Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

В своей статье о шепчущих галереях Ч. В. Раман описывает Голгхар, старое государственное зернохранилище в индийском Банкипуре. Здание, построенное в 1783 г., имеет форму осиного гнезда; высота его составляет 30 метров, и с него открывается великолепный вид. Раман обращает внимание на его внутреннюю акустику: «Вероятно, это единственное в мире здание со свойствами шепчущей галереи. Едва слышный шепот в одном конце отчетливо слышится в другом»[289]. Но меня заинтересовали фотографии внешнего вида здания. Спиральная лестница опоясывает его наподобие горки в старинном парке развлечений. Если внешнюю стену лестницы превратить в плавную кривую, звук сможет подниматься по ней. Это будет шепчущая «горка», дополняющая шепчущую галерею внутри.

Компьютерная программа, с помощью которой я получил анимации для собора Святого Павла, позволила мне конструировать шепчущие галереи необычной формы и проверять, работают ли они. Прежде чем строить театры и концертные залы, с помощью компьютера проверяют, услышит ли актера публика и будут ли разборчивыми объявления, транслируемые громкоговорящей системой оповещения на железнодорожном вокзале. Таким образом, я использовал свои инженерные навыки и научные знания для решения обратной задачи. Вместо того чтобы исключить искажение звука, вызванное искривленными поверхностями, я с помощью тех же инструментов максимизировал звуковые искажения.

Некоторые из работ скульптора Ричарда Серры в Музее Гуггенхайма в испанском Бильбао представляют собой гигантские стальные стены с шепчущим эффектом. Вдохновившись этими работами, я придумал одну необычную конструкцию. Я хотел, чтобы шепот прижимался к S-образной кривой, похожей на зеркало в комнате смеха. Но, к сожалению, звук не прижимается к выпуклому участку. Эту проблему я решил, составив S-образную форму из двух дуг (рис. 5.11). В такой конструкции звук проходит по внутренней поверхности одной дуги, преодолевает маленький промежуток, разделяющий две секции, а затем скользит вдоль внутренней поверхности второй дуги – и приходит к слушающему неожиданно громким.

Подобные места интересны тем, что голос можно услышать на непривычно большом расстоянии, и эффект усиливается в том случае, если звук представляет собой тихий шепот. Математический анализ, выполненный лордом Рэлеем, указывает на еще одну причину предпочтительности шепота: высокие частоты, как в свистящих интонациях шепота, ближе прижимаются к стенам, чем более низкие частоты обычной речи. Кроме того, галерея собора Святого Павла отличается особым качеством передачи звука. Акустики приписывают это свойство небольшому наклону стен. Если стены наклонены внутрь, то меньшая часть звуковой волны уходит вверх, к вершине купола.

Теперь я понимаю, почему в канализационном туннеле мой голос перемещался по спирали. Анализ лорда Рэлея показывает, что эффект прижимания звука к стенам в шепчущих галереях более выражен при большом диаметре окружности, но теория также демонстрирует, что подобный эффект возможен и в помещениях меньшего размера, даже в туннелях диаметром в два метра. Моя голова располагалась у самого потолка канализационного туннеля, и мой голос одновременно уходил в пространство и скользил вдоль вогнутых стен, как это происходит в шепчущей галерее. Это была вовсе не акустическая иллюзия – звук действительно перемещался по спирали.

6 Поющие пески

Через год после визита в собор Святого Павла я отправился в Келсо-Дюнс (рис. 6.1) в пустыне Мохаве в Калифорнии; со мной была специалист по звукозаписи Дайана Хоуп, и мы надеялись услышать пение дюн. Келсо – одно из сорока известных мест, где можно услышать это явление[290]. Чарльз Дарвин рассказывал о холме в Чили под названием Эль-Брамадор – местные жители говорили, что он «ревет» или «воет»[291]. Древние китайские тексты описывают праздники в дюнах Минша: «В день туан-ву (праздник дракона в пятый день пятой луны) мужчины и женщины обычно… съезжают вниз… на доске, отчего песок издает громкий звук, похожий на гром»[292].

Дюна начинает петь, когда с нее осыпается песок. Склон должен быть очень крутым, а песок – очень сухим. Но сухой песок по определению сыпуч, и мои ноги с трудом находили опору на поверхности Келсо. Я приготовился к летней жаре в пустыне, но не понимал, что поиск музыкальных дюн будет похож на аэробную тренировку. Мне не хватало воздуха, когда я поднимался на дюну, но приходилось сдерживать дыхание, чтобы не испортить аудиозапись.

Рис. 6.1. Келсо-Дюнс