Текст книги "Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес"
Автор книги: Тревор Кокс
Жанр: Прочая образовательная литература, Наука и Образование
Возрастные ограничения: +16
сообщить о неприемлемом содержимом
Текущая страница: 9 (всего у книги 17 страниц)
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]251
Remarkable Echoes // The Family Magazine. Cincinnati, OH: J. A. James, 1841. 107.
[Закрыть]. 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]252
Sabine W. C. Collected Papers on Acoustics. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1922. 257.
[Закрыть]. 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]253
Raman C. V. On Whispering Galleries // Bulletin of the Indian Association for the Cultivation of Science 7. 1922. 159–172.
[Закрыть]. 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]254
Boid E. Travels through Sicily and the Lipari Islands, in the Month of December, 1824 by a Naval Officer. L.: T. Flint, 1827. 155–156. В статьях У. К. Сэбина можно найти интересный анализ достоверности этой истории.
[Закрыть].
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]255
Cox T. J. Comment on article Nico F. Declercq et al.: An Acoustic Diffraction Study of a Specifically Designed Auditorium Having a Corrugated Ceiling: Alvar Aalto’s Lecture Room // Acta Acustica united with Acustica 97. 2011. 909.
[Закрыть].
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]256
Arnot N. Elements of Physics. L.: Printed for Tomas and George Underwood, 1827. xxix – xxx.
[Закрыть].
Правдива ли эта история? Может ли акустическое зеркало уловить звон колоколов на расстоянии 100 миль? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно обратиться к современным примерам. В Англии, в обсерватории Джодрелл-Бэнк к югу от Манчестера, находится гигантская тарелка – радиотелескоп имени Б. Ловелла. Этот телескоп использует такой же процесс фокусировки для приема и усиления радиоволн, и в прошлом он сыграл важную роль в космической гонке. Когда в 1966 г. советский зонд «Луна-9» удивил Запад, совершив посадку на Луну, обсерватория перехватила сигнал, передаваемый зондом. Направив сигнал в факсимильный аппарат, ученые получили изображение лунной поверхности, которое в британской газете появилось раньше, чем в Советском Союзе.
В тени гигантского телескопа стоят две шепчущие тарелки. (Существуют и другие шепчущие тарелки – в научных музеях и парках скульптур.) В последний раз, когда я был там, мои сыновья-подростки шепотом обзывали друг друга обидными словами. Эти звуковые зеркала находились на расстоянии 25 метров друг от друга, но шепот звучал очень громко. Однако парусное судно, описанное Эмоттом, находилось не в нескольких десятках метрах от Сальвадора, а гораздо дальше.
На побережье Англии можно увидеть остатки акустических зеркал, предназначенных для относительно больших расстояний. Это громадные уродливые чаши из бетона, обычно 4–5 метров диаметром, обращенные к морю. Они были построены в начале XX в. в качестве системы раннего предупреждения, обнаруживавшей вражеские самолеты. Большинство таких сооружений имеют форму чаши, но в Динге в графстве Кент можно также увидеть широкую дугу из выцветшего бетона. Высота дуги составляет 5 метров, ширина – 60 метров; это приблизительно пять двухэтажных автобусов, поставленных друг за другом. Стена имеет изгиб как по горизонтали, так и по вертикали, чтобы усиливать звук моторов приближающихся самолетов.
Испытания показали, что большое вытянутое звуковое зеркало способно заметить самолет на расстоянии 32 километров, когда вражеская авиация преодолела только треть пролива Ла-Манш. Однако при плохой погоде авиация могла приблизиться на расстояние 10 километров, а расслышать самолеты с более тихими моторами было довольно трудно[257]257
Zimmerman D. Britain’s Shield: Radar and the Defeat of the Lufwaffe. Stroud, Gloucestershire: Suton, 2001. 22; J. Ferris. Fighter Defence before Fighter Command: The Rise of Strategic Air Defence in Great Britain, 1917–1934 // Journal of Military History 63. 1999. 845–884.
[Закрыть]. Даже в хорошую погоду эти акустические зеркала обеспечивали всего десять минут дополнительного времени. В 1937 г. был создан рабочий образец радара, и от плана строительства широкой сети звуковых зеркал отказались.
Если принять во внимание небольшую дальность обнаружения бетонных акустических зеркал, то утверждение, что парус судна фокусировал звуки праздника на расстоянии 100 миль, кажется неправдоподобным. Однако ключ к разгадке, возможно, дает катастрофа, случившаяся несколько лет назад в Англии.
В декабре 2005 г. в резервуаре нефтяного терминала в Бансфилде произошел мощный взрыв, от которого зазвенели окна в Бельгии, на расстоянии 270 километров[258]258
Can Sound Really Travel 200 Miles?” BBC News, December 13, 2005, http://news.bbc.co.uk/1/hi/magazine/4521232.stm.
[Закрыть]. Это был один из самых сильных взрывов в мирной Европе – 2,4 балла по шкале Рихтера[259]259
Buncefeld Oil Depot Explosion ‘May Have Damaged Environment for Decades,’ Hears Health and Safety Trial // Daily Mail, April 15, 2010, http://www.dailymail.co.uk/news/ article-1266217/Buncefeld-oil-depot-explosion-damaged-environment-decades.html.
[Закрыть]. И хотя взрыв в Бансфилде был очень мощным, начальная громкость не объясняет огромное расстояние, на котором был слышен его звук.
Катастрофа случилась ясным, безветренным и морозным утром, когда слой холодного воздуха был прижат к земле теплым воздухом, поднявшимся выше. Без этой температурной инверсии бельгийцы ничего бы не услышали. При взрыве резервуара звуковые волны распространялись бы во всех направлениях, как круги от брошенного в пруд камня. Бо́льшая часть звука ушла бы в небо и в обычных условиях никогда бы не вернулась. Но в условиях температурной инверсии звук, распространявшийся вверх, вернулся к земле, и его можно было услышать.
Любопытно, что немаловажную роль в истории, рассказанной Эмоттом, играла погода. История могла бы быть правдивой, если бы температурная инверсия помогла направить звук в вогнутый парус.
Однажды мне довелось выступать перед несколькими тысячами детей в Королевском Альберт-холле. Этот зал, больше известный в качестве концертной площадки, на самом деле предназначен для пропаганды искусства и науки и был построен на земле, приобретенной на доходы от Всемирной выставки 1851 г. Для новичка вроде меня сложное научное шоу – очень серьезная проблема, которая в моем случае усиливается размерами помещения. К счастью, с момента открытия зала его акустика была значительно улучшена. И действительно, при произнесении речи на его открытии у принца Уэльского возникли некоторые трудности. Вот что писала газета Times в 1871 г.:
Его высочество произносил речь медленно и отчетливо, но ему немного мешало эхо, которое внезапно отражалось от органа или картинной галереи и повторяло слова с насмешливой интонацией, которая в других обстоятельствах была бы забавной[260]260
Metkemeijer R. A. The Acoustics of the Auditorium of the Royal Albert Hall before and after Redevelopment // Proceedings of the Institute of Acoustics, 19, no. 3. 2002. 57–66.
[Закрыть].
Вероятно, насмешливое эхо вызывали изогнутые поверхности, которыми изобилует зал. План здания, если смотреть сверху, имеет форму эллипса, а само здание увенчано большим куполом. Изогнутые поверхности фокусируют звук подобно эллиптическому потолку Кирхера, но восприятие этих отражений зависит от размера зала. В огромном Альберт-холле кривизна создает катастрофическое эхо. Звук как будто идет из нескольких мест, а не только со сцены. В маленьком помещении сфокусированный звук возвращается быстро, а в большом отражения приходят с задержкой.
Это явление вы можете проверить вместе с помощником[261]261
Я нашел описание этого опыта в Cremer L., Muller H. A. Principles and Applications of Room Acoustics. Translated by T. J. Schultz. L.: Applied Science, 1982.
[Закрыть]. Найдите открытое пространство с большой отражающей звук стеной, например здание на границе парка или край карьера. Лучше всего, чтобы это было тихое место, удаленное от источников шума. Чтобы эксперимент получился, нужно слышать звук, отражающийся только от стены, но не от других объектов. Если отражающая поверхность достаточно велика, она не обязательно должна быть вогнутой. Если вы с помощником встанете на некотором расстоянии друг от друга и на одинаковом удалении от стены, то эффект будет более выраженным. Лучше всего проводить эксперимент, когда идет снег, – звук, отражающийся от земли, будет поглощаться снегом, а весь транспорт встанет.
Приближайтесь к стене, беседуя с помощником, и в определенном месте вы услышите звук, отраженный от здания. Чем ближе к стене, тем громче будет эхо, поскольку звук проходит меньшее расстояние. Но если вы не остановитесь, то начиная приблизительно с 17 метров громкость отражения будет постепенно уменьшаться, а на расстоянии около 8 метров от стены исчезнет совсем. На самом деле отражение никуда не исчезает, просто оно не воспринимается отдельно: мозг объединяет его со звуком, приходящим непосредственно от помощника.
Способ, которым мозг объединяет звуки, очень важен, поскольку в противном случае быстро наступила бы перегрузка от огромного количества приходящих к нам отражений. Когда я печатаю это предложение, щелчки клавиатуры отражаются от письменного стола, монитора, телефона, потолка и т. д. Мой слух не перегружается всеми этими отражениями; мне по-прежнему кажется, что звук идет непосредственно от клавиатуры, как и должно быть.
То же самое происходит в маленькой комнате Кирхера. Отражения от эллиптического потолка приходят очень быстро, и, если они не слишком громкие, мозг не воспринимает их отдельно от звука, приходящего непосредственно от собеседника. А вот в большом Альберт-холле сфокусированные отражения приходят с большей задержкой, создавая «насмешливое» эхо.
Инженеры-акустики много раз пытались убрать эхо из Альберт-холла. Самым успешным оказалось следующее решение: подвесить под потолком «грибы». Большие диски, воплощавшие идею Кена Ширера из BBC, были подвешены к основанию купола в 1968 г.: они отражают звуковые волны, возвращающиеся от купола.
Хотя мы уже лишены возможности насладиться эхом от потолка Альберт-холла, в нашем распоряжении осталось еще много куполов. В нескольких милях от моего дома находится Центральная библиотека Манчестера с огромным куполом, фокальная точка которого расположена рядом с аппаратами для микрофиширования. Каждый раз, когда стеклянная пластинка опускается на микрофишу, от потолка отражается неожиданно громкое эхо.
В настоящее время библиотека закрыта на реконструкцию. Остается надеяться, что строительные работы не изменят акустику, как это произошло с американским Капитолием в Вашингтоне в XIX в., когда исчезло знаменитое шепчущее эхо от его купола[262]262
Tests Explain Mystery of ‘Whispering Galleries’. Popular Science Monthly 129. October 1936. 21.
[Закрыть]. Купол Капитолия представлял собой почти идеальную полусферу с центром на высоте человеческого роста, и хотя потолок выглядел кессонным, с квадратными углублениями, на самом деле он был гладким, а иллюзию объема создавала роспись. До 1901 г. это помещение с куполом было очень популярным у туристов. В 1894 г. газета New York Times писала:
Шепчущая галерея по-прежнему держит пальму первенства среди достопримечательностей этого грандиозного мраморного сооружения. Когда давнишний житель Вашингтона знакомится с тайнами эха и других акустических явлений, которыми изобилует это старинное помещение, ему становится немного стыдно, что он до сих пор не знал о таком замечательном развлечении[263]263
Tourists Fill Washington: Nation’s Capital the Mecca of Many Sightseers // New York Times, April 16, 1894.
[Закрыть].
Но развлечение для туристов было настоящим кошмаром для дебатов в палате представителей. Вот как в 1893 г. описывала их газета Lewiton Daily Sun:
Оратор, не проявивший должной осторожности и сдвинувшийся с места во время своей речи, обнаруживает, что акустика вольно обращается с его красноречием, превращая крещендо в комические вопли или заставляя самые тихие звуки, произнесенные театральным шепотом, взвизгивать и выть по мере того, как он перемещается от одной фокальной точки эха к другой[264]264
A Hall of Statuary: An Interesting Spot at the Great Capitol // Lewiton Daily Sun, December 9, 1893.
[Закрыть].
В 1898 г. взрыв газа и пожар в другой части здания привели к тому, что деревянный купол заменили огнестойкой конструкцией. Фальшивый кессонный потолок заменили настоящим, из штукатурки, в результате чего эффект фокусировки звука ослаб и стал менее заметным. Как отметил выдающийся акустик Лотар Кремер, «ко всеобщему разочарованию, знаменитый фокусирующий эффект значительно ослаб, поскольку точное геометрическое отражение сменилось нечетким диффузным»[265]265
Cremer, Muller. Principles and Applications.
[Закрыть].
Заменить гладкую поверхность на другую, покрытую углублениями и выступами, – все равно что взять идеальное оптическое зеркало и поцарапать его или сделать матовым. Неровности поверхности приводят к тому, что свет или звук рассеиваются и не попадают в фокальную точку. В случае оптического зеркала изображение получается размытым; у купола Капитолия это рассеяние ослабляет отражения звука, и шепот звучит тише, а голоса искажаются меньше.
Влияние потолочных ячеек на фокусировку звука в Капитолии напоминает мне инженерный проект, над которым я работал несколько лет назад. Я разрабатывал рассеивающие поверхности для большого круглого Театра Расмусона в Национальном музее американских индейцев в Вашингтоне. Чтобы искривленные поверхности не фокусировали звук и не создавали эха, я разработал бугристое покрытие, которое, подобно ячейкам на потолке Капитолия, рассеивало звук во всех направлениях, а не отражало в фокальную точку. Профиль этого диффузора похож на силуэт города на фоне неба (рис. 5.3). Когда звуковые волны сталкиваются с диффузором, выступы разной высоты направляют отражения в разные стороны.
Рис. 5.3. Диффузор, сконструированный для вогнутой стены Национального музея американских индейцев
Моя задача состояла в том, чтобы определить, в каких местах помещать «небоскребы» и какой они должны быть высоты. Я использовал метод проб и ошибок, в котором компьютерная программа проверяет множество разных профилей. Для каждой конфигурации программа просчитывает, как звук будет отражаться от поверхности, и определяет, устранится ли фокусировка звука от изогнутой стены. Программа меняет конфигурацию «небоскребов», пока не будет найдено удовлетворительное решение. Этот интерактивный процесс, известный как численный метод оптимизации, используется в разных областях инженерного дела, в том числе при проектировании деталей космических челноков. Одна из причин эффективности метода заключается в том, что акустические диффузоры позволяют проектировать поверхности, которые соответствуют внешнему виду помещения. Акустические решения совсем не обязательно должны быть уродливыми. Какие бы формы ни выбрал архитектор – кривые, «силуэты», пирамиды, – этот метод поможет найти характеристики, которые обеспечат наилучшую акустику[266]266
Более подробно об этом методе проектирования – в моей статье: Cox T. J., D’Antonio P. Acoustic Absorbers and Diffusers, 2nd ed. L.: Taylor & Francis, 2009.
[Закрыть].
Больше всего в куполе удивляет то, что, когда вы стоите прямо под его центром и хлопаете в ладоши, секунду спустя вас оглушает эхо вашего хлопка. Если же в притворном ужасе вы воскликнете «A HANDbag?», то через секунду на вас с небес обрушится голос Эдит Эванс[267]267
Kington M. Millennium Dome 3, St Peter’s Dome 1 // Independent (London). October 23, 2000.
[Закрыть].
Так журналист Майкл Кингтон побуждает вас почувствовать себя леди Брэкнелл из пьесы Оскара Уайльда «Как важно быть серьезным». Купола забавны, но еще лучше комната в виде сферы, поскольку отражения в ней усиливаются еще больше.
«Маппариум» в Бостоне представляет собой сферу диаметром 9 метров; он был построен в 1935 г. по предложению архитектора Честера Линдсея Черчилля. Это гигантский полый глобус с яркими морями и континентами, нарисованными на цветном стекле. На роспись и обжиг 608 стеклянных панелей ушло восемь месяцев; затем панели закрепили на бронзовом каркасе. Посетители идут по дорожке через центр Земли, связывающей две противоположные точки на экваторе. Снаружи глобус освещают триста лампочек. Посетители с интересом разглядывают нашу Землю изнутри, но не меньшее впечатление на них производит и необычная акустика, которая является случайным побочным продуктом геометрии.
Рис. 5.4. Фокусировка звука в «Маппариуме»
Уильям Хартман из Университета штата Мичиган описал разнообразные слуховые иллюзии, возникающие внутри сферы. Обычно при увеличении расстояния между говорящим и слушающим голос говорящего становится тише – но только не в сферическом помещении. Представьте, пишет Хартман, «что вы стоите внутри «Маппариума» в двух метрах слева от центра. Ваш друг находится в центре и говорит с вами. Его голос звучит довольно тихо. Но вот он начинает удаляться от вас, и громкость его голоса постепенно увеличивается, пока он не оказывается в двух метрах справа от центра»[268]268
Hartmann W., Colburn H. S., Kidd G. Mapparium Acoustics (пересказ доклада, представленного на 151st Acoustical Society of America Meting, Providence, RI, June 5, 2006), http://www.acoustics. org/press/151st/Hartmann.html, accessed February 2011.
[Закрыть].
Диаграммы (рис. 5.4) показывают, что происходит (для упрощения изображен круг, а не сфера). Когда голос идет из центра (верхняя диаграмма), все отражения возвращаются в исходную точку, поэтому для слушателя слева от центра звук получается на удивление тихим. Когда же источник звука перемещается вправо, точка фокусировки отражений приближается к слушателю. Звук будет самым громким, когда говорящий и слушающий располагаются симметрично относительно центра (нижняя диаграмма).
Этот эффект сильнее всего проявляется в «Маппариуме», где все поверхности, окружающие источник звука, искривлены, однако его можно услышать даже на открытом воздухе, о чем сообщает Хосе Санчес-Дееса из Политехнического университета Валенсии[269]269
Sánchez-Dehesa J., Håkansson A., Cervera F., Mesegner F., Manzanares Martínez B., Ramos-Mendieta F. Acoustical Phenomenon in Ancient Totonac’s Monument (пересказ доклада, представленного на 147th Acoustical Society of America Meting, N. Y., May 28, 2004), http:// www.acoustics.org/press/147th/sanchez.htm, accessed February 2011.
[Закрыть]. Археологический памятник Семпоала неподалеку от города Веракрус в Мексике – один из самых хорошо сохранившихся образцов церемониального центра ацтеков. Это большая, заросшая травой площадь с остатками разнообразных строений, среди которых есть низкая кольцевая стена с зубцами. Путеводитель выдвигает несколько предположений относительно назначения этого места: «возможно, оно связано с поклонением ацтеков гладиаторам, а возможно, служило для сбора дождевой воды». На фотографиях это сооружение похоже на каменный загон для овец, сложенный из крупной округлой гальки. Каково бы ни было назначение каменного круга, у него есть явный акустический фокус. Санчес-Дееса утверждает, что если один человек встанет в определенном месте, а другой начнет пересекать круг по диагонали, то по мере удаления его голос будет звучать громче.
Надеясь попасть в сферическую комнату, я стал искать людей, которые изучают современные города – нелегально проникают в канализационные системы, заброшенные станции метро, пустые дома, получая удовольствие от исследования жутковатых мест, которых избегают остальные, раскапывая таинственные истории, отслеживая судьбу бывших обитателей[270]270
Godwin R. On a Mission with London’s Urban Explorers // London Evening Standard, June 15, 2012; Craddock A. Underground Ghost Station Explorers Spook the Security Services // Guardian (London), February 24, 2012; Garret B. L. Place Hacking: Explore Everything // Vimeo, http://vimeo.com/channels/placehacking, 29 декабря 2012.
[Закрыть]. Один из членов группы Subterranea Britannica, которая занимается легальным исследованием подземных сооружений в Великобритании, прислал мне электронное письмо с описанием купола в Берлине, который был одной из главных станций прослушки во времена холодной войны. К письму прикладывалась фотография, на которой был изображен купол, венчавший полуразрушенную башню; это место я и решил посетить.
Рис. 5.5. Тойфельсбер
Заброшенная шпионская станция находится на холме Тойфельсберг («гора дьявола»; рис. 5.5), который возвышается над Грюневальдским лесом. Когда жарким летним днем я шел через лес к станции прослушки, мне с трудом верилось, что этот большой холм – рукотворный. Он состоит из нескольких миллионов кубических метров обломков зданий, образовавшихся в результате бомбардировок и артиллерийских обстрелов во время Второй мировой войны[271]271
После войны из Берлина вывезли 55–80 миллионов кубометров обломков. Под холмом погребено военное училище нацистов.
[Закрыть].
Прежде чем войти, я подписал заявление об отказе от претензий, поскольку в разрушенных зданиях встречаются неогражденные провалы и отсутствуют стены. Моим немецким гидом был Мартин Шафферт, молодой историк с аккуратной бородкой, собранными в хвост волосами, в очках и матерчатой кепке. Пока Мартин рассказывал об истории этого места, я исследовал то, что осталось от зданий. Двери и перегородки отсутствовали, а мусор на полу был усеян осколками от бутылок, оставшимися от полулегальных вечеринок. Сохранившиеся стены были покрыты граффити. Мой взгляд притягивала крыша главного здания с тремя куполами; два купола были разломаны, и их стены зияли отверстиями, но самый верхний, венчавший пятиэтажную башню, остался целым и невредимым.
Это были обтекатели антенн, использовавшиеся для того, чтобы скрыть шпионскую деятельность от любопытных глаз: британцы и американцы прослушивали радиостанции и беспроводную связь Восточной Германии, Чехословакии и Советского Союза. Сферические купола также защищали оборудование от воздействия окружающей среды, особенно ветра и льда. Сейчас от этого оборудования остались только бетонные плиты, к которым крепились антенны. Купола, изготовленные из треугольных стекловолоконных панелей, прикрепленных к каркасу, походили на гигантские футбольные мячи. Стекловолокно прозрачно для электромагнитных волн и поэтому идеально для обтекателей; именно по этой причине во время Второй мировой войны и был изобретен этот материал.
У башни, которую венчает купол, стен почти не осталось, но сам купол цел, поскольку его восстановили и использовали для контроля за движением воздушного транспорта над Берлином. Все стены лестницы в центре башни были покрыты граффити. Поднимаясь к куполу, я слышал эхо голосов других посетителей, наслаждавшихся акустикой помещения. Время реверберации в обтекателе составляет около 8 секунд на средних частотах, как в большом соборе. Музыканты приходят сюда для записи музыки. Но купол удивляет не только реверберацией.
Оказавшись внутри, я посмотрел на других туристов; мне было приятно видеть их удивленные лица, когда они понимали, насколько необычна акустика в этом помещении. Самый тихий звук, даже просто звук шагов, словно отскакивал от стен. Некоторые увлеченно экспериментировали (если сильно топнуть ногой, то можно услышать восемь отражений, похожих на треск фейерверка), но большинство вели себя сдержанно, словно относились к этому месту с таким же почтением, как к церкви.
Затем я взобрался на старый постамент для антенны, чтобы оказаться в центре помещения. Купол представляет собой верхние две трети сферы диаметром около 15 метров, изготовленной из пожелтевших шестиугольных панелей. Стены до высоты двух метров покрыты граффити, за исключением небольшого неогражденного отверстия, из которого можно упасть на крышу здания пятью этажами ниже. Я вытащил диктофон, чтобы записать свои впечатления от этого места, и заметил, что каждое мое слово удваивается отражением от обтекателя.
Здесь, на холме Тойфельсберг, я хотел исследовать эффект, который присутствует в сферическом «Маппариуме»[272]272
Cremer, Muller. Principles and Applications.
[Закрыть]. Необычно сильная фокусировка позволяет испытать странное ощущение, словно ты шепчешь на ухо самому себе. Вот как описывает это Хартман:
На холме Тойфельсберг этот эффект выражен сильнее, если обратить лицо вверх, потому что именно там находится бо́льшая вогнутая поверхность, фокусирующая звук. Таким образом, в куполе из стекловолокна на вершине пятиэтажной башни в Берлине я открыл бинауральное звуковое чудо, эффект, объясняющий, как мы вычисляем источник звука. Два уха позволяют млекопитающим определять место, откуда идет звук. Слух помогает животному почувствовать опасность, предупреждая о подкрадывающихся хищниках, которые хотят им пообедать. У человека хорошее зрение, однако оно не в состоянии предупредить об опасностях за нашей спиной, поэтому для нас очень важна способность услышать угрозу и определить ее местоположение.
Существует два основных способа, с помощью которых мы вычисляем, откуда приходит звук. Представьте, что с вами говорит человек, стоящий слева. Звук сначала достигает левого уха, поскольку до правого расстояние чуть больше. Мозг также отмечает маленькую разницу в громкости. Звук должен обогнуть голову, прежде чем попасть в правое ухо, и это значит, что его громкость на высоких частотах будет гораздо ниже. (На громкость низких частот, приходящих издалека, голова влияет в минимальной степени.) Мозг сравнивает время воздействия низких частот на каждое ухо и относительный уровень высоких частот, чтобы определить, откуда приходит звук.
Сферические помещения могут исказить оба этих признака. Искажение громкости влияет на локализацию. Кажется, что источник звука находится в другом месте. Вот как описывает это Хартман: «Предположим, что вы стоите на дорожке в «Маппариуме» лицом к Южной Америке. Источник шума находится справа от вас, но вы обнаруживаете, что звук приходит слева!»[274]274
Ibid.
[Закрыть] Громкие сфокусированные отражения от сферы создают громкое отражение в левом ухе, обманывая мозг и заставляя его считать, что источник звука находится слева.
Правообладателям!
Это произведение, предположительно, находится в статусе 'public domain'. Если это не так и размещение материала нарушает чьи-либо права, то сообщите нам об этом.