там затихая. Некоторые самые необычные звуковые эффекты могут создаваться простыми вогнутыми поверхностями.

В 1824 г. морской офицер Эдвард Бойд описал, как изогнутая поверхность может значительно усиливать звук, хотя это свойство не всегда приносит пользу. Он писал: «В соборе Агридженто на Сицилии самый тихий шепот с идеальной отчетливостью передается от больших западных дверей на карниз за высоким алтарем – на расстояние в двести пятьдесят футов». К сожалению, исповедальня в соборе была расположена неудачно: «Тайны, не предназначенные для чужих ушей, становились известны всем, что пугало исповедующихся и вызывало скандалы… пока наконец один из любителей подслушивать, чье любопытство было сполна удовлетворено признанием его жены в неверности, не рассказал всем об этой странной особенности, и исповедальню убрали»[254].