Путешествуя по миру в поисках звуковых чудес, я начал мечтать о собственных. Исследуя искажения звука в куполе на холме Тойфельсберг, я вспомнил о комнате смеха с кривыми зеркалами, куда я любил приходить в детстве. Одно зеркало было искривлено таким образом, что превращало меня в уродливого гоблина. Другое удлиняло мне ноги и укорачивало туловище, которое почти исчезало. А можно ли создать шепчущую галерею, используя сложную кривую? Такая конструкция была бы новой; все шепчущие галереи и стены, которые я исследовал, имели форму простых арок, кривых или куполов.
Рис. 5.11. Новые шепчущие стены
В своей статье о шепчущих галереях Ч. В. Раман описывает Голгхар, старое государственное зернохранилище в индийском Банкипуре. Здание, построенное в 1783 г., имеет форму осиного гнезда; высота его составляет 30 метров, и с него открывается великолепный вид. Раман обращает внимание на его внутреннюю акустику: «Вероятно, это единственное в мире здание со свойствами шепчущей галереи. Едва слышный шепот в одном конце отчетливо слышится в другом»[289]. Но меня заинтересовали фотографии внешнего вида здания. Спиральная лестница опоясывает его наподобие горки в старинном парке развлечений. Если внешнюю стену лестницы превратить в плавную кривую, звук сможет подниматься по ней. Это будет шепчущая «горка», дополняющая шепчущую галерею внутри.
Компьютерная программа, с помощью которой я получил анимации для собора Святого Павла, позволила мне конструировать шепчущие галереи необычной формы и проверять, работают ли они. Прежде чем строить театры и концертные залы, с помощью компьютера проверяют, услышит ли актера публика и будут ли разборчивыми объявления, транслируемые громкоговорящей системой оповещения на железнодорожном вокзале. Таким образом, я использовал свои инженерные навыки и научные знания для решения обратной задачи. Вместо того чтобы исключить искажение звука, вызванное искривленными поверхностями, я с помощью тех же инструментов максимизировал звуковые искажения.
Некоторые из работ скульптора Ричарда Серры в Музее Гуггенхайма в испанском Бильбао представляют собой гигантские стальные стены с шепчущим эффектом. Вдохновившись этими работами, я придумал одну необычную конструкцию. Я хотел, чтобы шепот прижимался к S-образной кривой, похожей на зеркало в комнате смеха. Но, к сожалению, звук не прижимается к выпуклому участку. Эту проблему я решил, составив S-образную форму из двух дуг (рис. 5.11). В такой конструкции звук проходит по внутренней поверхности одной дуги, преодолевает маленький промежуток, разделяющий две секции, а затем скользит вдоль внутренней поверхности второй дуги – и приходит к слушающему неожиданно громким.
Подобные места интересны тем, что голос можно услышать на непривычно большом расстоянии, и эффект усиливается в том случае, если звук представляет собой тихий шепот. Математический анализ, выполненный лордом Рэлеем, указывает на еще одну причину предпочтительности шепота: высокие частоты, как в свистящих интонациях шепота, ближе прижимаются к стенам, чем более низкие частоты обычной речи. Кроме того, галерея собора Святого Павла отличается особым качеством передачи звука. Акустики приписывают это свойство небольшому наклону стен. Если стены наклонены внутрь, то меньшая часть звуковой волны уходит вверх, к вершине купола.
Теперь я понимаю, почему в канализационном туннеле мой голос перемещался по спирали. Анализ лорда Рэлея показывает, что эффект прижимания звука к стенам в шепчущих галереях более выражен при большом диаметре окружности, но теория также демонстрирует, что подобный эффект возможен и в помещениях меньшего размера, даже в туннелях диаметром в два метра. Моя голова располагалась у самого потолка канализационного туннеля, и мой голос одновременно уходил в пространство и скользил вдоль вогнутых стен, как это происходит в шепчущей галерее. Это была вовсе не акустическая иллюзия – звук действительно перемещался по спирали.
6Поющие пески
Через год после визита в собор Святого Павла я отправился в Келсо-Дюнс (рис. 6.1) в пустыне Мохаве в Калифорнии; со мной была специалист по звукозаписи Дайана Хоуп, и мы надеялись услышать пение дюн. Келсо – одно из сорока известных мест, где можно услышать это явление[290]. Чарльз Дарвин рассказывал о холме в Чили под названием Эль-Брамадор – местные жители говорили, что он «ревет» или «воет»[291]. Древние китайские тексты описывают праздники в дюнах Минша: «В день туан-ву (праздник дракона в пятый день пятой луны) мужчины и женщины обычно… съезжают вниз… на доске, отчего песок издает громкий звук, похожий на гром»[292].
Дюна начинает петь, когда с нее осыпается песок. Склон должен быть очень крутым, а песок – очень сухим. Но сухой песок по определению сыпуч, и мои ноги с трудом находили опору на поверхности Келсо. Я приготовился к летней жаре в пустыне, но не понимал, что поиск музыкальных дюн будет похож на аэробную тренировку. Мне не хватало воздуха, когда я поднимался на дюну, но приходилось сдерживать дыхание, чтобы не испортить аудиозапись.
Рис. 6.1. Келсо-Дюнс
Я брел по песчаному склону, и звук моих шагов был похож на отрыжку. Это напомнило мне первую часть рассказа Марко Поло. Он писал, что дюны «временами наполняют воздух звуками всевозможных музыкальных инструментов, бьют в барабаны и хлопают в ладоши»[293]. У звуков, которые я производил, не было ничего общего с барабанным боем, но они были явно музыкальными. Каждый шаг, дававшийся мне с трудом, отзывался одиночным гудком, словно туба в руках новичка. Ближе к вершине я уже так устал, что карабкался вверх на четвереньках, исполняя комический духовой квартет.
Отрыжка – это любопытно, но я был разочарован, поскольку дюны не пели в полный голос. Я приехал послушать продолжительный гул, якобы достигающий 110 децибел, как на концерте рок-группы, и слышимый на расстоянии мили[294]. Было уже позднее утро. Ветер затруднял звукозапись, жара становилась невыносимой, и мы спустились с дюны, чтобы повторить попытку на следующий день.
В лагере я еще раз прослушал запись своего телефонного разговора с Натали Вренд из Кембриджского университета, которая изучала поющие пески для своей докторской диссертации. Меня беспокоило замечание Натали, что недавно один из ее друзей приезжал в Келсо и был разочарован звуком. Потом я еще раз просмотрел научные статьи. Я надеялся, что если пойму физику этого явления, то завтра у меня повысятся шансы заставить дюны петь по-настоящему. Ученые согласны, что бурчащий песок является необходимым ингредиентом, но спорят о том, что вызывает громкий гул. Может быть, глубокий слой дюны вибрирует подобно гигантскому музыкальному инструменту? Или песчинки объединяются в синхронизированную лавину?
Во время пения тысячи песчинок образуют стройный хор, распределенный на много метров по поверхности дюны. Такой же протяженный оркестр создают водопады, но в качестве музыкантов в них выступают крошечные пузырьки. Самый громкий водопад, который мне приходилось слышать, – это Деттифосс на ледниковой реке Йёкюльсау-ау-Фьёдлюм в Исландии; он считается самым мощным водопадом в Европе. Много лет назад холодным и мрачным утром мы с женой добирались до него на велосипедах. Дорога была больше похожа на колею, вся в ухабах, а северный ветер гнал холодный воздух из Арктики с такой силой, что временами приходилось останавливаться.
Мы с трудом продвигались вперед, сначала через извилистые вересковые пустоши, а затем через зандровую равнину – пустынную местность с ледниковыми выносами и черными вулканическими отложениями, почти без растительности. Оставив велосипеды, мы осторожно подошли к краю утеса, нависавшего над водопадом шириной более 100 метров и высотой 44 метра[295]. Когда я приблизился к краю обрыва, мне стало страшно: каждую секунду в пропасть низвергались 180 кубических метров воды, и падение означало неминуемую смерть. Непрерывный грохот заглушал наши голоса, и, чтобы услышать друг друга, приходилось кричать. Казалось, шум охватывает весь частотный диапазон, от грома басов до пронзительного шипения. Шум водопадов подавлял и изолировал – подобное воздействие использует ЦРУ для создания сенсорной депривации во время допросов[296].
Вода – простое вещество, однако она способна издавать самые разные звуки: журчание ручья и грохот волн, шум ливня и звон капели. Описывая Йосемитский водопад, американский натуралист Джон Мьюр писал, что вода «словно выталкивается нерегулярными толчками из огромного пульсирующего сердца горы… Внизу водопад… представляет собой шипящую, гремящую и бурлящую массу… У этого величественного водопада самый богатый и мощный голос из всех водопадов долины; его тональность чрезвычайно разнообразна, от резкого шипения и шелеста блестящих дубовых листьев, которые шевелит ветер, и от мягкого приглушенного шепота сосен до самого громкого воя и рева штормового ветра и грома среди утесов высоких гор»[297].
Ученые не один десяток лет пытались понять, как падающая вода, например разбивающиеся о берег волны, создает звук под водой, поскольку этот шум мешал подводным лодкам услышать врага. Но меня интересовало то, что происходит над поверхностью воды, и ученые, к счастью, теперь занялись и этим вопросом.
Лоран Гэлбран из Университета Хериота-Уатта в Шотландии попытался понять, как получить впечатляющий звук от фонтана, затратив минимальное количество воды, чтобы уменьшить энергопотребление. Одновременно Грег Уоттс с коллегами из Брэдфордского университета в Англии исследовал падение воды на скалы и водные поверхности в поисках звуков, наилучшим образом заглушающих транспортные шумы. Записав самые разнообразные звуки, издаваемые водой, они предложили слушателям оценить, насколько приятен каждый звук. Этот эксперимент должен был проходить в акустической лаборатории, не слишком подходящем помещении для эстетических оценок природных звуков воды. Поэтому исследователи установили декорации. Это была терраса, выходящая в сад, с бамбуковыми занавесками, цветами в горшках и садовой мебелью – у испытуемых требовалось создать соответствующее настроение.