1
Самое 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.
Восьмиугольная часовня расположена на втором этаже и освещается неярким светом через стеклянный купол. В часовне четыре ниши и мозаичный мраморный пол из черных, коричневых и белых плит. Оригинальные бронзовые двери, источник рекордного эха (по образцу ворот Гиберти в баптистерии Сан-Джованни во Флоренции), установлены во второй нише. Напротив новых деревянных дверей находится постамент из одного куска черного мрамора, на котором раньше стоял древний алебастровый саркофаг египетской царицы, где покоилось забальзамированное тело герцога, и наш экскурсовод с удовольствием рассказывал ужасные истории, что тело пришлось укоротить, чтобы оно поместилось в саркофаге. В тот день, когда я был в часовне, постамент был заставлен ноутбуками, усилителями звука и другими инструментами для акустических измерений.
Часовня предназначалась для богослужений, но молиться в ней было невозможно. Акустикой она напоминала большой готический собор, и я мог разговаривать с коллегами, только если они стояли рядом, поскольку звук, отражающийся от стен часовни, делал мою речь неразборчивой. Но действительно ли это самое звучное место в мире? Это важно для меня как для инженера-акустика, поскольку изучение реверберации заложило основу современных научных методов, применяемых в архитектурной акустике.
Научная дисциплина, получившая название архитектурной акустики, появилась в XIX в. в результате работы Уоллеса Клемента Сэбина, блестящего физика, который, по свидетельству энциклопедии Британника, «не удосужился получить докторскую степень; его статьи немногочисленны, но превосходны по содержанию»[13]. В 1895 г. Сэбина, молодого профессора Гарвардского университета, попросили исправить ужасную акустику лекционного зала Музея Фогга, который (по словам самого Сэбина) «считался непрактичным и не использовался»[14]. Зал представлял собой просторное полукруглое помещение со сводчатым потолком. Речь в помещении звучала крайне невнятно – какой-то вязкий суп, который ожидаешь услышать скорее в мавзолее Гамильтона, чем в специально спроектированном лекционном зале. Особенно был недоволен залом Чарльз Элиот Нортон, читавший курс изящных искусств.
Представьте профессора Нортона, стоящего перед большой аудиторией и пытающегося рассуждать об искусстве, – строгий костюм, пышные усы, бакенбарды, редеющие волосы. Студенты сначала услышат звук, который идет непосредственно от профессора к их ушам – по прямой, по кратчайшему пути. Но за ним сразу же следуют отражения – звук, отразившийся от стен, сводчатого потолка, столов и других твердых поверхностей.
Эти отражения и определяют архитектурную акустику – то есть как люди воспринимают звук в помещении. Инженеры воздействуют на акустику, меняя размер, форму и планировку помещения. Вот почему мои коллеги акустики испытывают непреодолимое желание хлопнуть в ладоши и послушать, как отражается звук. (Моя жена пришла в ужас, когда я хлопнул в ладоши в крипте французского собора. Наверное, это один из самых необычных способов смутить супруга.) Хлопнув в ладоши, я слушаю, как долго затухают отражения. Если для угасания звука требуется много времени – время реверберации слишком велико, – то речь в таком помещении будет невнятной, поскольку соседние слова накладываются друг на друга и сливаются в одно. Как писал в XIX в. Генри Мэтьюз, реверберация «не станет вежливо ждать, пока оратор закончит; с момента начала и до самого конца речи она высмеивает его десятью тысячами языков»[15]. Именно это и происходило, когда профессор Нортон пытался прочесть лекцию. Студенты могли острить, что большинство лекций недоступно для понимания даже при хорошей акустике, но профессор Нортон был блестящим оратором и опытным преподавателем. В данном случае виновата была действительно аудитория, а не лектор.
В просторных помещениях с твердыми поверхностями, таких как соборы, мавзолей Гамильтона или похожий на пещеру лекционный зал в Музее Фогга, отражения слышны продолжительное время. Мягкие поверхности поглощают звук, уменьшая отражение и ускоряя затухание звука. Уоллес Сэбин экспериментировал с мягкими, звукопоглощающими материалами в лекционном зале – со стороны он выглядел как экзальтированный любитель подушек. Сэбин взял 550 метровых мягких сидений из соседнего кинотеатра и постепенно переносил их в лекционный зал Музея Фогга, чтобы проверить, что произойдет. Ему требовалась тишина, и поэтому он работал по ночам, когда студенты уходили домой, а на улицах прекращалось движение. Он измерял время полного затухания звука, но не хлопал в ладоши – непрерывно хлопать могут только профессиональные исполнители фламенко, – а использовал звук органной трубы.
Время до полного затухания звука Сэбин назвал временем реверберации, и в результате его работы появилось одно из главных уравнений акустики. Оно устанавливает связь между временем реверберации и размерами помещения, измеряемыми как физический объем, а также количеством звукопоглощающих материалов, таких как мягкие сиденья из экспериментов Сэбина или слой фетра дюймовой толщины, который он в конечном итоге использовал для облицовки стен лекционного зала, чтобы исправить его акустику. Одно из главных решений, которые принимают инженеры при проектировании помещения с хорошей акустикой – большой аудитории, зала судебных заседаний, офиса с открытой планировкой, – это желаемая длительность реверберации. После этого они могут использовать уравнение Сэбина, чтобы вычислить необходимое количество мягкого, звукопоглощающего материала[16].
Кроме времени реверберации, проектировщик должен учитывать частоту, которая напрямую связана с воспринимаемой высотой звука. Когда скрипач проводит смычком, струна ведет себя как крошечная скакалка, описывая круги. Если скрипач берет ноту, которую музыканты называют средним до, струна делает 256 оборотов в секунду. Вибрация скрипки посылает во все стороны 256 звуковых волн каждую секунду – с частотой 256 герц (Гц). Эта единица измерения была названа в честь Генриха Герца, немецкого физика XIX в., который первым научился излучать и принимать радиоволны. Самая низкая частота, которую может слышать человек, составляет около 20 Гц, а самая высокая (у молодых людей) – 20 000 Гц. Но наибольшее значение имеют частоты, расположенные в середине диапазона. Рояль издает звуки частотой от 30 до 4000 Гц. За пределами этого диапазона мы уже с трудом различаем высоту звука, и все ноты становятся похожими друг на друга. Выше 4000 Гц мелодии превращаются в бессмысленный свист человека, лишенного музыкального слуха. Наше ухо эффективнее всего усиливает и различает звуки на средних частотах, в диапазоне музыкальных нот. В этот диапазон попадает и речь, и поэтому при проектировке залов, предназначенных для исполнения музыки, акустические инженеры в своих расчетах используют частоты от 100 до 5000 Гц.
В 2005 г. Брайан Кац и Эварт Уэтерил применили компьютерные модели для оценки эффективности мер Сэбина в Музее Фогга. Они ввели в программу размер и форму лекционного зала и использовали уравнения, описывающие, как звук распространяется по помещению и отражается от поверхностей и объектов. Затем они добавили виртуальные звукопоглощающие материалы к модели зала, чтобы сымитировать действия Сэбина. Хотя акустика улучшилась, в некоторых местах речь по-прежнему оставалась плохо различимой. По словам одного из студентов, в зале были как места, где они хорошо слышали лектора, так и «мертвые зоны, в которых зачастую ничего невозможно было разобрать»[17]. Хотя результат получился далеким от совершенства, эксперименты Сэбина заложили основу для разнообразных акустических исследований. Его уравнения и сегодня составляют фундамент архитектурной акустики.
Мне нравится приходить в концертный зал и чувствовать контраст между маленьким холлом и огромным пространством самого зала. Из тесного прохода вы попадаете в просторное помещение, слушая тихие, исполненные ожидания разговоры и редкие громкие звуки, вызывающие мощную реверберацию. Особое волнение я испытываю, переступая порог симфонического зала в Бостоне. Бостонский симфонический зал – Мекка для многих акустиков, поскольку именно там Уоллес Сэбин применил свою новую науку, чтобы спроектировать аудиторию, которая до сих пор входит в тройку лучших в мире мест для исполнения классической музыки. Зал, построенный в 1900 г., имеет форму обувной коробки – длинный, высокий и узкий – с шестнадцатью копиями греческих и римских статуй, установленных в нишах над балконами. Обычно я устраиваюсь на одном из скрипучих кресел, обтянутых черной кожей, и слушаю, как настраивают инструменты музыканты Бостонского симфонического оркестра, расположившиеся на приподнятой сцене перед позолоченным органом. При первых же звуках музыки я понимаю, почему публика и критики так любят это место. Зал превосходно украшает и обогащает музыку – время реверберации в нем составляет 1,9 секунды[18]. Когда после умеренно громкого пассажа оркестр умолкает, для полного затухания звука требуется около 2 секунд.
Во время концерта на открытом воздухе оркестр может играть под навесом, в то время как зрители наслаждаются пикником. Нередко вечер заканчивается шампанским и грохотом фейерверка в небе. Это приятные концерты, но оркестр звучит тихо, как будто издалека. В хороших залах, таких как в Бостоне, музыка, наоборот, заполняет все помещение и окружает слушателей со всех сторон. Реверберация усиливает звучание оркестра, которое становится более громким и впечатляющим. Реверберация помогает получить богатый и яркий звук. Современный дирижер Адриан Боулт говорит: «Идеальным концертным залом, очевидно, является тот, в котором оркестр производит не слишком приятный звук, а слушатели получают нечто прекрасное»[19].
Преобразующий эффект реверберации не ограничен классической музыкой; он активно используется в поп-музыке. В 1947 г. популярный хит Peg o’ My Heart (медленная инструментальная музыка, исполнявшаяся на гигантских губных гармониках) группы Jerry Murad’s Harmonicats стал первой записью, в которой творчески использовалась реверберация[20]. С тех пор «искусственное эхо» составляет неотъемлемую часть инструментария музыкального продюсера. Оно делает голоса богаче и сильнее, подобно тому, что происходит во время выступления на сцене театра. Во многих телевизионных программах, когда петь пытаются люди со слабым голосом, можно услышать, как после первой же ноты инженеры звукозаписи на полную мощность включают реверберацию, чтобы спасти звук.
Реверберация – не единственная важная характеристика хорошего зала. Наверное, самым ярким примером неудачной концертной площадки может служить первый вариант филармонического зала в Линкольн-центре в Нью-Йорке, который открылся в 1962 г. (впоследствии был перестроен и получил название Эвери-Фишер-холл). Акустик Майк Бэррон описывает его «как самую известную акустическую катастрофу XX в.»[21]. Влиятельный музыкальный критик Гарольд Ч. Шонберг образно назвал его «гигантским желтым лимоном за 16 миллионов долларов»[22]. Специалист в области акустики Крис Джаффе вспоминал, как Шонберг «развлекался, сочиняя статью за статьей об ужасной акустике зала, в стиле мыльной оперы «Все мои дети»[23]. По иронии судьбы консультантом проекта был Лео Беранек, один из самых влиятельных специалистов по архитектурной акустике, единственная знаменитость, которого на конференциях преследуют поклонники. Помню, как столкнулся с Лео за завтраком на одной из конференций, когда я сам еще был молодым ученым. Это была превосходная возможность обсудить со «звездой» мои исследования по акустике концертного зала. К сожалению, он встретил меня вопросом, зачем я измерял эхо от утиного кряканья (см. главу 4).
По мнению Беранека, последние изменения в проекте испортили филармонический зал. Оригинальная идея предполагала простую «обувную коробку», похожую на симфонический зал в Бостоне. Но затем появились возражения – в проектируемом зале слишком мало мест. В газетах Нью-Йорка началась кампания по увеличению вместимости, и, как говорит Беранек, комитет, наблюдавший за строительством, «сдался»[24]. В новом проекте изменилась форма балконов и боковых стен, а также появились многочисленные отражатели на потолке. Когда зал открылся, критики начали жаловаться, что там слишком много высоких звуков и мало басов, а музыканты с трудом слышат друг друга, что влияет на слаженность оркестра. Вооруженный современным знанием, Беранек теперь утверждает, что без этих изменений «мы бы покорили Нью-Йорк»[25].
Огромное значение для качества концертного зала имеет форма помещения. Очень важно, как отражается звук с разных сторон, поскольку акустические волны, достигающие наших двух ушей, отличаются друг от друга. Отражению требуется больше времени, чтобы достичь дальнего уха; кроме того, это ухо попадает в акустическую тень и хуже воспринимает высокие частоты, поскольку им труднее огибать голову, чем низким. Эти два признака сигнализируют мозгу, что музыка идет не только со сцены. Благодаря боковым отражениям мы чувствуем, что окружены музыкой, и не воспринимаем ее как исходящую от исполнителей на далекой сцене. Кроме того, боковые отражения словно физически расширяют оркестр – этот эффект называется расширением источника, и зрителям он обычно нравится[26]. В симфоническом зале Бостона эффект достигается за счет узкого зала, обеспечивающего сильное боковое отражение. Научное объяснение боковых отражений привело к появлению новых конструкций и форм для залов. Недалеко от моего дома в Манчестере дает концерты оркестр Халле – в Бриджуотер-холле, построенном в 1990-х гг. Задняя часть зала состоит из отсеков, разделенных стенами наподобие террасных виноградников. Перегородки в зале установлены под таким углом, чтобы создавать боковые отражения.
При расчете реверберации необходимо найти тонкую грань между недостаточной (как на открытой площадке) и чрезмерной. Композитор и музыкант Брайан Ино так излагал последствия чрезмерной реверберации в Королевском Альберт-холле до его реконструкции:
Это было ужасно, любой музыкальный фрагмент с ритмом или быстрым темпом полностью терялся, поскольку каждая нота звучала гораздо дольше, чем требовалось. Мне это напомнило урок в художественной школе, когда мы рисовали очень толстую натурщицу. У нее уходило 20 минут на то, чтобы устроиться, а рисовать ее было невозможно. Примерно так же выглядит попытка играть быструю музыку при слишком сильной реверберации[27].
Желательный уровень реверберации зависит от музыки. Сложная камерная музыка Гайдна или Моцарта сочинялась для прослушивания во дворцах и поэтому звучит лучше всего в небольших помещениях с малым временем реверберации – скажем, 1,5 секунды. Французский композитор-романтик Гектор Берлиоз писал о музыке Гайдна и Моцарта, исполняемой «в слишком большом и акустически неподходящем здании», что с тем же успехом это можно было делать в поле: «Она звучала слабо, холодно и нестройно»[28].
Романтическая музыка Берлиоза, Чайковского или Бетховена требует более длительной реверберации, чем камерная, – время реверберации должно быть около 2 секунд. Для органной музыки или хора – еще больше. Известный американский органист Э. Пауэр Биггс говорил: «Органист использует все время реверберации, которое у него есть, а затем просит еще немного… Многие органные произведения Баха рассчитаны… на использование реверберации. Вспомните о паузе, которая следует за ярким вступлением знаменитой токкаты ре минор. Совершенно очевидно, что она предназначена для наслаждения нотами, повисшими в воздухе»[29].
Королевский фестивальный зал в Лондоне был построен в 1951 г. для Фестиваля Британии и должен был помочь поднять дух нации после многолетнего аскетизма и карточной системы во время и после Второй мировой войны[30]. Критики восхищались зданием, но акустики разошлись во мнениях относительно качества концертного зала. В конечном итоге они пришли к выводу, что время реверберации слишком мало – всего полторы секунды. В 1999 г. дирижер сэр Саймон Рэттл говорил: «Королевский фестивальный зал – худшая из крупных концертных площадок Европы. После получасовой репетиции пропадает желание жить»[31]. Главным консультантом по акустике при проектировании зала был Хоуп Багенал. Инженер-акустик Дэвид Тревор-Джонс писал, что «широкое либеральное образование» Багенала имело большое значение, поскольку было основой «любознательности и… компетентности, позволявшей использовать тот объем физических знаний из области акустики, который требовался»[32]. Уравнение Сэбина продемонстрировало бы Багеналу, что имеются два способа улучшить акустику зала. Первый – увеличить размер помещения, чтобы обеспечить пространство для распространения отраженного звука. Можно было бы увеличить высоту потолка, но это обошлось бы слишком дорого. Второй способ – ухудшить звукопоглощение. Багенал порекомендовал убрать 500 кресел, чтобы увеличить время реверберации, но его совету не последовали[33]. В результате было выбрано революционное решение: использовать электронику для искусственного улучшения акустики.
В углубления на потолке зала были вмонтированы микрофоны, которые воспринимали определенные частоты. Электрические сигналы от микрофонов затем усиливались и подавались на динамики, также размещенные на потолке. Получалась звуковая петля – по проводам от микрофона к динамику, а затем по воздуху от динамика к микрофону. Это позволяло увеличить длительность звуков, создавая искусственную реверберацию. Замечательное инженерное достижение, учитывая несовершенную электронику 1960-х гг. Изобретателем системы усиленного резонанса был Питер Паркин, который увлекся акустикой во время Второй мировой войны, помогая разрабатывать средства противодействия акустическим подводным минам. Во время работы над Королевским фестивальным залом домой к Паркину протянули выделенную телефонную линию, чтобы он мог слушать звук и проверять работу системы[34]. Он пытался выявить недостатки в системе, которые могли привести к появлению положительной обратной связи и усилению звука – результатом стали бы завывание и скрежет, ассоциируемые со стилем хеви-метал.
Электронная система Питера Паркина увеличила время реверберации с 1,4 до более 2 секунд для низких частот, и звук в зале значительно «потеплел». Но Паркин никому не рассказывал о своем достижении. Использование электронного усиления для классической музыки воспринимается неоднозначно, и поэтому систему усиленного резонанса устанавливали поэтапно, не информируя оркестр, публику и дирижеров. Только после того как полностью отлаженная система отработала восемь концертов, инженеры раскрыли секрет. Систему использовали до декабря 1998 г., когда было найдено другое решение, без электроники.
Я всегда считал, что классическую музыку не следует усиливать электронными средствами, в чем убедился 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.
Если священник находится прямо перед слушателем, то мозг прибегает к другой тактике. В этом случае складываются сигналы от обоих ушей. Слова, приходящие непосредственно от священника, формируют одинаковые сигналы в обоих ушах, поскольку голова симметрична и звук проходит одинаковое расстояние. Сложение сигналов от обоих ушей усиливает прямой звук. Боковые отражения доходят до разных ушей не одновременно, и при сложении сигналов часть отражений заглушают друг друга. Эта бинауральная обработка повышает громкость речи по сравнению с реверберацией[45].
В больших старых церквях часто можно увидеть деревянную крышу (балдахин) прямо над кафедрой. Балдахин формирует полезные отражения, которые прибывают достаточно быстро и усиливают прямой звук. Кроме того, балдахин не дает голосу священника подниматься к потолку, отражаться и возвращаться с таким опозданием, что речь делается невнятной.
Сегодня для того, чтобы сделать речь разборчивой, в церквях используются громкоговорители. Подобно балдахину, они направляют речь священника к слушателям, улучшая соотношение между прямым звуком и отражениями. Прежние системы использовали несколько динамиков, поставленных друг на друга, – идея заключалась в том, что звук от динамиков складывается и направляет речь к аудитории. Более современные системы используют сложную обработку сигнала, чтобы изменять звук, выходящий из каждого динамика, создавая узкий луч, направленный только на верующих[46].
Если для речи большие церкви – это настоящий кошмар, то для органной музыки они служат великолепной концертной площадкой. Вот как описывает свои ощущения Питер Смит: «Мелодическая линия доминирует, но ее аккорды сражаются с затухающими отголосками предыдущих аккордов. Результатом становится столкновение, диссонанс, который добавляет пикантности восприятию. В большом соборе присутствует богатство звука… которого нет в концертном зале»[47].
Церкви оказали сильнейшее влияние на развитие музыки. Ярким примером может служить церковь Святого Фомы (Tomaskirche) в немецком Лейпциге. До Реформации голос священника затухал там 8 секунд. В середине XVI в. церковь перестроили, чтобы верующие могли понимать проповеди. Появились деревянные галереи и драпировки, которые уменьшали реверберацию, сократив время затухания звука до 1,6 секунды. Переместившись в XVIII в., мы обнаружим, что один из канторов, Иоганн Себастьян Бах, использовал уменьшенную реверберацию, чтобы сочинять более сложную музыку с более быстрым темпом. Хоуп Багенал, главный консультант по акустике проекта Королевского фестивального зала в Лондоне, считал, что появление в лютеранских церквях галерей, уменьшавших реверберацию, стало «самым важным событием в истории музыки, потому что непосредственно привело к «Страстям по Матфею» и Мессе си минор[48].
Какова же реверберация в самых больших соборах? Собор Святого Павла в Лондоне строился с 1675 по 1710 г. и должен был заменить предшественника, разрушенного Великим лондонским пожаром. Построенный по проекту сэра Кристофера Рена, он имел объем 152 000 кубических метров. На средних частотах время реверберации там составляет 9,2 секунды, а на низких частотах (125 Гц) чуть больше, 10,9 секунды[49]. Это большое время затухания, однако на низких частотах в мавзолее Гамильтона реверберация сильнее – вероятно, из-за меньшего количества окон (которые очень хорошо поглощают низкие частоты). Время реверберации в соборе Святого Павла типично для других больших готических соборов, и поэтому пальма первенства среди всех религиозных сооружений, по всей видимости, принадлежит мавзолею.
А как насчет естественных пространств, например пещер? Американские военные заинтересовались акустикой пещер и туннелей во время охоты за Усамой бен Ладеном в Афганистане. Дэвид Боуэн, акустик из консультационной фирмы Acentech, проводил эксперименты, когда солдаты четыре или пять раз стреляли у входа в пещеру, а акустический отклик регистрировался приборами. Ответвления, сужения и каверны изменяют реверберацию звука. Эта информация возвращается к микрофонам у входа, позволяя сделать вывод о геометрии пещеры[50].
Геометрия пещеры может стать источником великолепных ревербераций. Сму-Кейв на северном побережье Шотландии расположена в местности, которая считается одной из самых диких и красивых в Британии, со скалистыми зелеными горами и красивыми песчаными пляжами, о которые разбиваются волны. Через девять месяцев после посещения мавзолея Гамильтона я приехал в пещеру в надежде найти еще более звучное место. Через большую арку я вошел внутрь известняковой скалы, сформированной морскими волнами. Но в первом зале реверберация оказалась слабее, чем я ожидал, – из-за широкого входа и отверстия в потолке звук быстро затухал. Второй зал было гораздо интереснее, с водопадом, низвергавшимся с высоты 25 метров из отверстия в потолке. Звук был громким и всепоглощающим; с закрытыми глазами определить его источник было очень трудно: рев водопада отражался от всех стен пещеры.
Фингалову пещеру на шотландском острове Стаффа приблизительно в 270 километрах к юго-западу от Сму-Кейв украшают базальтовые колонны. В 1829 г. звук атлантического прилива, отражавшийся от стен и колонн пещеры, произвел огромное впечатление на композитора Феликса Мендельсона. Вот что он писал сестре Фанни, вложив в письмо первый двадцать один такт своей увертюры «Гебриды»: «Чтобы ты поняла, как сильно повлияли на меня Гебриды, посылаю тебе то, что я здесь сочинил»[51]. Дэвид Шарп из Открытого университета Великобритании измерил время реверберации пещеры – 4 секунды, нечто среднее между концертным залом и собором[52].
Пещеры бывают огромными, но даже в самых больших реверберация не сильнее, чем в величественных соборах. Описывая исполнение авангардной музыки Карлхайнцем Штокхаузеном в ливанской пещере Джейта, акустик Барри Блессер отмечает, что, несмотря на внушительный размер, которому должна соответствовать длительная реверберация, пещеры обычно состоят из нескольких соединяющихся камер, и потому реверберация звука в них «смягчается, достигая лишь средней интенсивности»[53]. При каждом отражении звуковой волны ее энергия уменьшается. В пещере с множеством боковых ходов стены грубые и неровные. Выступы и впадины искажают звук, заставляя его многократно отражаться в проходах и быстрее угасать. Самые звучные места обладают не только гладкими стенами, но и простой формой, а это значит, что они рукотворные.
В 2006 г. японский музыкант, мастер по изготовлению музыкальных инструментов и шаман Акио Сузуки вместе с саксофонистом, импровизатором и композитором Джоном Бутчером отправился в музыкальное турне по Шотландии под названием «Звучащие пространства». Реклама сообщала, что цель турне – «освободить звук» необычных мест, в том числе старого резервуара для воды в Уормите: «Боже, какой там невероятный звук, какое гулкое затухание и… эхо, бегущее вдоль бетонных стен. Обычно я бы сказал, что это худшая из сценических площадок, но для этого турне она просто идеальна»[54].
Состоявшийся ранее разговор с Майком Кэвизелом, отвечающим за звук в отделении игр корпорации Microsoft, пробудил у меня интерес к такого рода местам. После того как я прочел основной доклад на конференции в Лондоне, Майк подошел ко мне и рассказал о похожем водном резервуаре в США. Он говорил, что необычная акустика и темнота делают его «одним из самых волнующих и физически дезориентирующих мест, в которых мне приходилось бывать». Майк также описал, как отражения влияют на речь. «Ты мгновенно забываешь о том, что говоришь, и не можешь сосредоточиться ни на чем, кроме акустики». Реверберация настолько сильная, что «очень трудно сформулировать… четкие мысли или предложения, – рассказывал он, – и все быстро сводится к тому, что люди начинают свистеть или хлопать в ладоши, проверяя акустику»[55].
Заинтересовавшись местом с таким необычным звуком, я решил посетить Уормит – через пару дней после мавзолея Гамильтона. В компании Arika, организовывавшей турне «Звучащие пространства», меня направили к ее владельцу, Джеймсу Паску, который был рад мне все показать. Он объяснил, что приобрел участок земли, на котором имелись два подземных резервуара; меньший переоборудовали в просторный гараж под домом, а больший остается пустым и располагается под лужайкой в саду.
Мы прошли в сад, обсуждая состояние и историю муниципальной инфраструктуры Уормита. Резервуар построили в 1923 г. с расчетом на большой город, но началась война, и Уормит так и не вырос. В конечном итоге стоимость обслуживания чрезмерно большого резервуара стала настолько велика, что его вывели из эксплуатации.
В тот день было очень ветрено, осеннее солнце отражалось от залива Ферт-оф-Тей, на противоположном берегу которого виднелся город Данди. Лужайка в саду была необыкновенно ровной. Из земли торчали черные вентиляционные трубы, указывая на то, что находится внизу. Джеймс открыл заросшую травой крышку люка, спросил, не беспокоюсь ли я насчет здоровья и безопасности, и спустился по лестнице в темноту, после чего включил свет.
Лестницы напоминали корабельные трапы. Первая вела к небольшой площадке, после чего мне пришлось осторожно перелезть через сетчатое ограждение, чтобы добраться до второй лестницы, которая спускалась на пол. Огромное помещение, освещенное дневным светом, проникающим через открытый люк, и одной лампочкой, на вид ничем не примечательно. Просто бетонная коробка длиной около 60 метров, шириной 30 метров и высотой 5 метров[56]. На поверхности бетонных стен отпечаталась текстура деревянной опалубки, использовавшейся для их возведения (как в Королевском национальном театре в Лондоне). Похоже на муниципальный гараж с лесом бетонных колонн на расстоянии около 7 метров друг от друга, поддерживающих бетонный потолок (рис. 1.2). На полу виднелись лужи, а воздух был прохладным, как в естественной пещере.
Рис. 1.2. Резервуар для воды в Уормите (снято с очень большой выдержкой)
При первых же звуках проявила себя акустика помещения: грохот нарастал и окутывал нас, словно плотный туман. Многие звучные помещения имеют такую акустику, что разговаривать в них практически невозможно. Но не в этом резервуаре[57]. К моему удивлению, мы могли беседовать, даже находясь на значительном расстоянии друг от друга, что было бы невозможно в не менее звучном мавзолее Гамильтона[58]. Как в соборе – с тем преимуществом, что здесь я мог кричать и хлопать в ладоши. Именно крики позволили «невероятной» акустике резервуара проявить себя в полную силу; казалось, раскатистое эхо будет звучать вечно.
Я захватил с собой несколько воздушных шариков, которые надул и проколол, чтобы оценить время реверберации. Как и в мавзолее, самые впечатляющие результаты получились на низких частотах: 23,7 секунды на частоте 125 Гц. На средних частотах, самых важных для речи, время реверберации оказалось более скромным – 10,5 секунды.
Саксофонист Джон Бутчер во время турне «Звучащие пространства» сделал запись в резервуаре в Уормите. В рецензии в журнале Wire описывается, как он «атакует пространство»[59]. В пьесе Бутчера «Крики из ржавой клетки» (Calls fom a Rust Cage) зачастую трудно выделить звук саксофона среди необычного электронного свиста, вздохов и всхлипов, похожих на звуки горна. Уилл Монтгомери описывает в Wire, как в середине композиции Бутчер «внезапно переходит к бурному цикличному дыханию с пышным глиссандо (что… напоминает начало «Рапсодии в стиле блюз»)»[60]. Это один из музыкальных подходов к такому звучному месту: принять диссонирующий шум, создаваемый продолжительными нотами, и использовать его.
Другой подход применил американский музыкант Стюарт Демпстер, играющий на тромбоне и диджериду, в своем альбоме «Подземное эхо из капеллы в цистерне» (Underground Overlays from the Cistern Chapel). Цистерна, о которой идет речь, – это резервуар Dan Harpole Cistern в парке Форт Уорден в штате Вашингтон, то самое место, которое Майк Кэвизел называл волнующим и дезориентирующим. Он очень похож на резервуар в Уормите, только имеет цилиндрическую форму. Его построили для хранения 7,5 миллиона литров воды, которую планировалось использовать для тушения пожаров. В литературе и в интернете встречаются упоминания о 45-секундной реверберации. Это значит, что громкость прозвучавшей ноты уменьшается наполовину только через 3 секунды и для разделения нот музыканты должны играть невероятно медленно[61]. В журнале Billboard запись Стюарта Демпстера и его коллег описывается как «чрезвычайно спокойная музыка, в которой малейшие изменения вызывают цепную реакцию, а постепенное нарастание звука подобно приливным волнам»[62]. Дебра Крейн писала в Times, что в музыке присутствует «сверхъестественная, волшебная безмятежность, которая обволакивает тебя гипнотической радостью»[63]. Ноты, которые разделяют несколько секунд, наслаиваются друг на друга, обогащая звучание, и музыкант должен учитывать взаимодействие далеко отстоящих друг от друга нот; в противном случае возникает сильный диссонанс. Стюарт Демпстер отмечал: «Обычно, когда вы останавливаетесь после ошибки, то ошибка имеет склонность тоже останавливаться, но [в резервуаре] этого не происходит; она остается и смеется над вами… Нужно быть ловким композитором [или импровизатором] и встраивать все свои ошибки в пьесу»[64].
Я слушал альбом, наслаждаясь медитативной полифонией, но особое внимание обращал на окончания музыкальных фраз, потому что после того, как инструменты умолкали, звук естественным образом перемещался по резервуару. По этим фрагментам можно оценить время реверберации. Больше десяти лет мы с коллегами разрабатывали методы вычисления времени реверберации по речи или музыке. Идея заключалась в том, чтобы проводить измерения в концертных залах, на железнодорожных вокзалах и в больницах, заполненных людьми. Обычно измерение реверберации требует громких звуков: выстрелов или динамиков, излучающих шум или медленные глиссандо. Это неприятные и вредные для слуха звуки. У людей, присутствующих в помещении, также есть вызывающая раздражение привычка комментировать звук – «Ой, как громко!» – во время измерений. Но звуки оркестра в концертном зале или речь преподавателя в аудитории – не слишком подходящие для измерений – содержат в себе эффекты акустики помещения; трудность заключается в том, чтобы отделить эти эффекты от самой музыки или речи. В настоящее время один из самых перспективных методов состоит в использовании алгоритмов компьютерной обработки для извлечения информации из аудиозаписи. Широко известно приложение Shazam, которое использует микрофон мобильного телефона, чтобы по короткому фрагменту определить музыкальное произведение. Другие алгоритмы пытаются автоматически записать ноты или определить музыкальный жанр неизвестных аудиофайлов.
Применение нашего алгоритма к записи Стюарта Демпстера дало время реверберации 27 секунд для низкочастотного диапазона, характерного для тромбона и диджериду[65]. Судя по всему, американский резервуар звучнее шотландского. Но для полной уверенности я хотел измерить стандартную реакцию на импульс. При проектировании нового зала инженеры-акустики используют графики и таблицы для времени реверберации и других параметров, чтобы проверить, отвечает ли помещение предъявляемым требованиям. Однако эти научные данные в виде графиков и чисел ничего не говорят архитекторам, и поэтому акустики все чаще обращаются к акустическому факсимиле помещения, которое предлагают прослушать клиенту. Эта аурализация начинается с фрагмента музыки, записанного в абсолютно «мертвом» помещении, наподобие безэховой камеры (о ней говорится в главе 7). Другими словами, это звучание оркестра вне помещения. Затем акустики моделируют, как будет звучать музыка в проектируемом пространстве. В прошлом реакцию на импульс получали из уменьшенных моделей залов в одну десятую или одну пятидесятую натуральной величины, но теперь расчеты ведутся на компьютере.
Для аурализации подходит и реакция на импульс, измеренная в реальном помещении, поскольку ее также можно преобразовать в алгоритмы искусственной реверберации, используемые музыкантами и звукоинженерами для создания саундтреков к фильмам и видеоиграм. В одной из таких программ реверберации я наткнулся на библиотеку реакций на импульс, в которой оказались три реакции, измеренные в американском резервуаре. На низких частотах время реверберации Dan Harpole Cistern совпадало со значением для резервуара в Уормите: 23,7 секунды. Но на средних частотах побеждает американской резервуар – 13,3 секунды. Это время реверберации больше, чем в самых больших соборах.
Вход в комплекс нефтехранилища в Инчиндауне неподалеку от шотландского города Инвергордон напоминает вход в тайное логово злодея из фильма о Джеймсе Бонде. 210-метровый бетонный туннель, очень узкий и низкий, чуть выше моего роста. Он идет вверх с небольшим уклоном, и по мере удаления от входа дневной свет постепенно бледнеет, а мой фонарь тщетно пытается осветить дорогу впереди. Бетонная облицовка заканчивается, и в скалистой нише слева открывается проход в нефтяной резервуар номер один. Но это не дверь, потому что единственный способ преодолеть бетонную стену толщиной 2,4 метра и попасть внутрь гигантского нефтяного резервуара – труба диаметром 46 сантиметров. Думать о клаустрофобии времени нет, поскольку у другого конца трубы находится, вероятно, самое звучное пространство в мире.
Я приехал в Инчиндаун через девять месяцев после посещения Уормита, чтобы увидеть резервуары, в которых когда-то хранилось дизельное топливо для кораблей. Эти резервуары предназначались для обслуживания якорной стоянки военно-морского флота в Кромарти-Ферт у подножия холма. Из-за усиления немецкой авиации в 1930-х гг. и угрозы, которую представляли дальние бомбардировщики, резервуары строились в обстановке строгой секретности и поэтому были укрыты в глубине холма. На сооружение огромного комплекса ушло три года. Объем хранилища составляет 144 миллиона литров – достаточно, чтобы заправить два с половиной миллиона дизельных автомобилей.
Моим гидом был Аллан Килпатрик, археолог-исследователь Королевской комиссии по древностям и историческим памятникам Шотландии. Аллан прямо-таки влюблен в эти нефтяные резервуары, о тайных туннелях в которые узнал еще мальчишкой. С нами еще восемь человек, воспользовавшихся редкой возможностью увидеть это место, хотя некоторые так и не решились преодолеть узкую трубу до главных резервуаров.
Мне предстояло попасть в один из больших резервуаров, предназначенных для хранения 25,5 миллиона литров дизельного топлива. Я лег на тележку, узкий лист металла длиной около 1,5 метра, и меня втолкнули в трубу, словно пиццу в печь. Пока я ждал, входное отверстие показалось мне еще у́же, а когда оказался в трубе, ее стенки стиснули мои плечи. Тележку начали толкать вперед, и с меня слетела каска; наконец я внутри. Приземление оказалось не слишком приятным – ноги на полу резервуара, а половина туловища еще в трубе. Аллан, экипированный как альпинист и великолепно ориентировавшийся в этом темном подземном мире, подал мне руку и помог встать. Вскоре к нам протолкнули мое оборудование для акустических измерений, тщательно подобранное, чтобы пролезть через узкую трубу.
Теперь у меня появилось время оглядеться. В моем распоряжении был только велосипедный фонарь, слишком слабый, чтобы осветить огромный, похожий на бочку резервуар. Оценить размеры помещения было трудно. Мне показалось, что ширина его около 9 метров. А высота? Темнота мешала что-либо разглядеть. Позже Аллан сказал мне, что высота потолка – 13,5 метра.
Почти весь пол покрывали лужи из воды и остатков дизельного топлива. В зловонной бурой жидкости валялись сапоги и перчатки, брошенные рабочими, которые выполняли тяжелую работу по очистке резервуара, когда его вывели из эксплуатации. К счастью, по центру резервуара проходила сухая дорожка, поскольку пол там был немного приподнят.
Шагая по дорожке, я пропел несколько нот, которые повисли в воздухе, накладываясь одна на другую. У гидов в баптистерии Сан-Джованни в Пизе существует давняя традиция демонстрировать впечатляющую реверберацию помещения. Вот как в XIX в. об этом рассказывал писатель Уильям Дин Хоуэллс: «Мужчина пропел несколько нот, одну за другой, и ему ответило неземное эхо… Это было небесное сострадание, которое утешало и успокаивало, а затем сменялось возвышенной и торжественной радостью, оставлявшее нас бедными, раскаивающимися и смиренными»[66]. Боюсь, мое пение в нефтяном резервуаре звучало не так поэтично, и я удовлетворился тем, что проверил, сколько нот я могу заставить звучать одновременно – акустический эквивалент одновременно находящихся в воздухе тарелок у циркового жонглера. Мне удавалось воспроизвести довольно длинные музыкальные фразы, поскольку звук не умолкал очень долго, наверное секунд тридцать. Реверберация здесь явно превосходила реверберацию в резервуаре Уормита.
Я все шел и шел, и тут до меня дошло, насколько длинным был резервуар: около 240 метров, в два раза больше футбольного поля. От крика этот гигантский музыкальный инструмент оживал. Никогда прежде мне не приходилось слышать такого богатого эха и реверберации. Я был словно маленький ребенок, который впервые сел за пианино и барабанил по клавишам, проверяя, какие звуки можно извлечь из инструмента. Через несколько минут я с сожалением прекратил свои акустические забавы и начал готовиться к измерениям. Приборы я установил на старых трубах отопления (они поддерживали текучесть топлива), покрытых липким черным налетом. При свете велосипедного фонаря – треноги под мышкой, провода на шее, дорогостоящие микрофоны зажаты в зубах – я изо всех сил старался ничего не повредить.
Современные акустические измерения часто выполняются с помощью ноутбука, что теоретически облегчает процесс. Но мой ноутбук сыграл со мной злую шутку: в недрах холма на экране появилось сообщение об обновлении Windows. Пришлось воспользоваться планом Б: записывать выстрелы из пистолета на цифровой диктофон.
Аллан стрелял из пистолета холостыми патронами, отойдя от входа примерно на треть длины резервуара, а я записывал реакцию с помощью микрофонов, установленных на расстоянии одной трети от дальнего конца. Это стандартный метод измерений при оценке акустики концертных залов. На старых черно-белых фотографиях можно увидеть, как в 1950-х гг. на сцене Королевского фестивального зала стреляют из пистолета, проверяя акустику. Несмотря на множество современных методов измерения, использующих особые звуки, стрельба из пистолета по-прежнему считается вполне респектабельной и эффективной.
Однако измерения в таком звучном помещении сопряжены с определенными сложностями. Если я или Аллан издадим какой-то звук – например, скажем друг другу «Давай, я готов», – то нам придется ждать около минуты, чтобы исчезло эхо, и только потом стрелять из пистолета. Кроме того, мы должны стоять совершенно неподвижно и не шуметь во время затихания звука – в противном случае измерения окажутся искаженными. Мы стояли в кромешной тьме на расстоянии около ста метров друг от друга, и поэтому о жестах не могло быть и речи. Аллан предложил подавать сигналы, освещая фонарями потолок.
Договорившись о связи, Аллан удалился. Я увидел тусклое пятно на потолке и ответил тем же, показывая, что готов. Раздался выстрел, и я почувствовал мгновенный прилив адреналина. Но звук был слишком громким, и в цифровом диктофоне возникла перегрузка. Отрегулировав прибор, я приготовился ко второму выстрелу, но затем понял, что должен сообщить Аллану, что происходит. Шагая по центральной дорожке, я мысленно сделал заметку, что в следующий раз нужно взять с собой переносные рации.
Прозвучал второй выстрел, и я слушал реверберацию в наушниках, ожидая, когда угаснет звук и можно будет выключить диктофон. Цифровой индикатор показывал истекшее время: 10 секунд, 20, 30, 40, – а я все еще отчетливо слышал реверберацию; 50, 60 – это уже совсем странно. Через полторы минуты все окончательно смолкло, и я выключил диктофон.
Перед третьим выстрелом я снял наушники, чтобы самому оценить звук. Знакомый щелчок выстрела сопровождался грохотом, который пронесся мимо, отразился от дальней стены, затем вернулся и окутал меня реверберацией, приходящей со всех сторон. Если конец света будет сопровождаться апокалиптическим ударом грома, он будет звучать именно так – с мощным, постепенно переходящим в плач раскатом. Мне хотелось кричать от радости, но я был вынужден молчать, чтобы не мешать записи.
Длительность реверберации была просто невероятной. Бетонные стены толщиной 45 сантиметров практически не поглощали звук на низких частотах, и он полностью отражался. Более того, дизельное топливо для кораблей залило поры в бетоне, создав гладкую, воздухонепроницаемую поверхность, что значительно уменьшило поглощение на высоких частотах. Лучше всего поглощал звук огромный объем воздуха, вызывавший затухание на высоких частотах. При распространении звуковой волны от молекулы к молекуле теряется крошечная часть ее энергии. В учебниках поглощение звука воздухом оценивается в десятки децибел на милю на самой высокой из измеренных мной частот. В большинстве помещений расстояние, которое проходит звук, невелико, и влияние воздуха можно не учитывать. Но длина резервуара для дизельного топлива составляет одну шестую мили, и поэтому на высоких частотах воздух поглощает звук сильнее, чем стены.
Записав шесть выстрелов, я приступил к предварительному анализу – ввел результаты измерений в ноутбук и запустил программу. Поначалу я просто не поверил своим глазам: время реверберации получилось слишком большим. В этот момент мне захотелось сыграть со своими коллегами акустиками в игру «угадай время реверберации». Они выбрали бы какое-нибудь невероятное с точки зрения акустики число, наверное 10 или 20 секунд. Но все равно ошиблись бы. На частоте 125 Гц время реверберации составляло 112 секунд – почти две минуты. Даже на средних частотах время реверберации доходило до 30 секунд. Я окликнул Аллана и сообщил ему хорошую новость. Мы обнаружили самое звучное место в мире.