Тревор Кокс - Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Неудивительно, что Мерсенн в своих экспериментах по измерению скорости звука не воспользовался водоплавающей птицей. Он стоял лицом к большой отражающей поверхности, произносил фразу «benedicam dominum» [204]и с помощью маятника измерял задержку отражения. Мерсенну приходилось говорить быстро — семь слогов фразы за одну секунду. Когда он стоял на расстоянии 485 королевских футов (159 метров) от большой отражающей поверхности [205], эхо приходило сразу же по окончании исходной фразы — «benedicam dominum, benedicam dominum». Это многосложное эхо, поскольку до его прихода можно успеть произнести несколько слогов. Звук дважды преодолел расстояние в 485 королевских футов (всего 319 метров), что позволило Мерсенну вычислить его скорость — 319 метров в секунду. Это очень близко к действительному значению, 340 метров в секунду [206].

Если бы Мерсенн обратился за помощью к утке, то мог бы стать ближе к стене и услышать отчетливое «кряк, кряк», поскольку утка издает односложный звук. Расстояние до отражающей поверхности, на котором можно услышать односложное эхо, например кряканье, составляет около 33 метров (660 утиных шагов?) [207], поскольку именно такое расстояние необходимо преодолеть эху, чтобы оно слышалось отдельно от оригинального звука. Чтобы услышать эхо кряканья утки, мне нужно было найти водную поверхность на расстоянии 30–40 метров от большого здания или скалы. Но даже в этом случае у меня ничего не вышло бы, поскольку голос у утки слишком тихий. Чем дальше вы от источника, тем тише звук — при удвоении расстояния его громкость уменьшается на 6 децибел. Поэтому если громкость кряканья на расстоянии 1 метра составляет 60 децибел, то на расстоянии 2 метров — 54 децибела, 4 метров — 48 децибел и т. д. К тому времени как голос утки преодолеет расстояние в 66 метров (туда и обратно), его громкость уменьшится до 24 децибел. В абсолютной тишине человеческое ухо способно уловить такой тихий звук, но обычно его заглушают другие шумы — удаленное гудение транспорта или шелест листьев [208]. К сожалению, сама Дейзи не сможет услышать эхо даже в тихом месте, поскольку слух у нее гораздо хуже, чем у человека. Таким образом, причина того, что кряканье не создает эха, имеет чисто физическую природу: голос утки недостаточно громкий, чтобы его можно было услышать после того, как звук преодолеет необходимое расстояние.

Акустические эксперименты Марена Мерсенна не ограничивались измерением скорости звука; он также опровергал разные фантастические истории — за 400 лет до того, как развенчанием мифов занялись популярные телепрограммы. Одним из самых необычных связанных с акустикой утверждений, встречающихся в классической литературе, было гетерофонное эхо — то есть когда на фразу на французском языке эхо отвечало, например, по-испански. Мерсенн знал, что такого не может быть, но, как писал профессор Фредерик Винтон Хант в своей выдающейся книге «Происхождение акустики» (Origins in Acoustics), Мерсенн «почти убедил себя, что можно придумать особую серию звуков, эхо от которых способно убедить слушателя, что он слышит ответ на другом языке» [209]. Термин гетерофония заимствован из музыковедения и обозначает одновременное звучание нескольких вариантов одной мелодии, и я могу лишь предположить, что гетерофонное эхо удлиняло французские слова, превращая их в испанские. К сожалению, никто точно не знает, что подразумевалось под этим термином, а никаких примеров гетерофонного эха не сохранилось. Однако во Франции существуют другие литературные игры, которые могут успешно применяться для экспериментов с эхом.

Жарким летним днем 2011 г., когда я вместе с семьей путешествовал на велосипеде по долине Луары, мы прибыли в замок Шинон. Центральная часть замка была построена Генрихом Плантагенетом, который впоследствии стал королем Генрихом II Английским. Но меня заинтересовал необычный дорожный указатель прямо за стенами замка. На нем была стрелка, указывающая на узкую дорожку, и лаконичная надпись «Эхо». Разве может собиратель акустических чудес отвергнуть такое предложение? Через несколько сотен метров показалась приподнятая площадка и табличка, указывающая, что именно в этом месте нужно проверять акустику. Я кричал и пел, наслаждаясь красивым эхом [210]. Стена замка, от которой отражался звук, была частично скрыта фруктовым садом, и такое отчетливое эхо казалось удивительным. Я не удержался и разыграл традиционную шутку с эхом, о которой мне поведал путеводитель по Луаре [211]:

Я: Les femmes de Chinon sont-elles fidèles?

Эхо: Elles?

Я: Oui, les femmes de Chinon.

Эхо: Non!

В переводе с французского диалог выглядит так:

Я: Женщины из Шинона верны?

Эхо: Они?

Я: Да, женщины из Шинона.

Эхо: Нет!

При правильном произношении, когда ударение делается на последний слог фразы, например «non» в «Chinon», все прекрасно получается. Я имею в виду, что окончания слов, отражающиеся от северной стены замка, были отчетливо слышны. Утверждения, высказанные в этом стишке, проверить сложнее.

Существуют и другие истории, связанные с эхом. Ниже приведен рассказ XIX в. из книги «Чудеса акустики» Родольфа Радо (перевод с латыни в квадратных скобках).

Кардан рассказывает о человеке, который хотел перебраться на другой берег реки, но не мог найти брод. Отчаявшись, он тяжело вздохнул. «Ох!» — ответило эхо. Он подумал, что тут кто-то есть, и вступил в разговор:

Onde devo passar? [Значит, мне нужно переходить?]

Passa. [Переходи.]

Qui? [Здесь?]

Qui. [Здесь.]

Однако, увидев опасный водоворот, путник переспросил:

Devo passar qui? [Я должен переходить здесь?]

Passa qui. [Переходи здесь.]

Путник испугался, подумав, что над ним насмехается какой-то демон, и вернулся домой, так и не решившись перейти реку вброд [212].

В «Чудесах акустики» приводится множество сведений об Афанасии Кирхере, ученом иезуите XVII в., жившем в Риме и много писавшем о театральной акустике и других необычных явлениях. Его заинтересовало множественное эхо — с несколькими отчетливыми отражениями. К этой категории относится повторяющееся эхо, вызванное сложными структурами и превращающее одно слово в целое предложение. Для своего двухтомного шедевра «Универсальная музургия» (Musurgia Universalis), изданного в 1650 г., Кирхер сделал рисунок больших вертикальных панелей, расположенных на разном расстоянии от оратора, чтобы производить серию отражений, следующих одно за другим. Одна из таких конструкций имела пять панелей и была предназначена для того, чтобы слово clamore отражалось как clamore от первой панели, как amore от второй, а также как more, ore, re от третьей, четвертой и пятой панели соответственно. Поэтому, если вы громко крикнете: «Tibi vero gratia agam, quo clamore?» («Как я могу отблагодарить тебя?»), эхо последнего слова ответит вам латинской фразой «clamore, amore, more, ore, re», что приблизительно переводится как «твоей любовью, твоими устремлениями, твоими словами, твоими делами» [213].