Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Люди уже давно выяснили, что изогнутые поверхности усиливают звук и позволяют тайно подслушивать. В XVII в. Афанасий Кирхер дал этому верное объяснение. Мы уже встречались с Кирхером в главе 4, потому что он много писал об эхе. В его трудах также описаны некоторые фантастические устройства, в том числе гигантские слуховые трубы, встроенные в стены королевских опочивален с целью подслушивания. Вероятно, самое известное, или скорее печально известное, его устройство – это Katzenklavier (в буквальном переводе «кошачье пианино»; рис. 5.1). В нем обычная клавиатура установлена перед рядом клеток, в которых сидят кошки. При каждом нажатии на клавишу в хвост одной из несчастных кошек впивается гвоздь, и она издает вопль. Правильно подобрав животных, вопящих на разные голоса, музыкант-садист мог бы сыграть на этом инструменте мелодию. Звук получился бы жуткий, но инструмент предназначался для того, чтобы повлиять на психически больных людей, а не для исполнения произведений Монтеверди или Перселла. К счастью, такой инструмент вряд ли был когда-либо изготовлен.

Возможно, после этого рассказа вы стали сомневаться в здравом уме и рациональности Кирхера. Однако его рисунки свидетельствуют о научном понимании того, как эллиптический потолок способен улучшить слышимость при разговоре двух людей (рис. 5.2).

Линии на рисунке показывают путь звуковых «лучей», идущих от одного собеседника к другому. Эти траектории можно вычислить с помощью линейки и транспортира. Другой способ – представить помещение как бильярдный стол необычной формы; в этом случае звук будет распространяться по траектории отскакивающего от бортов шара (без учета силы тяготения). Если бильярдный шар поместить у рта одного человека и направить в потолок, он всегда попадет к другому. Таким образом, распространяющийся вверх звук фокусируется на слушателе, что позволяет слышать в другом конце большого помещения даже тихий шепот.

Проблема такой планировки заключается в том, что оба собеседника должны стоять в определенных местах, фокусах эллиптического потолка. Такой потолок будет бесполезным, если оратор должен обращаться к большому количеству слушателей, рассеянных по комнате. В 1935 г. финский архитектор Алвар Аалто попытался преодолеть эту трудность, спроектировав волнистый потолок для городской библиотеки в Выборге. (Библиотека находилась на территории Финляндии, но после Второй мировой войны Выборг отошел к Советскому Союзу.) С трибуны потолок выглядит как невысокие волны, накатывающие с моря. Волнистые впадины образуют вогнутые поверхности, каждая из которых должна усиливать звук для определенной группы слушателей. К сожалению, вершина каждой волны отражает звук в направлении трибуны, ослабляя силу отражений, приходящих в дальнюю часть зала, и сидящие сзади плохо слышат оратора. На практике искривленные потолки, предназначенные для фокусировки звука, редко дают ожидаемый эффект[255].

Эллиптический потолок похож скорее на зеркало для бритья, простую вогнутую отражательную поверхность, которая сводит лучи света в одной точке. И потолок, и зеркало для бритья усиливают сигнал, но если для света результатом будет увеличенное изображение, то для звука – повышенная громкость. В зеркале для бритья отражения, попадающие в глаз, искажены, и вы видите увеличенное изображение своего лица. Но для слуха картина иная: отражения, приходящие от разных участков потолка, складываются в передних отделах слуховых каналов, и эта сумма передается в мозг. В целом получается более громкий звук, и удаленные объекты могут казаться ближе.

В книге «Элементы физики» (Elements of Physics) (1827) Нил Эмотт пишет:

Обычный парус корабля, прогибающийся под напором легкого бриза, хорошо собирает звук. Однажды на борту судна, плывшего вдоль побережья Бразилии вдали от земли, проходящие по палубе в одном месте отчетливо слышали звон колоколов, чередующийся с радостными криками толпы. Все, находящиеся на борту, слышали необычные звуки, но причина этого явления так и осталась тайной. Через несколько месяцев выяснилось, что именно в это время в честь праздника звонили колокола в городе Сальвадор на побережье Бразилии; таким образом, звук от них, подгоняемый слабым ветром, преодолел 100 миль [160 километров] над поверхностью воды и сфокусировался парусом в определенном месте, где его можно было услышать[256].