Текст книги "Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес"

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]290
  Hunt M. L., Vriend N. M. Booming Sand Dunes // Annual Review of Earth and Planetary Sciences 38. 2010. 281–301. Вероятно, существуют и другие поющие дюны.


[Закрыть]. Чарльз Дарвин рассказывал о холме в Чили под названием Эль-Брамадор – местные жители говорили, что он «ревет» или «воет»[291]291
  Darwin C. Voyage of the Beagle. Stilwell, KS: Digireads.com, 2007. 224.


[Закрыть]. 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]292
  Giles L. Notes on the District of Tun-Huang // Journal of the Royal Asiatic Society 46. 1914. 703–728.


[Закрыть].

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

Я брел по песчаному склону, и звук моих шагов был похож на отрыжку. Это напомнило мне первую часть рассказа Марко Поло. Он писал, что дюны «временами наполняют воздух звуками всевозможных музыкальных инструментов, бьют в барабаны и хлопают в ладоши»[293]293
  Polo M. The Travels of Marco Polo. N. Y.: Cosimo, 2007. 66.


[Закрыть]. У звуков, которые я производил, не было ничего общего с барабанным боем, но они были явно музыкальными. Каждый шаг, дававшийся мне с трудом, отзывался одиночным гудком, словно туба в руках новичка. Ближе к вершине я уже так устал, что карабкался вверх на четвереньках, исполняя комический духовой квартет.

Отрыжка – это любопытно, но я был разочарован, поскольку дюны не пели в полный голос. Я приехал послушать продолжительный гул, якобы достигающий 110 децибел, как на концерте рок-группы, и слышимый на расстоянии мили[294]294
  Dagois-Bohy S., Ngo S., Pont S. C. du, Douady S. Laboratory Singing Sand Avalanches // Ultrasonics 50. 2010. 127–132.


[Закрыть]. Было уже позднее утро. Ветер затруднял звукозапись, жара становилась невыносимой, и мы спустились с дюны, чтобы повторить попытку на следующий день.

В лагере я еще раз прослушал запись своего телефонного разговора с Натали Вренд из Кембриджского университета, которая изучала поющие пески для своей докторской диссертации. Меня беспокоило замечание Натали, что недавно один из ее друзей приезжал в Келсо и был разочарован звуком. Потом я еще раз просмотрел научные статьи. Я надеялся, что если пойму физику этого явления, то завтра у меня повысятся шансы заставить дюны петь по-настоящему. Ученые согласны, что бурчащий песок является необходимым ингредиентом, но спорят о том, что вызывает громкий гул. Может быть, глубокий слой дюны вибрирует подобно гигантскому музыкальному инструменту? Или песчинки объединяются в синхронизированную лавину?

Во время пения тысячи песчинок образуют стройный хор, распределенный на много метров по поверхности дюны. Такой же протяженный оркестр создают водопады, но в качестве музыкантов в них выступают крошечные пузырьки. Самый громкий водопад, который мне приходилось слышать, – это Деттифосс на ледниковой реке Йёкюльсау-ау-Фьёдлюм в Исландии; он считается самым мощным водопадом в Европе. Много лет назад холодным и мрачным утром мы с женой добирались до него на велосипедах. Дорога была больше похожа на колею, вся в ухабах, а северный ветер гнал холодный воздух из Арктики с такой силой, что временами приходилось останавливаться.

Мы с трудом продвигались вперед, сначала через извилистые вересковые пустоши, а затем через зандровую равнину – пустынную местность с ледниковыми выносами и черными вулканическими отложениями, почти без растительности. Оставив велосипеды, мы осторожно подошли к краю утеса, нависавшего над водопадом шириной более 100 метров и высотой 44 метра[295]295
  Данные из World’s Largest Waterfalls by Average Volume // World Waterfall Database, http://www.worldwaterfalldatabase.com/ largest-waterfalls/volume, 27 декабря 2012.


[Закрыть]. Когда я приблизился к краю обрыва, мне стало страшно: каждую секунду в пропасть низвергались 180 кубических метров воды, и падение означало неминуемую смерть. Непрерывный грохот заглушал наши голоса, и, чтобы услышать друг друга, приходилось кричать. Казалось, шум охватывает весь частотный диапазон, от грома басов до пронзительного шипения. Шум водопадов подавлял и изолировал – подобное воздействие использует ЦРУ для создания сенсорной депривации во время допросов[296]296
  Knelman J. Did He or Didn’t He? The Canadian Accused of Inventing CIA Torture // Globe and Mail (Canada), November 17, 2007.


[Закрыть].

Вода – простое вещество, однако она способна издавать самые разные звуки: журчание ручья и грохот волн, шум ливня и звон капели. Описывая Йосемитский водопад, американский натуралист Джон Мьюр писал, что вода «словно выталкивается нерегулярными толчками из огромного пульсирующего сердца горы… Внизу водопад… представляет собой шипящую, гремящую и бурлящую массу… У этого величественного водопада самый богатый и мощный голос из всех водопадов долины; его тональность чрезвычайно разнообразна, от резкого шипения и шелеста блестящих дубовых листьев, которые шевелит ветер, и от мягкого приглушенного шепота сосен до самого громкого воя и рева штормового ветра и грома среди утесов высоких гор»[297]297
  Muir J. John Muir: The Eight Wilderness Discovery Book. Seattle, WA: Diadem, 1992. 623.


[Закрыть].

Ученые не один десяток лет пытались понять, как падающая вода, например разбивающиеся о берег волны, создает звук под водой, поскольку этот шум мешал подводным лодкам услышать врага. Но меня интересовало то, что происходит над поверхностью воды, и ученые, к счастью, теперь занялись и этим вопросом.

Лоран Гэлбран из Университета Хериота-Уатта в Шотландии попытался понять, как получить впечатляющий звук от фонтана, затратив минимальное количество воды, чтобы уменьшить энергопотребление. Одновременно Грег Уоттс с коллегами из Брэдфордского университета в Англии исследовал падение воды на скалы и водные поверхности в поисках звуков, наилучшим образом заглушающих транспортные шумы. Записав самые разнообразные звуки, издаваемые водой, они предложили слушателям оценить, насколько приятен каждый звук. Этот эксперимент должен был проходить в акустической лаборатории, не слишком подходящем помещении для эстетических оценок природных звуков воды. Поэтому исследователи установили декорации. Это была терраса, выходящая в сад, с бамбуковыми занавесками, цветами в горшках и садовой мебелью – у испытуемых требовалось создать соответствующее настроение.

После того как участники эксперимента оценили каждый звук, Уоттс пришел к выводу, что худшие из них были похожи на гудение, вроде того, что издает струя воды, уходящая в водосток или слив раковины. Наивысшую оценку получили журчание и плеск, отличавшиеся естественной непредсказуемостью, – такие звуки издает вода, падающая на неровную поверхность, образованную мелкими камешками. В похожих экспериментах Гэлбран обнаружил, что из всех звуков, издаваемых водой, лучше всего успокаивает тихое журчание медленного ручья[298]298
  Wats G. R., Pheasant R. J., Horoshenkov K. V., Ragonesi L. Measurement and Subjective Assessment of Water Generated Sounds // Acta Acustica united with Acustica 95: 1032–1039 (2009); Galbrun L., Ali T. T. Perceptual Assessment of Water Sounds for Road Traffic Noise Masking // Proceedings of the Acoustics 2012 Nantes Conference, 23–27 April 2012, Nantes, France, 2153–2158.


[Закрыть].

Я удивился, узнав, что является источником звука падающей воды. Недавно группа телевизионщиков снимала фильм в безэховой камере моего университета. Аппарат для скоростной съемки следил за каплей, падающей в наполненный водой садок для рыбы. При замедленном воспроизведении обнаруживается любопытная картина. Падение капли приводит к образованию узкого столба воды, поднимающегося с поверхности, а от него во все стороны расходятся круги. Но чтобы понять, как образуется звук, нужно смотреть сбоку, непосредственно под поверхность воды. Расходящиеся волны впечатляют, однако звук создается в основном одним крошечным пузырьком воздуха. Когда нижняя часть капли пробивает поверхность воды, образуется впадина с крошечным воздушным пузырьком. Диаметр пузырька не превышает нескольких миллиметров, и его легко не заметить и очень трудно заснять. Несмотря на маленький размер пузырька, воздух в нем вибрирует, резонирует и генерирует звон, который проходит через воду и распространяется в воздухе.

Вода, падающая на камни, звучит иначе, потому что при этом не образуются подводные пузырьки (если только камни не покрыты слоем воды). И в этом случае понять механизм образования звука проще, если рассматривать одну каплю воды, падающую на камень и разбивающуюся о его поверхность. Когда капля растекается тонким слоем по камню, она воздействует на окружающий воздух, генерируя звук.

Через пару месяцев после того, как телевизионщики снимали падение капли, я узнал кое-что новое об издаваемых водой звуках – от музыканта Ли Паттерсона. Мы встретились в Озерном крае, и Ли рассказал, что в прудах и ручьях Северной Англии он обнаружил подводные звуки, своим богатством способные соперничать со звуками тропических джунглей. Мы поговорили о произведении, которое он собирался создать, вдохновленный записями, сделанными в Озерном крае. «Поток смеющейся воды» должен стать произведением, напоминающим о разрушительном наводнении, которое обрушилось на соседний город Кокермут несколько лет назад. Ли объяснил, как в его работе будут использованы «разные формы энергии, воплощенные в потоке воды, и звук, который является побочным продуктом этого потока»[299]299
  Патерсон Ли, из личной беседы, 25 мая 2012.


[Закрыть].

В день моего приезда он записывал звуки в маленьком, замкнутом, заполненном водой карьере. Это было идиллическое место (если стоять спиной к уродливому бетонному строению) – ослепительное солнце и пение птиц, доносящееся со всех сторон. Ли пользовался простыми самодельными гидрофонами, изготовленными из блестящего серебристого пьезоэлектрического материала, который вырабатывает электрическое напряжение, деформируемый подводными звуковыми волнами; пластины диэлектрика были вставлены в разноцветные пластиковые пробки от бутылок из-под газированных напитков. Ли опустил гидрофоны в воду, включил усилитель и передал мне наушники.

Я услышал неприятное чавканье и хруст. Создавалось впечатление, что какое-то животное пытается жевать мою барабанную перепонку. Звуки издавали головастики, тыкающиеся в гидрофоны в тщетной надежде обнаружить на пробках водоросли. Головастики плавали среди вырабатывающей кислород подводной растительности, и при тщательном выборе места для гидрофонов можно было услышать странное металлическое шипение, словно от жарящегося на сковороде бекона. Этот звук производила тонкая струйка пузырьков, которые поднимались от растений, как пузырьки шампанского в бокале. Оказалось, что растения, использующие фотосинтез, создают потоки пузырьков[300]300
  Размеры пузырьков ограничены узким диапазоном, радиусом от 1 до 3 миллиметров, что дает узкий диапазон частот, от 1000 до 3000 Гц. Возможно, пузырьки образованы газом, который вырабатывают насекомые, но с учетом колебаний в количестве пузырьков в зависимости от уровня освещенности, о чем рассказал мне Ли, более вероятной причиной является фотосинтез водорослей, которыми изобиловал карьер.


[Закрыть].

Несколько дней спустя я беседовал с Хелен Черски из Саутгемптонского университета, которая изучает механизм формирования звука, возникающего при образовании пузырьков. В ее работе показано, что пузырек выходит из маленького сопла, а звук обусловлен тем, что пузырек, еще не оторвавшийся от сопла, имеет форму слезинки, но, обретая свободу, становится сферическим. Изменение формы вызывает вибрацию пузырька, воздух внутри его резонирует, и формируется звуковая волна. Хелен сомневалась, что тот же процесс имеет место на поверхности водорослей, поскольку естественные пузырьки от фотосинтеза формируются медленнее, и поэтому при их отрыве, вероятно, не наблюдается резкого удара. Она полагала, что я, скорее всего, слышал звук столкновения пузырьков друг с другом или с гидрофонами.

Звук водопада Деттифосс в Исландии можно объяснить, если масштабировать происходящее в одном вибрирующем пузырьке на все огромное количество пузырьков в белом каскаде. Каждый шарик воздуха имеет свои размеры и звенит на собственной частоте. В водопаде миллионы беспорядочных звуков формируют громадный пузырьковый оркестр, который шипит и ревет.

У каждого водопада свой голос. Если в воде преобладают крупные пузырьки, получится низкий ропот. Пузырьки меньшего размера создают шипение, как у Йосемитского водопада, описанного Мьюром. Искажать звук также могут окружающие скалы. Высота водопада Свартифосс на юге Исландии всего 20 метров, а вода низвергается с подковообразных нависающих скал в форме шестиугольных базальтовых колонн. Название Свартифосс переводится как «черный водопад» и обусловлено цветом скал. В тот день, когда я приехал к водопаду, этот цвет подчеркивался пасмурной, дождливой погодой. Но часовая прогулка, даже в дождь, стоила того, поскольку окружающие водопад скалы были не только удивительно красивы, но и усиливали шипение и плеск воды.

Еще один впечатляющий водопад Исландии – это Сельяландсфосс, где вы можете зайти за струю и услышать грохот воды, доносящийся со всех сторон, как от самой струи, ударяющей в озеро, так и отражение звука от скалы. Поток воды неравномерен, и это приводит к колебаниям звука. Если закрыть глаза, создается впечатление, что над головой проходит маленький грузовой состав.

Водопады – довольно распространенное явление, а вот звук приливной волны, которая входит в сужающееся устье реки, удается услышать нечасто. Приливная волна на реке Арагуари в Бразилии на языке индейцев тупи называется pororoca, что переводится как «могучий шум»[301]301
  Rohter L. Far from the Ocean, Surfers Ride Brazil’s Endless Wave // New York Times, March 22, 2004.


[Закрыть]. Но приливную волну можно увидеть и услышать недалеко от моего дома – на реке Северн у города Глостер в Англии. Ранним туманным утром в сентябре, во время короткого бабьего лета, метеорологи предсказывали большую волну, вызванную сильным приливом после осеннего равноденствия. Когда я бродил по берегу реки и искал подходящее место для наблюдения, то видел несколько серферов, которые готовились ловить волну. Сначала я стоял у края воды, но затем понял, что ил вокруг меня – это результат вчерашнего прилива, и поднялся выше. С приливом шутить нельзя. В Китае 3 октября 1993 г. приливная волна смыла восемьдесят шесть человек[302]302
  Более подробно о приливных волнах см. превосходную книгу Pretor-Pinney G. Wavewatcher’s Companion. L.: Bloomsbury, 2010, из которой взяты некоторые факты этого раздела.


[Закрыть].

Я все ждал и ждал. Через двадцать минут после предсказанного времени ниже по течению реки послышался рев. Вода начала биться о противоположный берег прямо напротив меня. Это напоминало океанский прибой, но вместо успокаивающего ритма волн, которые разбиваются о берег одна за другой, прилив формировал неумолкающий гул.

По высоте приливной волны устье реки Северн занимает второе место в мире после залива Фанди в Новой Шотландии – весной волна поднимается на 14 метров. Если посмотреть на карту, то можно увидеть, что река Северн имеет извилистое и сужающееся русло. Но на карте не указано, что при удалении от моря глубина реки резко уменьшается. Когда в устье входит огромная приливная волна, воду гонит вверх по сужающемуся каналу, который становится все мельче и мельче. Избыток воды может направляться только вверх по течению, и в результате образуется приливная волна.

Самое сильное впечатление производит первая волна, но если вы уйдете слишком рано, то пропустите звук «детей», вторичных волн, которые следуют за основной. Эти волны прибывают минут через тридцать после основной, и об их силе можно судить по тому, что они приносят с собой целые деревья и другой мусор. Волны ударяются о берег, создавая грохот, сопровождающийся бурлением и гулом огромной массы движущейся воды, – получается смесь прибоя на пляже и звука воды, уходящей в городской водосток.

По силе звука приливной волны река Северн занимает пятое место, уступая, например, волне pororoca в Бразилии. Китайский поэт Юань так описывал прилив на реке Цяньтан: «Словно 10 000 лошадей вырвались из загона и бьют в небесный барабан, и 56 огромных легендарных черепах перевернулись, обрушив снежную гору»[303]303
  Dai Z., Zhou C. The Qiantang Bore // International Journal of Sediment Research 1. 1987. 21–26.


[Закрыть]. В 1888 г. У. Усборн Мур, капитан Королевского флота, использовал более понятные для европейцев термины: «Тихой, безветренной ночью волну можно услышать с расстояния 14 или 15 миль, за час и двадцать минут до ее появления. Шум нарастает постепенно, пока волна не проходит мимо наблюдателя на берегу с ревом, лишь немного уступающим грохоту порогов ниже Ниагары»[304]304
  Moore W. U. The Bore of the Tsien-Tang-Kiang // Proceedings of the Institution of Civil Engineers 99. 1890. 297–304.


[Закрыть].

Юбер Шансон изучал акустику приливной волны неподалеку от Мон-Сен-Мишель на севере Франции[305]305
  Chanson H. The Rumble Sound Generated by a Tidal Bore Event in the Baie du Mont Saint Michel // Journal of the Acoustical Society of America 125. 2009. 3561–3568.


[Закрыть]. Грохот основной волны вызван пузырями, образующимися в воде, а высокие частоты – ударами волн о скалы и быки моста. Преобладают низкие частоты в диапазоне от 74 до 131 Гц, что соответствует нижней октаве фортепиано.

Если писателю требуются эпитеты для описания звука приливной волны, ему стоит обратить внимание на стихотворение английского поэта-романтика Роберта Саути «Лодорский водопад» (The Cataract of Lodore). Для описания Лодорского водопада в английском Озерном крае в стихотворении, сочиненном в начале XIX в., используется такой прием, как звукоподражание. Длиной более ста строк, оно, вероятно, включает весь возможный набор деепричастий для описания движущейся воды: «Кипя, / Шипя, / Журча, / Ворча… Мелькая, шурша…»[306]306
  Перевод А. Шмульяна.


[Закрыть] Но вода разговаривает с нами не только с помощью водопадов и довольно редких приливных волн; мы получаем огромное удовольствие от тихих и умиротворяющих звуков, таких как журчание ручья. Примечательно, что и в ревущей приливной волне, и в неспешно струящемся ручье крошечные пузырьки воздуха создают звук на частотах, к которым наш слух наиболее чувствителен. Похоже, физика полностью соответствует романтической поэзии Саути. Но, возможно, это не просто совпадение. Быть может, наш слух в процессе эволюции сформировался для того, чтобы различать частоты, издаваемые движущейся водой. В конце концов, если бы наш слух работал в другом частотном диапазоне, мы не слышали бы воду – вещество, необходимое для выживания.

Частота плеска падающей в воду капли может быть вычислена по радиусу формирующегося воздушного пузырька. Существует также математическая зависимость между размерами и частотой звучания замерзшей воды. Во время нашей поездки в Исландию мы с женой побывали на южном побережье, где от ледника Брейдамеркурйокудль откалываются айсберги и уплывают в лагуну Йокулсалон. Глыбы неправильной формы, яркий голубой цвет которых кажется неестественным, разламываются и дрейфуют к морю или выбрасываются волнами на черные вулканические пляжи. Туристы ненадолго останавливаются в этом месте, фотографируют или садятся в лодку, чтобы рассмотреть айсберги вблизи, а затем едут дальше по кольцевой дороге. Мы решили разбить лагерь на берегу лагуны. Ночью, когда стих шум от машин и лодок, мы слушали мелодичный перезвон. Маленькие обломки льда слегка покачивались на плещущих волнах, ударялись друг о друга и исполняли ритмичную музыку, напоминающую звон бубенцов.

Частота звука зависит от размера льдинок, что демонстрирует норвежский барабанщик и композитор Терье Исунгсет с помощью своего ледяного ксилофона. Через много лет после путешествия в Исландию я отправился в Королевский Северный колледж музыки в английском Манчестере, чтобы послушать инструменты, названные Исунгсетом «единственными, которые можно выпить после того, как сыграешь на них»[307]307
  Исунгсет Терье, комментарии публике на концерте в Королевском Северном колледже музыки в Манчестере, Англия, 7 ноября 2011.


[Закрыть]. Этот музыкант с внешностью норвежского викинга и с густыми всклокоченными волосами во время концерта одет в парку. Волнующие звуки его музыки напомнили мне о путешествии в Норвегию.

На концерте было холодно – как скандинавским летом. Даже если принять все меры предосторожности, музыкальные инструменты быстро таяли. Ассистент в толстой зимней куртке и перчатках выносит ледяную трубу или пластины ксилофона. После окончания концерта он быстро заворачивает инструменты и уносит их в морозилку.

Ледяная труба звучит громко. Мундштук у нее не изо льда, чтобы губы Терье не примерзали к инструменту. У трубы простой звук, как у охотничьего рожка, и я вспоминаю о морских раковинах, которые я однажды слышал в Мадриде. С точки зрения акустики материал духового инструмента не имеет значения – необходимо только, чтобы он был твердым, о чем говорилось в главе 4. Раковина, рог и лед – разные материалы, но для звуковой волны, распространяющейся по каналу инструмента, они совершенно одинаковы, то есть воздухонепроницаемы. Значение имеет размер канала и движение губ музыканта. Научные измерения показали, что морские раковины характеризуются экспоненциальным распределением частот как у валторны, что создает характерный тембр, помогает усиливать и излучать звук[308]308
  Taylor L. R., Prasad M. G., Bhat R. B. Acoustical Characteristics of a Conch Shell Trumpet // Journal of the Acoustical Society of America 95. 1994. 2912.


[Закрыть]. Думаю, ледяная труба использует тот же принцип.

У ксилофона было пять пластин на ледяной раме, и излучаемые ими частоты определялись их размерами. Пластины вырезали изо льда норвежского озера с помощью цепочной пилы, тщательно обработали, а затем доставили в Англию. В отличие от трубы материал ксилофона очень важен, поскольку лед активно вибрирует. Колебания пластины передаются молекулам воздуха, создавая звуковые волны, которые по воздуху передаются слушателям. Воздух в раме также резонирует, усиливая колебания воздуха в зале и увеличивая громкость звука.

Терье не мог использовать любой старый лед. Ему требовался лед с подходящей микроскопической структурой. Вот как об этом говорит сам Терье: «Если у вас есть 100 кусков льда, все они будут звучать по-разному. Возможно, у трех звук окажется фантастическим»[309]309
  Wyse P. The Iceman Bloweth // Guardian (London), December 3, 2008.


[Закрыть]. Микроскопическая структура пластины зависит от того, насколько чистой была замерзшая вода, а также от условий образования льда, особенно температуры окружающей среды, которая определяет скорость замерзания. Предпочтительнее медленное замерзание, поскольку в этом случае формируется регулярная кристаллическая структура с меньшим количеством дефектов и звук ледяной пластины получается звонким, а не глухим.

Звучание ледяного инструмента было типичным для ксилофона, но я сразу же определил, что его пластины изготовлены не из дерева или металла. Они звенели, как пустые стеклянные бутылки, по которым ударяют мягким молоточком. Чистые и прозрачные ноты как нельзя лучше соответствовали материалу. Однако эти два прилагательных – чистые и прозрачные – могут служить свидетельством того, как на оценку слуховых ощущений влияет то, что мы видим. Какой еще звук может издавать прозрачная пластина? Только прозрачный[310]310
  Это напоминает мне о статье в одном ужасном журнале, посвященном аппаратуре hi-fi, где утверждалось, что материал полки, на которой стоит проигрыватель компакт-дисков, существенно влияет на звук – деревянные полки дают теплый звук, а стеклянные – более чистый!


[Закрыть].

Ученые выяснили, что мы можем на слух различать материалы пластин только в том случае, если они обладают существенно разными физическими свойствами, например дерево и металл[311]311
  Giordano B. L., McAdams S. Material Identification of Real Impact Sounds: Effects of Size Variation in Steel, Glass, Wood, and Plexiglass Plates // Journal of the Acoustical Society of America 119. 2006. 1171–1181.


[Закрыть]. Слушатели ориентируются на длительность звука. Внутреннее трение в зернистом дереве выше, чем в металле, поэтому колебания в дереве затухают быстрее. Вот почему ксилофон из розового дерева «тренькает», а металлический глокеншпиль звенит.

Мелодичный звон ледяного ксилофона совсем не похож на треск, гул и свист, который слышат рабочие, вырезающие из замерзшего озера лед для инструментов Терье. Когда над озером восходит солнце, лед нагревается и начинает трещать, а вечером, остывая, хрустит и поет. Это звуковое отображение тех сил, которые формируют нашу планету. С помощью гидрофонов ученые измеряют звук этих природных процессов, чтобы оценить толщину ледяного покрова в Арктике[312]312
  Chernets O., Fricke J. R. Estimation of Arctic Ice Thickness from Ambient Noise // Journal of the Acoustical Society of America 96. 1994. 3232–3233.


[Закрыть].

Намереваясь больше узнать о невероятном диапазоне естественных звуков, издаваемых льдом, – треске, шипении, глухих ударах и звуке лопнувшей струны, – я встретился с музыкантом Питером Кьюсаком в одном из шумных кафе Манчестера. Питер принадлежит к акустической интеллигенции – говорит тихо, а его описания исключительно точны. Он рассказал мне о десяти днях, которые провел на озере Байкал в Сибири, записывая его звуки. Это озеро, которое называют «жемчужиной Сибири», содержит около 20 % мировых запасов пресной воды – больше, чем все североамериканские Великие озера вместе взятые. Весной толстый лед постепенно тает, и на нем образуются потоки воды. Толстые куски в форме сосулек откалываются от ледяного щита и плавают в воде, подталкиваемые водой и ветром. Миллионы этих ледяных осколков сталкиваются, создавая, как выразился Питер, «звенящий, мерцающий и шипящий звук»[313]313
  Кьюсак Питер, из личной беседы, 7 января, 2012.


[Закрыть].

На другом краю земли, в море Росса в Антарктике, Крис Уотсон записал похожее превращение ледника в морскую воду, используя гидрофоны, опущенные под воду или внедренные в толщу ледника. Море Росса – это глубокий залив Южного океана, где базировались первые исследователи Антарктики, в том числе Скотт, Шеклтон и Амундсен. Крис описывал, как огромные глыбы льда, некоторые величиной с дом, откалывались от ледника и падали в замерзшее море. Звук откалывающихся глыб был резким, как выстрел из пистолета. Трение сползающего в море льда создавало «необычные скрипящие звуки… похожие на электронную музыку 1950-х или начала 1960-х гг.»[314]314
  Уотсон Крис, из личной беседы, 15 ноября, 2011.


[Закрыть]. Внешне лед казался молчаливым и неподвижным, но гидрофоны Криса улавливали активное движение внутри. В процессе дальнейшего превращения подтаявший лед издавал хруст и треск. «Это один из самых впечатляющих звуков, которые мне приходилось слышать, потому что ты понимаешь, что это такое», – объяснял Крис. Южный океан с расстояния десятков миль двигал свою огромную массу льда, заставляя ее ломаться.

Если пройти по толстому льду озера, можно услышать реверберирующие раскаты – признак смещения льда. На более тонком льду ударившийся о поверхность камень порождает необычные высокие звуки. Как-то раз зимним днем, катаясь на горном велосипеде по тропинкам леса Ландегла на севере Уэльса – это было вскоре после концерта ледяной музыки, – я наткнулся на замерзшее озеро с тонким льдом толщиной около 5 сантиметров. Скользящие по поверхности камни издавали череду звуков, похожих на звук лопнувшей струны или на выстрел из лазерного ружья в научно-фантастическом фильме. Звуки казались какими-то неземными из-за резкого падения тональности – такое глиссандо редко встречается в повседневной жизни.

Каждый раз, когда камень ударялся о твердую поверхность, по льду пробегала короткая вибрация и колебания излучались в воздух в виде резкого звука. В воздухе разные частоты распространяются с одинаковой скоростью и поэтому приходят одновременно. Но во льду картина меняется. Высокие частоты передаются быстрее и приходят первыми, а уже вслед за ними более медленные низкие частоты – так формируется глиссандо. Такая же картина наблюдается в длинных тросах. Когда звукорежиссер Бен Бёртт придумывал эффекты для «Звездных войн», то звук лазерной пушки он создал на основе записи ударов молотка по туго натянутому тросу, удерживающему антенную мачту[315]315
  Van der Spuy R. AdvancED Game Design with Flash. N. Y.: friendsofED, 2010. 462.


[Закрыть].

По мнению шведского акустика и конькобежца Гуннара Лундмарка, высокий звук, издаваемый льдом, можно использовать для проверки толщины и надежности льда на замерзших озерах. Когда конек скользит по поверхности, во льду возникают слабые колебания, генерирующие звук, основная частота которого определяется толщиной замерзшего слоя воды. Вы не услышите звук от собственных коньков, поскольку он направлен в стороны, но чужие коньки можно услышать на расстоянии около 20 метров. Лундмарк провел ряд измерений, чтобы проверить это предположение: «Мой помощник, мой легкий маленький сын… бил по льду топориком, а я… записывал звук с помощью микрофона и мини-диска, стоя в безопасном месте»[316]316
  Lundmark G. Skating on Thin Ice – and the Acoustics of Infinite Plates. (Доклад представлен на Internoise 2001, the 2001 International Congress and Exhibition on Noise Control Engineering. The Hague, Netherlands, August 27–30, 2001.)


[Закрыть]. Лундмарк пришел к выводу, что если частота приближается к 440 Гц (в музыкальных терминах это нота ля, по которой настраивается оркестр), то лед в большинстве случаев безопасен, но если частота чуть выше – скажем, 660 Гц (или нота ми через пять белых клавиш вправо на клавиатуре фортепьяно), – в этом случае толщина льда не превышает 5 сантиметров и ступать на него опасно. Однако, чтобы воспользоваться звуковыми свойствами льда, конькобежец должен на слух различать ноты, а на это способны только люди с абсолютным слухом. Немузыкальным любителям коньков придется определять толщину льда другим способом.

В случае со льдом имеет место однозначная зависимость частоты шума, создаваемого льдинкой, от ее размера. То же самое справедливо для воздушных пузырьков в воде. Но можно ли выявить похожую математическую зависимость между размерами песчинок и частотой пения дюн? Вполне логичное предположение, поскольку такая связь существует для большинства источников звука: скрипка, например, меньше контрабаса. Однако по поводу влияния размера песчинок на голос дюны разгорелись жаркие споры, и имеющиеся данные не позволяют прийти к однозначным выводам. Лабораторные эксперименты, проведенные Симоном Дагуа-Бои и его коллегами из Университета Париж VII имени Дени Дидро во Франции, возможно, склонили чашу весов в пользу гипотезы, что частоту пения дюны действительно определяет размер песчинок. Дагуа-Бои взял песок из дюны в окрестностях Аль-Ашхары в Омане и показал, что если песок просеять, разделив песчинки разного размера, то звук меняется. До просеивания размер песчинок составлял от 150 до 310 микрон и они генерировали гудение на частоте от 90 до 150 Гц. Когда песок просеяли, чтобы отделить частицы приблизительно одинакового размера, от 200 до 250 микрон, слышалась чистая нота на частоте 90 Гц[317]317
  Dagois-Bohy S., Courrech du Pont S., Douady S. Singing-Sand Avalanches without Dunes // Geophysical Research Letters 39. 2012. L20310.


[Закрыть].

В начале XX в. путешественник Айме Чиффли во время 16 000-километрового путешествия верхом из Аргентины в Вашингтон провел ночь на поющей дюне на побережье Перу. Он вспоминал, что местные жители предупреждали его, что «песчаный холм… посещают призраки и что каждую ночь умершие индейцы пляшут там под звук барабанов. Они рассказали ему так много историй, от которых кровь стынет в жилах, что он стал думать, что ему повезло остаться в живых»[318]318
  Yarham E. R. Mystery of Singing Sands // Natural History 56. 1947. 324–325.


[Закрыть]. Неудивительно, что необъяснимые природные звуки окружены многочисленными легендами. Кэмпбелл Грант, изучавший наскальные рисунки Северной Америки, отмечает, что среди них часто встречается изображение буревестника. «Считалось, что грозу вызывает огромная птица; гром – хлопая крыльями, а молнию – открывая и закрывая глаза»[319]319
  Grant C. Rock Art of the American Indian. Dillon, CO: VistaBooks, 1992.


[Закрыть].

У грома можно различить две отчетливые акустические фазы: треск и раскаты. Их в точности воспроизводит звуковой эффект, впервые записанный в 1931 г. для фильма «Франкенштейн» (Frankenstein). Этот звук пугал многих киногероев – Губку Боба Квадратные Штаны, Скуби-Ду, Чарли Брауна. Его так часто использовали все эти годы, что если на экране появлялся дом с привидениями в грозу, то его обязательно сопровождала эта запись[320]320
  Sound Effects: Castle Tunder // Hollywood Lost and Found, http://www.hollywoodlostandfound.net/sound/castlethunder.html, 31 декабря 2012.


[Закрыть]. На самом деле этот гром довольно смирный, и мне приходилось слышать настоящие грозы, которые пугали меня гораздо сильнее. Помню, я однажды проснулся от такого громкого треска, что решил, что в дом молния попала. Голливудский звукорежиссер Тим Гедемер объяснил мне, что если нужно воспроизвести в фильме мощный удар грома – когда сотрясается земля и освещается все небо, а «душа уходит в пятки», – то одной записи природной стихии для этого недостаточно. Можно начать с реального звука, но затем он добавил бы звуки, отсутствующие в грозе, чтобы зрителя «пробирало до печенок»[321]321
  Тим Гедемер, из личной беседы, 24 июня 2012.


[Закрыть].

В детстве меня научили определять время между вспышкой молнии и раскатом грома, чтобы оценить, как далеко ударил электрический разряд. Вычисления используют тот факт, что скорость звука гораздо меньше скорости света. Звук распространяется со скоростью около 340 метров в секунду, и 3-секундная пауза между молнией и громом указывает, что гроза бушует приблизительно в 1 километре от вас (5 секунд указывают на расстояние в 1 милю). То есть я никогда не сомневался, что причиной грома служит молния, однако вплоть до XIX в. эта причинно-следственная связь считалась не столь очевидной. Греческий философ Аристотель, первым применивший научные методы для исследования природных явлений, был убежден, что гром обусловлен выбросом горючего пара из облаков. Бенджамин Франклин (один из отцов-основателей Соединенных Штатов), римский философ Лукреций и француз Рене Декарт, один из основоположников современной физики, – все они считали, что раскаты грома вызваны столкновением облаков. Одна из причин, по которым молнию не связывали с громом, – трудности в исследовании этого явления. Невозможно точно предсказать, где и когда возникнет молния, и поэтому измерения зачастую производились на большом удалении от грозы.