На протяжении нескольких десятилетий инженеры-акустики пытались избавиться от нежелательного шума, но многие их попытки оказались тщетными из-за перемен в обществе. Современные автомобили гораздо тише старинного драндулета, но их количество значительно выросло, и уровень городского шума остался примерно тем же. В часы пик водители ищут менее загруженные дороги, в результате чего исчезают тихие места и тихие часы. Мне кажется, бесполезно убеждать людей не шуметь. Лучше поощрять их любопытство и желание слушать. Техника становится источником нежелательного шума, однако современные устройства ежедневно издают необычные и удивительные звуки. Гаджеты тренькают и жужжат, доставляя удовольствие и вызывая приятные воспоминания. Мои дети, наверное, будут вспоминать щелчки айфона уже после того, как его сменит более совершенное устройство. Надеюсь, внимание к акустическим чудесам потребует улучшения повседневного звукового ландшафта.
После прогулки по канализационному туннелю моя охота за акустическими чудесами превратилась в настоящую страсть. Я разработал интерактивный сайт (Sonic Wonders.org) – каталог моих открытий и площадку, где люди могли бы сообщать о необычных звуковых эффектах, заслуживающих изучения. После выступления на конференции в Лондоне один из делегатов рассказал мне о большом сферическом зале Mapparium в Бостонской библиотеке Мэри Бейкер Эдди, где любой может почувствовать себя чревовещателем. Эта иллюзия использует мыслительные процессы, позволяющие нам определять источник звуков и сформировавшиеся в процессе эволюции для защиты от хищников, подкрадывающихся сзади. Разговор на конференции TEDx в Солфорде привел к тому, что мне захотелось больше узнать о мотыльках, создающих ложный след, обманывая эхолот летучих мышей. Просмотр материалов научных конференций позволил обнаружить золотую жилу необычных акустических эффектов, которые изучались только специалистами.
Друзья, коллеги и даже совершенно незнакомые люди знакомили меня с образцами необычной акустики и с интересными научными работами. Мое исследование выявило, каким образом звуки вдохновляли музыкантов, художников и писателей, как нужно адаптировать церковную акустику, когда богослужение переходит с латыни на английский, как писатели описывают слабовыраженные акустические эффекты, например ощущение замкнутого пространства в Стоунхендже, и как скульпторы изготавливали звуковые кристаллы, которые перефокусировали шум окружающей среды.
Будучи ученым, я стремился проанализировать происходящее. Много лет назад я провел отпуск в Исландии, где удивлялся булькающим грязевым озерам, но теперь мне стало интересно, что заставляет их издавать такие звуки. В интернете я видел несколько видеороликов с гигантской скульптурой Ричарда Серры, в которой хлопок в ладоши звучит как винтовочный выстрел. Что там происходит? Почему падение камня в замерзший водоем вызывает неожиданно высокий звон, похожий на звук лопнувшей струны? На некоторые вопросы не существовало простых ответов, но я надеюсь, что в поисках объяснения смогу кое-что узнать о том, как работает наш слух – и в этих особенных местах, и в повседневной жизни.
Что делает звук таким необычным, достойным занять место в списке звуковых чудес мира? В поиске этих акустических бриллиантов я буду отчасти полагаться на свою инстинктивную реакцию опытного инженера-акустика. Достаточно ли необычно и удивительно то или иное явление, чтобы поразить профессионала? Примером может служить поведение звука в старом резервуаре для воды в Форт-Уордене, штат Вашингтон, который один инженер назвал «самым дезориентирующим в акустическом смысле местом, где я когда-либо был»[10]. А возможно, это нечто, что переносит нас в прошлое, к опыту предков. Неужели пирамиды майя были намеренно построены так, чтобы издавать звуки, похожие на чириканье? Может, этот звук использовали в религиозных церемониях? Акустические чудеса также могут представлять собой очень редкие звуковые эффекты. Лишь немногие слышали пение дюн – низкий звук, напоминающий гудение самолета с пропеллером, – этим явлением восхищались Чарльз Дарвин и Марко Поло.
Путеводители тут не помогут. Подобно большинству текстов, они отдают предпочтение визуальной информации, описывая великолепные виды и историческую архитектуру, но игнорируя звуки и необычную акустику. Я обрадовался, обнаружив в путеводителе по Лондону упоминание о шепчущей галерее собора Святого Павла, но это редкое исключение. Шепчущая галерея привлекает меня как физика, поскольку движение звука вокруг купола обманывает посетителей, заставляя слышать насмешливые голоса, исходящие из стен.
В моем поиске важную роль будет играть музыка, и не в последнюю очередь потому, что она способна вызывать сильные эмоции. Послушайте величественные симфонии Малера, например в концертном зале Венской ассоциации музыки (Wiener Musikverein), и вы почувствуете, как вас бросает в дрожь. Музыка – мощный инструмент исследования, используемый психологами и нейробиологами, чтобы вызывать эмоции, помогающие проникнуть в механизмы работы мозга. Изучение музыки позволило нам очень многое узнать о слухе – почему звуки воспринимаются как неприятные или приятные и как эволюция сформировала наш слух. Зачастую наиболее точное научное понимание звука, а также нашего восприятия удавалось получить благодаря исследованиям музыки. Но музыка и речь воздействуют на нас на другом уровне. И действительно, распознаваемые закономерности в музыке и речи способны отвлекать нас от акустики и естественных звуков. Поэтому данная книга выйдет за пределы музыки и речи, познакомив вас со звуками, которые обычно не замечают или игнорируют.
Для описания акустических явлений мне неизбежно придется использовать слова и аналогии из визуального мира – мы слишком долго ориентировались преимущественно на зрение, что повлияло на формирование нашего языка. В газетном интервью художник Дэвид Хокни дал описание зрения, с которым я полностью согласен:
Мы видим не только глазами, но также используем свой разум и эмоции. В этом разница между фотографией – записью, сделанной за доли секунды из фиксированной точки, – и зрительным восприятием, когда мы идем по какому-то ландшафту, постоянно сканируя его и переключая фокус. В этом разница между пассивным наблюдателем и активным участником… Последний видит не только геометрически, но и психологически[11].
Я хочу проверить, что произойдет, если мы перенесем эти идеи из визуального мира в звуковой. Хочу понять, как обнаруживают себя удивительные звуки и как они на нас действуют. Эта книга посвящена психологии и нейробиологии звука с точки зрения физика и инженера-акустика. Ни одно место не объединяет эти дисциплины лучше, чем концертный зал. Как это ни странно, но мы больше знаем о реакции человека на классическую музыку в зале, чем на многие обычные звуки. В таком случае почему бы не начать с самой важной характеристики концертного зала – реверберации?
1Самое звучное место в мире
В Книге рекордов Гиннесса есть несколько мировых рекордов, связанных со звуком: самое громкое мурлыканье домашней кошки (67,7 децибела, если вам интересно), самая громкая отрыжка у мужчины (109,9 децибела), самый громкий хлопок в ладоши (113 децибел). Все это очень впечатляет. Но как специалиста по архитектурной акустике меня больше интересует утверждение, что в часовне мавзолея Гамильтона в Шотландии самое долгое в мире эхо, какое только можно услышать в помещении. Согласно Книге рекордов Гиннесса издания 1970 г., при захлопывании литых бронзовых дверей часовни для полного затухания звука требуется 15 секунд.
Книга рекордов Гиннесса описывает это явление как «самое долгое эхо», однако это неверный термин. Мои коллеги, специалисты по архитектурной акустике, используют термин «эхо» для описания случаев четко различимого повторения звука, что можно часто наблюдать в горах. Постепенное затухание звука акустики называют реверберацией.
Реверберация – это звук, сохраняющийся в помещении после того, как умолкнет речь или музыкальная нота. Музыканты и инженеры студий звукозаписи различают живые и мертвые помещения. Живое помещение похоже на ванную комнату – оно отражает голос, возвращая его к вам и вызывая желание петь. Мертвое помещение подобно роскошному гостиничному номеру: звук голоса поглощается мягкой обивкой мебели, шторами и ковром и быстро затухает. Ощущается ли помещение звонким или глухим, зависит в основном от реверберации. Слабая реверберация приводит к удлинению звука – этот эффект немного усиливает слова и ноты. В чрезвычайно живых местах, например в соборе, реверберация словно живет собственной жизнью и длится достаточно долго, чтобы ею можно было насладиться. Реверберация усиливает музыку и играет главную роль в богатстве звучания оркестра в большом концертном зале. Умеренная реверберация может усилить голос и облегчить разговор людей, находящихся в разных концах комнаты. Имеющиеся данные позволяют предположить, что размер помещения, воспринимаемый с помощью реверберации и других акустических признаков, определяет эмоциональную реакцию на нейтральные и приятные звуки. Маленькие помещения мы склонны воспринимать как более спокойные, безопасные и приятные, чем большие[12].
Мне представилась возможность исследовать известный своей акустикой мавзолей Гамильтона во время конференции акустиков в Глазго, программа которой включала экскурсию в часовню. Ранним воскресным утром я присоединился к двадцати специалистам в области акустики, стоящим у входа в мавзолей. Это величественное сооружение в романском стиле из хорошо подогнанных блоков песчаника, высотой 37 метров, охраняемое двумя громадными каменными львами. Дотошный наблюдатель может попытаться сделать какие-либо выводы о мужских достоинствах 10-го герцога Гамильтона по форме здания, которое представляет собой приземистый цилиндр с куполом. Мавзолей был построен в середине XIX в., но все захоронения из него давно убрали. Здание просело на 6 метров из-за расположенных под землей шахт, и крипту могло затопить водами реки Клайд.