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

Эхо — это не просто забавное явление; оно способно обеспечивать безопасность. Через пару лет после гибели «Титаника» находчивый капитан рассказал, как его судну удалось избежать подобной судьбы в Северной Атлантике, когда в туманную погоду он проходил Большую Ньюфаундлендскую банку. Неожиданно пятисекундный гудок сирены отразился от тумана. Может, это гудок другого парохода? Капитан приказал подать более сложный сигнал, который в точности повторился — то есть это было эхо. Газета Day сообщала, что капитан совершил маневр, чтобы «не врезаться в айсберг, который он мог слышать, но не мог видеть» [229].

Другой известный случай использования эхолокации моряками произошел в заливе Пьюджет-Саунд в штате Вашингтон. Статья в номере журнала Popular Mechanics за 1927 г. описывает проход из Пьюджет-Саунда к Аляске как «узкий, извилистый канал, хуже которого ничего быть не может» [230]. В туманную погоду капитаны определяли свое местоположение, прислушиваясь к эху пароходного гудка. Сильные волны в канале не позволяли судам замедлять ход, как во время тумана в открытом море. Тот же журнал объяснял: «Полный вперед, затем полный назад — вот правило лоцманов, использующих эхо» [231]. Если задержка эха составляет одну секунду, это значит, что гудок преодолел 340 метров, то есть судно находится в 170 метрах от берега. Моряки, изучающие этот маршрут, должны запомнить задержку отраженного звука от главных ориентиров. На маленьком острове, слишком низком и не отражающем звук, поставили 8-метровый квадратный щит, чтобы помочь ориентироваться по эху пароходного гудка.

Как утверждает журнал, по звуку эха лоцманы умеют различать характер береговой линии: «Низкий берег возвращает «шипящее» эхо, а высокие утесы — цельный «хлопок». Эхо от песчаного или гравийного пляжа «скребет»; натренированный слух способен различить двойное эхо от раздвоенного мыса» [232]. Это утверждение казалось мне сомнительным, пока я не услышал доклад норвежского акустика Тора Халмраста, который проводил эксперименты с эхолокацией слепых.

Издавая резкий звук и слушая его отражения, люди могут научиться ориентироваться по слуху, подражая тому, что делают дельфины, летучие мыши и гуахаро. Дэниел Киш научился эхолокации еще в раннем детстве, и в журнале New Scientist он так описывал свой школьный день в возрасте 6 лет:

Быстро щелкая языком и вращая головой, я осторожно двигался вперед… звуки, приходящие спереди, были мягче, и это значило, что там большое поле, заросшее травой… Внезапно передо мной возникло препятствие. Я остановился. «Привет», — произнес я, решив, что там кто-то стоит. Но, пощелкав и покрутив головой, я понял, что препятствие слишком тонкое, чтобы быть человеком.

Я понял, что это столб, еще до того, как протянул руку и дотронулся до него. Там девять столбов, выстроившихся в ряд. Потом я узнал, что это трасса для слалома. Я никогда не пробовал пробежать ее, но тренировался кататься на велосипеде, петляя среди деревьев и щелкая как сумасшедший [233].

Щелчок обычно производится резким опусканием языка во рту, иногда в сопровождении вдоха или короткого причмокивания. Этот звук индивидуален, поэтому эхолокация по чужим щелчкам затруднительна [234]. Разнообразие звуков, которые можно производить языком, поразительно. Подходящим для эхолокации является нёбный щелчок, получающийся за счет быстрого заполнения вакуума, образующегося между кончиком языка и нёбом. Это короткий и громкий звук, который хорошо слышен в шумных местах.

Кроме того, нёбный щелчок содержит большой набор частот, что помогает людям, использующим эхолокацию [235]. Поскольку они слушают отражение от поверхностей, находящихся на расстоянии нескольких метров, и поскольку большинство отражений от таких поверхностей приходят слишком быстро, чтобы отделить их друг от друга, эти люди должны научиться улавливать слабые различия между тем, что слышит каждое ухо. Интерференция между щелчком и его отражением может привести к окрашиванию (изменению баланса частот), к изменению тональности — того, что музыканты называют тембром . Отражение может, например, удлинить исходный щелчок, добавив к нему отражение от близлежащей поверхности. Эффект зависит от расстояния до отражающей поверхности, которое определяет задержку, а также от характера отражения акустических волн: объекты большого размера сильнее отражают низкие частоты, а мягкие объекты поглощают звук, и отражения от них слабее. Исследования показали, что после минимальной практики даже новички могут научиться различать квадратные, треугольные и круглые объекты [236].

Некоторые примеры самого необычного эха можно услышать в рукотворных сооружениях. Рассчитанные инженерами искривленные поверхности способны фокусировать звук, а плоские параллельные стены заставляют его многократно отскакивать, чего не наблюдается в естественных условиях. Огромными акустическими возможностями обладают арки мостов, в чем я убедился, когда путешествовал в лодке по реке Дордонь во Франции за пару месяцев до того, как увидел «Эол». Одна каменная арка имела такой размер и форму, что фокусировала звук у поверхности воды, и шлепки весла создавали звучное эхо. Во время перерыва на обед я исследовал акустику другого моста, перекинутого через отмель. Стоя спиной к краю арки и хлопая в ладоши, я вызвал порхающий звук — многократное эхо.

На другой стороне Атлантики, в Ньютон-Аппер-Фолсе, штат Массачусетс, из-за похожего порхающего звука местные жители стали называть акведук «Мостом эха». Эта 40-метровая арка над рекой Чарльз, построенная в 1870-х гг., даже снабжена лестницей, ведущей к специальной площадке, где желающие могут услышать необычный звуковой эффект. В интернете есть видеоролики с собаками, которых сводит с ума эхо собственного лая, — они считают, что на другом берегу реки лает соперник. Мост привлекает не только туристов и развлекающихся владельцев собак, но и ученых. В сентябре 1948 г. Артур Тейбер Джонс отправил в Journal of the Acoustical Society of America отчет о небольшом исследовании: «Хлопок в ладоши [sic] возвращается в виде множественного эха числом около дюжины, с убывающей громкостью и частотой приблизительно четыре хлопка в секунду» [237]. Джонс также описывает изящные эксперименты с целью выяснить, что именно вызывает такие отражения.

Вопрос, на который пытался ответить Джонс, формулируется так: звук скользит внутри вогнутой арки, как в шепчущих галереях, о которых рассказывается в следующей главе, или распространяется горизонтально над поверхностью воды? С помощью слуховых трубок Джонс безуспешно пытался определить, откуда приходит звук. Попытки использовать одеяла, блокируя звук, распространяющийся по арке, тоже ничего не дали: мешал сильный ветер.