дился лет двадцать назад, когда присутствовал на демонстрации различных электронных систем в одном из театров в окрестностях Лондона. По мере того как инженеры переключали настройки, я слышал странные металлические оттенки и неестественные искажения, а иногда мне начинало казаться, что звук идет сзади, а не со сцены. Удивительно, но эта демонстрация была предназначена для того, чтобы убедить людей покупать новую технику. Тем не менее современные цифровые системы, используемые во многих театрах, бывают чрезвычайно эффективными. В прошлом году я слышал одну такую систему на конференции по акустике: щелчком переключателя конференц-зал превращался в драматический театр или большой концертный зал с естественной акустикой.
В список самых звучных мест в мире войдут многие мавзолеи: Тадж-Махал и Гол-Гумбаз в Индии, мавзолей Гамильтона в Шотландии и «Томба Эммануэле» в Осло[35]. Большой объем и твердые каменные стены делают эти сооружения чрезвычайно «живыми».
Художник Эммануэль Вигеланн построил «Томба Эммануэле» в 1926 г. как музей для своих работ, но потом решил сделать здание местом своего последнего упокоения. Норвежский акустик и композитор Тор Халмраст, величественный и громогласный, рассказывал, как ему пришлось согнуться, чтобы войти в «Томба Эммануэле», – в буквальном смысле поклониться праху художника, урна с которым была установлена над входом. Халмраст вошел в высокое помещение с цилиндрическим сводом и фресками на стенах. «Поначалу ты почти ничего не видишь, – объяснял он, – потому что стены очень темные. Через какое-то время начинаешь различать роспись на стенах и каменную резьбу на потолке: события всей жизни, от зачатия (и даже само зачатие) до смерти»[36]. На одной из фресок изображен столб дыма и дети, поднимающиеся от двух скелетов, лежащих в «позе миссионера». Реверберация на средних частотах длится 8 секунд, чего можно ожидать в очень большой церкви, – Халмраст считает, что это очень много, учитывая относительно скромные размеры помещения[37].
Откровенно сексуальные фрески в «Томба Эммануэле» резко контрастируют со строгим убранством мавзолея Гамильтона, но в каком помещении реверберация сильнее? Мировой рекорд был зарегистрирован после хлопка дверей в часовне мавзолея, однако этот эксперимент никак не назовешь научным. Чтобы должным образом сравнить реверберацию, требуются исходные звуки равного качества и силы[38]. Если бы измерения проводила главная героиня сказки Хилэра Беллока «Про девочку Анну, которая для забавы хлопала дверью и погибла» (Rebecca Who Slammed Doors for Fun and Perished Miserably), она хлопнула бы дверью изо всех сил и для затухания звука потребовалось бы много времени[39]. У менее энергичного экспериментатора получилось бы и меньшее время.
Для моего посещения мавзолея Гамильтона акустик Билл Мактаггарт приготовил необходимую измерительную аппаратуру. На треноге был установлен странного вида динамик, который излучал звук во всех направлениях (рис. 1.1). Он имел форму додекаэдра, а размером напоминал большой надувной мяч для игры на пляже. Микрофон на другой треноге располагался в нескольких метрах от динамика. Оба устройства были подключены к анализаторам, на экранах которых можно было наблюдать зигзагообразные линии, идущие из верхнего левого угла в нижний правый, – так отображалось затухание звука. Обычно инженеры-акустики используют подобное оборудование для проверки звукоизоляционных свойств стен, которые не должны пропускать звуки из соседних домов, а также для оценки реверберации в аудиториях (не мешает ли она вести занятия).
Рис. 1.1. Динамик, использованный для эксперимента в мавзолее Гамильтона, и купол
Билл подал сигнал, и я поспешил заткнуть уши пальцами, чтобы не оглохнуть. Динамик взревел так громко, что неприятные ощущения испытал даже я, несмотря на закрытые слуховые каналы. Через 10 секунд Билл выключил динамик и стал измерять затухание звука, а я освободил уши, чтобы насладиться реверберацией. Гладкие массивные стены отлично отражали звук, и прошло очень много времени, прежде чем наступила полная тишина. Оглушительный рев из динамиков превратился в урчание, которое кружилось у меня над головой и, затухая, исчезало под самым куполом. За секундой тишины последовала оживленная дискуссия присутствовавших акустиков.
Какое же время реверберации у мавзолея Гамильтона? Это просторное помещение с каменными стенами, и поэтому время реверберации существенно отличается для низких и высоких частот. На низкой частоте – скажем, 125 Гц, что на октаву ниже среднего до (типичная частота для бас-гитары), – время реверберации равнялось 18,7 секунды. На средних частотах – чуть больше 9 секунд[40]. Впечатляюще, но если это самая продолжительная реверберация в мире, то я очень удивлюсь.
На средних частотах мы лучше всего различаем речь, а наш слух обладает максимальной чувствительностью, и поэтому именно в этом диапазоне время реверберации важно для возможности отчетливо слышать. Неудивительно, что пришлось отказаться от мысли проводить богослужения в часовне. Нормальный темп речи – приблизительно три слога в секунду. В мавзолее вы успеете произнести несколько слов, прежде чем через 9 секунд затихнет звук первого. Звуки от разных слов неизбежно будут смешиваться и накладываться друг на друга. В часовне можно разговаривать, если стоишь рядом с собеседником, потому что прямой звук от близкого источника гораздо громче отражений, которые в этом случае легко игнорировать. Помогает также замедленная речь. Но, если вы стоите достаточно далеко от собеседника, прямой звук будет слабее отражений и реверберация заполнит паузы между слогами, сгладив пики и провалы звуковой волны, что сделает речь неразборчивой.
Размеры некоторых соборов в десятки раз превышают размеры часовни в мавзолее Гамильтона, а, согласно уравнению Сэбина, больший объем предполагает и большее время реверберации. Громадные, величественные соборы, построенные для прославления Бога, естественно, обладают впечатляющей акустикой. Звук ассоциируется с духовностью. Сильная реверберация требует от верующих молчания или едва слышного шепота, поскольку более громкая речь усиливается отражениями, создавая неприятную какофонию. Во время богослужения слова проповеди и музыка словно обволакивают вас, подобно вездесущему Богу, которому вы молитесь. Акустика также повлияла на характер богослужения – напевность и медленный темп речи помогают преодолеть последствия сильной реверберации, характерной для таких пространств[41].
Много веков назад священнослужитель стоял в алтаре, практически отделенный от верующих, которые собирались в нефе. Обычно звук шел к пастве лишь через небольшое отверстие над алтарной преградой, под тимпаном. Священнослужитель произносил проповедь, стоя лицом к алтарю и спиной к верующим, так что звук, достигающий их ушей, представлял собой смесь отражений от стен и потолка. Но поскольку богослужение велось на латыни, то вполне резонно будет предположить, что в неразборчивости речи виновата вовсе не акустика.
После Реформации XVI в. все изменилось: «Книга общей молитвы» требовала от пастора выбирать такое место, откуда его было бы хорошо слышно[42]. Служба велась на английском языке, и это означало, что слова молитвы должны быть разборчивыми. Такие нововведения, как кафедра в нефе, позволили верующим слышать более отчетливо. Отражения присутствовали, но прямой звук быстро достигал ушей слушателей, а часть сильных отражений приходила почти сразу, что помогало коммуникации. Но последующие отражения делали речь невнятной.
Почему одни отражения полезны, а другие мешают слушать? Все дело в том, как эволюционировал наш слух с целью приспособиться к сложному звуковому ландшафту. В соборе, как и в большинстве других мест, наш слух бомбардируется отражениями, приходящими со всех сторон – от пола, стен, потолка, скамей, прихожан и т. д. В большом соборе может насчитываться несколько тысяч отражений в секунду[43]. Восприятие каждого отдельного звука быстро приведет к перегрузке слуха. Поэтому внутреннее ухо и мозг объединяют отражения в одно звуковое событие. Например, если мы хлопаем в ладоши в помещении, то обычно слышим только один хлопок, хотя в действительности ухо воспринимает несколько тысяч немного отличающихся отражений, сопровождающих основной звук. Помещение не превращает одиночный хлопок в ладоши в аплодисменты.
Наше ухо отличается некоторой медлительностью, наподобие боксера-тяжеловеса. При очень коротком звуке вроде хлопка в ладоши – в случае с боксером при пропуске быстрого удара – системе требуется определенное время, чтобы отреагировать на стимул. Кроме того, реакция и уха, и боксера сохраняется и после исчезновения стимула: боксер какое-то время раскачивается, пропустив удар, а волосковые клетки внутреннего уха продолжают посылать сигналы в мозг после того, как хлопок уже прекратился. В дополнение к этой замедленной реакции уха мозг постоянно пытается понять смысл электрических сигналов, приходящих по слуховым нервам. Мозг использует разную тактику, чтобы отделить прямой звук речи священника от трясины последующих отражений, приходящих с разных концов собора[44].
Если священник стоит сбоку, то ближайшее к нему ухо воспринимает более громкие звуковые волны, поскольку они должны обогнуть голову, чтобы достигнуть другого уха. Поэтому мозг воспринимает в основном сигнал от ближайшего к источнику звука уха, где прямой звук громче и его легче выделить на фоне отражений. Многочисленные отражения с разных сторон мешают сфокусировать внимание, поскольку в результате нежелательной реверберации оба уха становятся перегруженными.