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

Мечеть Имама в иранском Исфахане прекрасно подошла бы для голоса Элвиса, поскольку, согласно старым записям, это centrum phonocampticum, или объект с эхом. Очень красивое здание, украшенное плиткой с характерным исламским орнаментом, было построено в XVII в. Огромный купол вздымается на высоту 52 метров и, как пишет один из путеводителей, «повторяет отдельные звуки чередой отчетливого эха» [220]. Экскурсоводы становятся под куполом и щелкают пальцами или хлопают листом бумаги, издавая серию коротких резких звуков, похожих на треск. Помещение тут же отзывается семью быстрыми отражениями [221]. Звук мечется между полом и потолком, причем купол фокусирует звук, заставляя его перемещаться вверх-вниз через равные интервалы. Без купола отражение от потолка затерялось бы среди других отражений в мечети.

Современный дизайнер Люк Джеррам часто использует звук в качестве художественного средства. Его работа «Эол» (Aeolus) была создана под впечатлением визита в Иран, где он слышал эхо в мечети Имама. Я познакомился с Люком семь лет назад, когда мы оба попали в финал конкурса FameLab, целью которого является поиск популяризаторов науки для средств массовой информации. Второй раз я услышал о нем, когда рядом с моим университетом в 2011 г. появился павильон «Эол».

Рис. 4.1. «Эол» © Richard Deane

«Эол» похож на сегмент огромного стального дикобраза — арка высотой 4–5 метров с 300 длинными стальными трубами, торчащими во все стороны (рис. 4.1). Эта форма была навеяна двенадцатью раскатистыми звуками эха, которые Люк услышал в мечети, когда щелкнул пальцами. Если стать в определенное место под «Эолом», то можно услышать, как арка фокусирует и немного усиливает ваш голос. Свет, проникающий через отполированные до зеркального блеска трубы, создает геометрические узоры, напоминающие орнамент в мечети.

Главным визуальным компонентом скульптуры является арка, но звуковой эффект создается почти незаметными тросами, которые тянутся от опорных колонн к трубам. Каждый трос вибрирует от ветра. Деревянные планки играют роль порожка в скрипке, передавая колебания струн мембранам, натянутым на концах труб. Под действием этих мембран резонирует воздух в трубах. Результат получается крайне необычным — пульсирующий звук напоминает минималистскую музыку американского композитора Стивена Райха, причем звуки появляются и исчезают синхронно с ветром.

«Эол» назван в честь владыки четырех ветров из греческой мифологии. Люк хотел использовать «звук, чтобы рисовать картины в воображении людей», давая возможность посетителям «визуализировать меняющийся ветровой ландшафт вокруг скульптуры» [222]. Источник звука определить невозможно — звуковая волна просто идет сверху. Длины труб тщательно рассчитаны для получения звукоряда. Соответственно используется эолийский лад, который, будучи минорной гаммой, придает звуку неприятный, жутковатый оттенок [223]. Если закрыть глаза, легко представить, что вы попали в научно-фантастический фильм во время вторжения марсиан.

Люк решил построить «Эол» после знакомства с иранским шахтером, который описал ему конструкцию подземных ирригационных каналов под названием «канат». Профессия шахтера очень опасна — работать приходится в тесных и влажных помещениях. Хуже всего, когда при проходке натыкаются на подземный источник. Представьте шахтера, зажатого в тесном проходе, когда ему на голову внезапно обрушиваются потоки воды. На создание поющего павильона Люка вдохновил рассказ о том, как воют от ветра вентиляционные трубы подземных каналов.

Рис. 4.2. Эффект фокусировки в двух разных помещениях

У многих величественных сооружений есть купол, как у иранской мечети, но лишь немногие купола имеют подходящий изгиб, чтобы образовалось четкое эхо. У помещения, изображенного на рис. 4.2, фокальная точка расположена слишком высоко; в здании, изображенном справа, усиленный звук возвращается к слушателю у самого пола, в результате чего получается повторяющееся эхо. Измеряя по записям время между приходом эха, я вычислил, что высота купола мечети Имама (внутри) составляет около 36 метров. Место, где нужно стоять, отмечено на полу мечети; в старых книгах, посвященных эху, оно называется centrum phonicum.

Поверхность пола и потолка должна быть облицована материалом, плохо поглощающим звук. Керамическая плитка в мечети идеально подходит для этой цели по двум причинам. Во-первых, плитка тяжелая, и это значит, что она не будет вибрировать под действием звука. Во-вторых, она воздухонепроницаема, и это значит, что акустическая волна не проникает внутрь плитки, а отражается от нее.

В здании Брикстонской академии раньше располагался кинотеатр Astoria, архитектурный шедевр 1929 г. в стиле модерн. На его открытии присутствовал кинорежиссер Альфред Хичкок — давали «Поющего глупца» (The Singing Fool) с Элом Джолсоном в главной роли [224]. В академии громкое эхо, создаваемое отражением звука от купола и наклонного пола [225], но его слышно только во время акустических измерений, когда в зале нет публики. Когда зал полон, звуковые волны поглощаются толпой — они проникают в поры на одежде и теряют свою энергию. Если публики мало, это компенсируется с помощью эха, которое усиливает аплодисменты!

Французский ученый и консультант по акустике Брайан Кац вместе с коллегами исследовал необычный, фокусирующий звук потолок в одном забытом помещении Парижа [226]. Эта комната имела отношение к многочисленным казням во времена Великой французской революции. В XIX в. Огюст Лепаж писал: «С этой комнатой, предназначенной для размышлений и молитвы, связаны кровавые воспоминания. Именно здесь заседал знаменитый суд… во время массовых казней 1792 г.». Лепаж так описывает эту комнату: «Массивные колонны поддерживают несущую конструкцию крыши, которая представляет собой удивительное сооружение. Эта рама в форме купола изготовлена из испанского каштана без единого гвоздя; тысячи деталей соединялись только с помощью деревянных втулок» [227].

Здание было разрушено в 1875 г., но Брайан имел возможность работать с копией XIX в., уменьшенной моделью, хранящейся в Музее искусств и ремесел в Париже. Потолок комнаты похож на перевернутую плетеную корзину, которую сплющили практически до плоского состояния. Если смотреть снизу, то потолок представляет собой кольца из балок, разделенные промежутками. Кривизна потолка фокусирует звук, но фокальная точка находится высоко, и человек не слышит эхо. Секрет этой акустики состоит в том, что в центре потолка расстояния между балками больше, чем по краям. Брайан продемонстрировал, что на некоторых частотах отражения от разных балок накладываются и усиливают звук в центре помещения. Деревянная решетка купола похожа на зонную пластинку Френеля, названную по имени французского физика XIX в. Огюстена Жана Френеля, который исследовал дифракцию. Зонная пластинка Френеля использует дифракцию для фокусировки света. С ее помощью можно фокусировать лазерные лучи, а недавно ее предложили использовать вместо тяжелых линз космических телескопов [228]. В акустике зонные пластины применяют для фокусировки ультразвука.