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.
У меня не было возможности исследовать мост, но я нашел фотографии и почтовые открытки, которые позволили оценить форму арки. По видеороликам с лающими собаками я вычислил задержку эха. И наконец, современные методы прогнозирования позволили мне визуализировать распространение звука.
На рис. 4.3 изображены двенадцать кадров анимации, которая потребовалась мне для понимания акустики моста. На каждом кадре изображено почти полукруглое пространство под аркой с площадкой для туристов слева и длинной горизонтальной линией, обозначающей уровень воды, справа. Черные точки иллюстрируют (начиная с верхнего левого кадра), как звук движется от источника к другому концу моста, а затем возвращается назад.
Рис. 4.3. Кадры анимации, показывающей движение звука под «Мостом эха»
Чтобы получить эту анимацию, я имитировал звук с помощью большого количества бильярдных шаров, которыми выстреливали с площадки во все стороны. Компьютер высчитывал, как шары отскакивают от стенок этого бильярдного стола необычной формы. На кадрах 1–6 на рис. 4.3 звук движется слева направо; затем он отражается от правого края и возвращается назад, двигаясь в противоположном направлении. Ответ на вопрос Джонса таков: звук одновременно распространяется внутри арки и скользит по поверхности воды.
Первые охотники за эхом стремились найти необычное многократное эхо с наибольшим числом отражений – такое эхо, которое превращает слог «ха» в смех. Это занятие довел до абсурда собиратель эха из «Рассказа коммивояжера» Марка Твена:
Возможно, вам приходилось слышать, сударь, что в торговле эхом цены нарастают, как шкала каратов в торговле брильянтами, и даже терминология та же самая. За эхо в один карат вы приплачиваете всего лишь десять долларов к стоимости земли, где оно обитает; за двукратное, или двухкаратное, эхо вы приплачиваете уже тридцать долларов; за пятикаратное – девятьсот пятьдесят долларов, а за эхо в десять каратов – тринадцать тысяч долларов. Орегонское эхо, которое дядюшка назвал Великим эхом Питта, являло собой сокровище в двадцать два карата и стоило ему двести шестнадцать тысяч долларов. Землю отдали в придачу, даром…[238][239]
В XVII в. настоящий собиратель эха и ниспровергатель мифов Марен Мерсенн проанализировал утверждение, что башня неподалеку от Авентинского холма в Риме восемь раз повторяет первую строчку «Энеиды» Вергилия[240]. Поскольку для прослушивания восьми повторений этой фразы требуется 40 секунд, то самое дальнее отражение должно проделать путь в 14 километров – слишком много, чтобы можно было расслышать голос.
Более правдоподобными выглядят рассказы о Вилле Симонетта в Милане, построенной в XVI в. Великий математик XVIII в. Даниил Бернулли утверждал, что слышал там эхо, насчитывавшее до шестидесяти повторений[241]. Марк Твен писал об этом в своей книге «Простаки за границей», где есть рисунок, изображающий женщину, которая развлекает двух джентльменов, дуя в мегафон, чтобы вызвать эхо. Айрис Лаутербах при описании итальянских садов отмечает, что вилла пользовалась популярностью еще в XIX в., «но не из-за своего сада: главной ее достопримечательностью было эхо»[242].
Вилла имеет прямоугольную форму в виде буквы «П», с двумя большими крыльями, строго параллельными и отстоящими друг от друга на 34 метра. Внутренний дворик, открытый с одной стороны, выходит в роскошный сад. На втором этаже под крышей одного из крыльев есть одинокое окно. Если выглянуть в него и произнести несколько слов, то звук будет скакать туда-сюда по внутреннему двору между параллельными крыльями здания. Чтобы вернуться в исходную точку, звуковой волне требуется 0,2 секунды, а это значит, что очень краткий звук повторяется здесь многократно. В старинных книгах утверждалось, что выстрел из пистолета мог повторяться от сорока до шестидесяти раз[243]. На гравюрах XVII в. с изображением виллы видно, что стены крыльев были гладкими – то есть звук мог скакать от стены к стене, не рассеиваясь в других направлениях.
На этих гравюрах окно для эха выглядит странно – оно единственное в верхней части крыльев и нарушает архитектурную симметрию. Невольно возникает подозрение, что окно было помещено туда специально, чтобы продемонстрировать чудеса акустики. К сожалению, вилла была сильно повреждена в результате бомбардировок во время Второй мировой войны и во дворе уже нет величественных колоннад, а эхо стало одиночным[244].
Интересно, такое желание возникает только у меня или никто не может удержаться от гиканья и улюлюканья, входя в туннель? Некоторые туннели подходят для этого занятия лучше других. Один из моих любимых – пешеходный туннель под Темзой в районе лондонского Гринвича. Он был проложен в 1902 г., и по нему жители южной части Лондона могут попасть на Собачий остров. Я отправился туда холодным зимним вечером через несколько месяцев после путешествия во Францию; мне хотелось проверить, верны ли мои детские воспоминания об акустике туннеля. Хотя туннель считается пешеходным, почти все, кто мне встретился по пути, были на велосипедах. Какое-то время я ходил взад-вперед по этой 370-метровой трубе. Это довольно узкий цилиндр, выложенный белой глазурованной плиткой.
Диаметр слабо освещенного туннеля составляет всего 3 метра. Звуковые волны отражаются от стен, сильно искажаясь. Если я стоял посередине, то мой голос приобретал металлический оттенок. Резонанс в туннеле усиливал определенные частоты в моем голосе, отчего он звучал неестественно. Я спросил музыканта Питера Кьюсака, какое впечатление производит на него это место.
Иногда посередине сидит уличный музыкант, и если слушать его, находясь у одного из входов… то нет никакой возможности определить мелодию или даже инструмент, на котором он играет. До вас доходит какая-то музыкальная смесь, на самом деле довольно приятная. Но когда вы идете по туннелю и подходите все ближе, звук становится отчетливее, и, добравшись до музыканта, вы зачастую испытываете некоторое разочарование[245].
В какой-то момент я испугался, подумав, что ко мне приближается грузовой поезд. Но потом вздохнул с облегчением, поняв, что это всего лишь грохот скейтборда, усиленный акустикой туннеля. Проехав мимо, скейтбордист подбросил свою доску, но не смог поймать ее, и она стукнулась об пол – звук был такой, словно кто-то изо всех сил хлопнул дверями большого собора. Исходный звук преодолел сотни метров до конца туннеля и вернулся громким эхом. Благодаря облицованным плиткой поверхностям звук долго грохотал в пространстве туннеля, прежде чем затихнуть.
Инженеры из Брэдфортского университета в Англии использовали свойство туннелей передавать звук на большие расстояния для поиска места закупорки канализационных труб. В трубу посылается звуковой сигнал, а микрофон улавливает эхо. Время задержки эха указывает на расстояние до «пробки», а акустические характеристики отражения свидетельствуют о размере и типе препятствия.
Одна из причин впечатляющей акустики большинства туннелей заключатся в том, что в них звук может распространяться на необычайно большое расстояние. Если вы с кем-то беседуете на открытой местности, то чем дальше вы стоите друг от друга, тем тише голос собеседника. Представьте, как надувается воздушный шарик: по мере увеличения объема резина становится тоньше, распределяясь на бо́льшую поверхность. Удаление от источника звука на открытом воздухе аналогично пребыванию на поверхности воздушного шарика: подобно растягивающейся резине, энергия распределяется более тонким слоем и звук становится тише. Но в туннеле акустическая волна распространяется по поперечному сечению трубы, которое не меняется по мере удаления от источника звука. Энергия теряется только при поглощении звука стенами. Если стены облицованы твердым материалом – плиткой, кирпичом или бетоном, – звук может распространяться на огромные расстояния.
Желая узнать, почему в туннеле в Гринвиче мой голос приобретает металлический оттенок, я нашел еще одно подобное место – там эффект был выражен еще сильнее. В лондонском Музее науки есть интерактивная галерея, где дети шумно наслаждаются чудесами науки. По дальней стене проходит труба длиной 30 метров и диаметром около 30 сантиметров. «Похоже на артиллерийскую канонаду», – делится впечатлениями маленький мальчик, прежде чем я приступаю к эксперименту. Довольно точное описание. Хлопок в ладоши звучит как нечто среднее между ударом по металлическому листу и выстрелом лазерной пушки из научно-фантастического фильма.
Можно предположить, что характер звука определяется материалом трубы. Однако, хотя труба металлическая, материал практически не влияет на тот факт, что мой голос становится похожим на голос робота. Труба могла быть изготовлена из любого материала – бетона, металла, пластика, – и все равно звук приобретал бы в ней металлический оттенок, как в туннеле в Гринвиче. Все дело в геометрии, поскольку вибрирует воздух в трубе, а не ее стенки. То же самое происходит в музыкальных инструментах. В юности я учился играть на кларнете, и низкие ноты, извлекаемые из этого инструмента, часто описывались как явно «деревянные». Это наводит на мысль, что причиной тому – трубка из черного дерева. Но мой коллега Марк Эвис однажды играл на латунном кларнете и обратил внимание на его глубокий «деревянный» звук. Великий джазовый музыкант Чарли Паркер известен тем, что для некоторых композиций использовал пластиковый саксофон и при этом характерное для музыканта звучание оставалось прежним