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].
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]. 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]. 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].
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].
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].
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].
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].
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 я