Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
Шрифт:
Устройство нашего слухового аппарата тоже довольно замысловато, ведь звуковые волны от каждого музыкального инструмента проплывают через весь концертный зал и достигают нас, уже слившись в одно целое. Иначе невозможно, потому как все волны распространяются через одну и ту же воздушную среду, которая в каждый момент времени в каждой точке пространства способна сжаться или расшириться единожды. Поэтому волны объединяются в одну цепь колебаний, сложную последовательность из сжатий и разрежений, которая воздействует на наши барабанные перепонки — перепонки начинают колебаться в соответствии с ними. Наш мозг способен распутать эту хаотическую последовательность колебании — мы расшифровываем микроскопические движения тонюсенькой, всего около 6
Итак, мы не видим звук как волну. Однако его «волнообразность» от этого меньше не становится. Наоборот, звуковые колебания ведут себя в точности как классические волны. В частности, ловко демонстрируют три способа изменения волнового направления: отражение, рефракцию и дифракцию.
Последние два, рефракция и дифракция, уж больно смахивают на абракадабру, придуманную сухарями-физиками — вполне возможно, так оно и есть. Но не стоит впадать в тоску раньше времени. Благодаря проявлениям свойств этих вездесущих волн мы постигаем мир. Разобравшись в их свойствах, вы овладеете всеми тонкостями наблюдения за волнами.
Мои домашние уже успели проникнуться к отражению, рефракции и дифракции известной долей уважения; отныне они называют эти явления не иначе как «Законы волны».
Начнем с отражения. Первый закон волны прост:
Ну да, на открытие века не тянет. Однако выяснилось следующее: отскакивают волны в манере, гораздо более замысловатой, нежели мяч на площадке для игры в сквош, — вам такое и не снилось.
Кстати, именно тот факт, что звук отскакивает от стен, порождая эхо, впервые побудил мыслителей древности задуматься: а ведь звук вполне может иметь нечто общее с волнами на воде. Например, в конце I в. до н.э. римский архитектор Марк Витрувий Поллион (более известный как просто Витрувий), размышляя о необходимости учитывать при проектировании театров отражение звука, предположил, что «голос же есть текучая струя воздуха», и она «соприкасаясь со слухом, ощущается им. Голос двигается по бесконечно расширяющимся окружностям, подобно тем бесчисленным кругам волн, какие возникают на спокойной воде, если бросить в нее камень…»{40}
Поскольку рябь отражается от стенок ванны, повторяя при этом свой путь в обратном направлении, вполне логично предположить, что и звук отражается от стен театра, поскольку также является волной. Конечно, описание Витрувием звука как «текучей струи воздуха» было неверным в той же степени, в какой было неверно и представление о том, что во время исполнения произведения Моцарта до нас доносится истинное звучание музыки композитора. Когда на вас сердито прикрикнут через всю комнату, до вас доносится заряд гнева, но никак не порыв ветра. Звуковые волны именно что проходят через воздух, они не вызывают его смещения как такового. Тем не менее, сравнение Витрувием звуковых волн с морскими возникло не на пустом месте. Поскольку звуки остаются для нас невидимыми, мы судим об их волновой сущности не по внешнему виду, а исходя из их поведения.
Живший в XVII в. в Германии иезуитский монах и ученый-энциклопедист Атанасиус Кирхер интересовался таким природным феноменом, как эхо. Кирхер владел десятками языков, включая китайский и
В своем труде Phonurgia Nova, опубликованном в 1673 году, Кирхер описал эксперимент, в котором человек, стоя напротив ряда примыкающих к стене перегородок, произносит слово. Кирхер снабдил описание рисунком: выступающие из стены под прямым углом перегородки отстоят от человека на разном расстоянии. По мере того как звук отражался от каждой последующей перегородки, эхо возвращалось все с большим и большим запаздыванием. Выкрикивая итальянское слово clamore, означающее «крик», Кирхер обнаружил, что с каждым возвращающимся эхом оно все более укорачивается: – amore, -ore, -re. Дело в том, что каждое последующее эхо, запаздывая чуть сильнее предшествующего, возвращается в укороченном виде и накладывается на слово, в то время как его произносят до конца. По чистой случайности каждая часть слова clamore имеет в итальянском и самостоятельное значение: «любовь», «время», «король».
О значении такой словесной игры можно только догадываться, но я уверен, что загадывание слов, эхо которых обладает самостоятельным значением, снискало бы популярность в качестве салонной игры. Правда, при условии, что салон представляет собой пещеру необъятных размеров.
В пещере любая произнесенная вами фраза будет отскакивать от стен, возвращаясь обратно; однако лишь при достаточной величине помещения вы заметите отголоски эха. В небольшой пещере звук будет накладываться на произносимое вами слово полностью, и никакого эха вы не услышите. Почти одновременное отражение звука в замкнутом пространстве известно как реверберация, оно является частью описываемой нами акустики пространства. Основываясь на характере обусловленного отражениями звука, мы и строим догадки об окружающем нас пространстве.
Похоже, моя дочь научилась говорить с помощью эха. В полтора года она норовила повторять все, что слышала. Если, забираясь в игрушечный домик дочки, я приветствовал ее с преувеличенной напыщенностью: «Вы, должно быть, Флора? Премного о вас наслышан. Рад, что мы, наконец, познакомимся», она радостно трясла протянутую мной руку и отвечала: «…познакомимся».
Какое-то время дочка здорово напоминала мне Эхо, нимфу из древнегреческой мифологии, которая, как писал Овидий, «на слова не могла не ответить, но не умела начать»{41} А все из-за Геры, вечно недовольной супруги Зевса — именно Гера «наградила» Эхо этим довольно неприятным речевым дефектом. Впрочем, Геру можно понять — поведение Эхо, покрывавшей других нимф, тайно вступавших в связь с Зевсом, ее вконец разозлило. Поскольку Эхо обыкновенно занимала Геру долгими разговорами, во время которых нимфы успевали скрыться, Гера в наказание отняла у Эхо способность говорить — нимфа могла лишь повторять последние обращенные к ней слова. Должно быть, как-то утром нимфы проснулись и обнаружили, что их подруга превратилась в ту, что вечно докучает, пытаясь закончить… предложения… за других.
И вот, будучи не в состоянии завести беседу с невероятно красивым юношей Нарциссом, к которому испытывала неодолимое влечение, Эхо могла лишь следовать за ним, прячась в тени. Страстное чувство жгло ее изнутри; она лишь надеялась, что однажды, когда они останутся наедине, юноша скажет что-нибудь, что она сможет повторить.
В конце концов, ей представилась такая возможность — отставший от друзей Нарцисс позвал: «Здесь кто-нибудь есть?»
Эхо с готовностью подхватила: «…есть»; она его как будто поддразнивала. И ее уловка неожиданно возымела действие — Нарцисс захотел узнать, кому принадлежит этот загадочный голос.