Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Несмотря на радость, которую Гол-Гумбаз доставляет посетителям, шепчущая галерея в нем была случайностью. Решение установить купол над залом приняли уже после начала строительства. Я нашел только одно упоминание о специально сконструированной шепчущей галерее. В номере журнала Trough the Ages Magazine за 1924 г. сообщалось, что «шепчущая галерея в Капитолии штата Миссури [Джефферсон-Сити, 1917] была тщательно рассчитана знаменитым специалистом в области акустики, и это, вне всякого сомнения, первое свидетельство успеха подобного предприятия»[288].

На одной из конференций по акустике я представил несколько анимаций, показывающих, как звуковая волна распространяется по шепчущей галерее. При помощи новейших алгоритмов и мощного компьютера демонстрируется, что шепот скользит по галерее, прижимаясь к стенам. Готовясь к докладу, я зашел в библиотеку, чтобы взять экземпляр акустической библии XIX в., «Теории звука» (The Theory of Sound) лорда Рэлея, которую он написал в Египте, выздоравливая после ревматической лихорадки. Его описание того, что происходит в шепчущих галереях, было легко проиллюстрировать – гораздо легче, чем мои сложные компьютерные модели.

Представьте бильярдный шар на круглом столе, который движется почти параллельно бортику. Шар иллюстрирует, как звук перемещается по галерее, если прошептать несколько слов, приблизившись к стене. Теперь неожиданный эффект становится очевидным: шар прижимается к борту и движется вдоль него, не смещаясь к центру. То же самое происходит со звуком в шепчущей галерее (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Звук в шепчущей галерее

Во время посещения станции прослушивания на холме Тойфельсберг я продемонстрировал эффект шепчущей галереи своему гиду Мартину. Он советовал туристам проверять акустику помещения, стоя в центре купола, но не знал, что голос может скользить вдоль стен. Потом, в те редкие минуты, когда в куполе больше никого не было, я провел измерения: прокалывал воздушный шарик у стены купола, записывая звук у противоположной стены. Такой громкий хлопок приводит к тому, что звук может несколько раз обежать окружность купола, прежде чем затихнет. Один раз я насчитал восемь отчетливых хлопков. На записи одного такого хлопка видны четыре или пять пиков, когда звуковая волна проходит мимо микрофона (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Звук, созданный лопнувшим воздушным шариком в центре купола на холме Тойфельсберг

Но почему галерея в соборе Святого Павла называется «шепчущей», а не «говорящей»? Недавно я вернулся в собор и тайно сделал несколько записей. В галерею лучше всего приходить пораньше, когда народу не слишком много и шум не так силен. Кроме того, рекомендуется захватить с собой помощника, который будет шептать, но я пришел туда один. К счастью, смотритель шептал как раз так, как мне было нужно. Вернувшись в лабораторию, я проанализировал записи, которые выявили одну вескую причину, почему в соборе лучше шептать, чем говорить нормальным голосом: фоновый шум, поднимающийся снизу, в диапазоне обычной речи звучит довольно громко. Но на более высоких частотах, на которых шептал смотритель, фоновый шум гораздо тише, поэтому шипящие звуки не поглощаются посторонним гулом.

Большинство выдающихся звуковых чудес, которые мне удалось найти, были случайными, но какие звуки мы можем получить, если приложим усилия? Какие геометрические формы могут использовать физику, присутствующую в случайных звуковых чудесах, чтобы создать новые акустические эффекты? Примером для подражания может служить живший в XVII в. ученый иезуит Афанасий Кирхер. Он не только описывал свое знаменитое кошачье пианино, но и рисовал фантастические звуковые устройства наподобие говорящих статуй и музыкальной арки, которая автоматизирует сочинение музыки. Возможно, нынешние изобретатели предложат современные версии этих устройств.

Путешествуя по миру в поисках звуковых чудес, я начал мечтать о собственных. Исследуя искажения звука в куполе на холме Тойфельсберг, я вспомнил о комнате смеха с кривыми зеркалами, куда я любил приходить в детстве. Одно зеркало было искривлено таким образом, что превращало меня в уродливого гоблина. Другое удлиняло мне ноги и укорачивало туловище, которое почти исчезало. А можно ли создать шепчущую галерею, используя сложную кривую? Такая конструкция была бы новой; все шепчущие галереи и стены, которые я исследовал, имели форму простых арок, кривых или куполов.

Рис. 5.11. Новые шепчущие стены