Рис. 162. Звуковые вогнутые зеркала.
Тот же опыт можно проделать в большом масштабе, пользуясь двумя дождевыми зонтиками. Смоченная ткань хорошо отражает звуки, почти вовсе не пропуская их. Поэтому мокрый раскрытый зонтик является довольно хорошим звуковым рефлектором. Разместите два смоченных зонта на некотором расстоянии друг от друга, обратив их вогнутыми сторонами друг к другу и так, чтобы они имели общую «акустическую ось» – попросту говоря, чтобы стержни их лежали на одной прямой. Станьте в главном фокусе одного зонта, а товарища поместите в фокусе другого. Теперь вы можете разговаривать друг с другом едва внятным шепотом, между тем как третье лицо, помещающееся между вами, ничего не услышит.
Этот своеобразный телефон будет действовать только до тех пор, пока материя зонтиков не высохнет: сухая ткань звука не отражает.
Оракул
Вы можете придать последнему опыту гораздо большую эффектность и даже таинственность, обставив его несколько иначе. Поставьте оба зонта в разных концах залы, разделив их легким занавесом из совершенно сухой ткани. Сухая материя хорошо проводит звук, не отражая его; следовательно, перегородка не нарушит действия вашего телефона. Впрочем, вам достаточно лишь замаскировать присутствие одного из зонтов и стоящего возле него вашего соучастника; можно ограничиться самой легкой драпировкой.
В фокусе другого зонта поместите статуэтку. Это и будет «оракул». Ваши гости – разумеется, не посвященные в тайну опыта, – могут поочередно подходить к «оракулу» и шепотом задавать ему вопросы. К величайшему их изумлению, статуэтка шепотом же даст им вполне осмысленные ответы, – иногда весьма язвительные и остроумные, смотря по находчивости вашего соучастника.
К сведению застенчивых людей
Когда застенчивому человеку приходится в гостях есть твердые сухари, подаваемые к чаю, он обыкновенно заметно конфузится. Страшный шум, который он производит, грызя сухарик, приводит его в смущение. Смущение увеличивается еще тем, что соседи грызут те же сухари без заметного шума, – и застенчивый человек не понимает, как они ухитряются избегнуть конфузящего его грохота.
Мы можем успокоить таких застенчивых людей. Страшный шум и грохот существуют лишь в их собственных ушах и нисколько не беспокоят ушей их соседей. Дело в том, что кости черепа, как и всякие твердые тела, обладают способностью усиливать звуки, иногда до чрезвычайных размеров. Треск ломающегося сухаря, доходя до уха через воздух, воспринимается, как легкий шум; но тот же треск превращается в оглушительный грохот, если доходит до нас через толщу твердого тела (челюстей, костей черепа).
Вы легко можете убедиться в этом, проделав такой опыт: привяжите ложку к середине бечевки, а оба свободных конца её прижмите к ушам. Теперь, раскачивая ложку, ударяйте ею о стол – вы услышите гул как бы церковного колокола.
Что такое раскаты грома?
Со времён Франклина известно, что молния – это гигантская электрическая искра, а гром – сопровождающий ее треск. Однако кто наблюдал электрические искры, тот, вероятно, заметил, что треск её по характеру не похож на гром: в треске искры не наблюдается столь характерных для грома раскатов. Почему гром длится так долго (5–8 секунд, между тем как молния длится менее тысячной доли секунды) и почему он грохочет то усиливаясь, то ослабляясь – вот вопросы, которые интересно рассмотреть.
Причина кроется в двух обстоятельствах: в большой длине молнии и в медленности распространения звука. Молнии достигают часто нескольких верст длины. Если ближайший конец молнии находится от вас на расстоянии одной версты, а дальний – на расстоянии пяти верст, то первый удар грома вы услышите спустя три секунды после молнии (звук проходит 1/3 версты в секунду). Когда же гром замолкнет? Тогда, когда до вас дойдет звук от дальнейшего конца, отстоящего за 5 верст, – т. е. через 15 секунд. Итак, вы будете слышать гром в продолжение 15 – 3 = 12 секунд, – хотя на самом деле он продолжался, быть может, лишь 1/10 секунды.
(Любопытно отметить здесь сходство этого явления с тем, что описано в главе «По волнам бесконечности». Только в данном случае движется не наблюдатель, а самый источник звуковых колебаний: он как бы удаляется от наблюдателя со скоростью звука.)
Рис. 163. Рисунок, объясняющий происхождение раскатов грома.
Теперь понятно, почему гром длится так долго. Непонятными остаются его раскаты, попеременные усиления и ослабления звука. Но и это станет ясно, если вспомнить, что молния не имеет вида прямой линии, а изламывается многочисленными изгибами. На рис. 163 изображена молния (по фотографическому снимку), и мы воспользуемся ею, чтобы определить, что должен слышать наблюдатель, находящийся в точке В, если источником звука является каждая точка разветвленной молнии. Для этого опишем из точки В, как из центра, ряд концентрических дуг, пересекающих молнию. Прежде всего до уха наблюдателя дойдут одновременно звуки из точек а1, а2, а3 и а4; эти четыре звука сольются в один громкий звук. Затем наблюдатель услышит сумму 5-ти звуков: из b1, b2, b3, b4 и b5; он будет по силе не равен предыдущему. Затем придет звук c1+c2+c3+c4+c5. Потом звук d1+d2+d3+d4, – и так далее. Если вы далее проследите за этим процессом, – вы убедитесь, что звуки будут неправильно изменяться в силе, то нарастая, то снова ослабляясь, пока, наконец, не затихнут совершенно.
Эхо облаков и взаимодействие звуковых волн еще более разнообразят характер громовых раскатов.
Если бы звук распространялся быстрее, гром длился бы гораздо менее; если бы, например, скорость звука равнялась скорости света, – то гром длился бы одно мгновение.
Водяной микрофон
Микрофонами называются приборы, усиливающие весьма слабые звуки. Они играют в акустике ту роль, какую в оптике играют микроскопы. Вероятно, всем знаком электрический микрофон, употребляемый при телефонах. Но едва ли многие знают, что можно устроить усилитель звука с помощью водяной струи, без всякого электрического тока. Такой водяной микрофон гораздо проще электрического, хотя и не так удобен. Вот как он устроен.
Струя воды, вытекающая с большой силой через узкое отверстие (½ миллиметра) в наконечнике каучуковой трубки, направлена прямо на каучуковую перепонку, которая натянута на отверстие вертикально поставленной стеклянной трубки (толщиной в 1 сантиметр). Пока отверстие наконечника близко к упругой перепонке, никакого звука не слышно. Но при поднятии наконечника трубки над перепонкой, т. е. при удлинении водяной струи, слышится явственный шум. Легко понять причину этого звука: длинная струя состоит из ряда утолщений и сжатий; она, следовательно, надавливает на перепонку с различной силой и приводит ее в колебательное движение; короткая же струя, будучи сплошной, не колеблет перепонки, а лишь натягивает ее. Шум можно усилить, если приставить к отверстию наконечника каучуковой трубки деревянную дощечку.
Рис. 164. Струя воды в роли микрофона.
Если убрать деревянную дощечку и вместо неё приставить к отверстию каучуковой трубки обыкновенные карманные часы, то тиканье их вызовет соответствующие перерывы струи: последняя, ударяя в перепонку, сообщит ей те же колебания, но значительно усиленные. Слабое тиканье часов усиливается до того, что его можно слышать на другом конце довольно обширной залы.
Вместо конуса можно надевать каучуковую трубку, прикладываемую к уху, – тогда звуки становятся прямо оглушительными «и начинают, – по словам физика Бойса, – походить скорее на удары молота о наковальню, чем на тиканье карманных часов».
Остается сделать несколько технических замечаний. Вода из верхней трубки должна вытекать, как сказано, с большой силой: это достигается тем, что резервуар, питающий трубку, помещается очень высоко, – если можно, аршин на 6–7 выше отверстия трубки. Далее, вода должна быть совершенно чиста, поэтому лучше всего ее профильтровать через вату. В качестве перепонки для стеклянной трубки хорошо может служить каучуковая оболочка, употребляемая для детских воздушных шаров.
Описанный опыт принадлежит американскому физику Чичистеру Белю, двоюродному брату Грагама Беля, изобретателя телефона. Мы заимствуем его описание у Бойса, автора книги «Мыльные пузыри», на которую нам уже приходилось ссылаться. По словам этого физика, можно даже заставить водяной микрофон играть мелодию; для этого прикладывают к трубке длинный стержень, упирающийся другим концом в музыкальный ящик, обернутый в двойную фетровую оболочку: когда струя ударяет в перепонку, звуки музыкального ящика слышны всей аудитории.
Обманы слуха
Возможен ли обман слуха, сходный с обманом зрения? Вполне возможен. Если мы вообразим, что источник какого-нибудь легкого шума находится не вблизи нас, а значительно дальше, – то звук будет казаться нам гораздо громче. Подобные иллюзии слуха случаются с нами довольно часто; мы только не всегда обращаем на них внимания.
Вот, например, любопытный случай, который описал в своей «Психологии» американский философ Вильям Джемс:
«Однажды, поздно ночью, я сидел и читал; вдруг из верхней части дома раздался страшный шум, прекратился и затем через минуту снова возобновился. Я вышел в зал, чтобы прислушаться к шуму – но он там не повторялся. Как только я успел вернуться к себе в комнату и сесть за книгу, снова поднялся тревожный, сильный шум, точно перед началом бури или наводнения. Он доносился отовсюду. Крайне встревоженный, я снова вышел в зал, и снова шум прекратился. Вернувшись во второй раз к себе в комнату, я вдруг открыл, что шум производила своим храпом маленькая собачка, шотландская такса, спавшая на полу.