Тревор Кокс «Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес» - рецензия П. Можейко
«Звук - форма продолженья тишины, подобье развивающейся ленты». (Иосиф Бродский)
НАЗВАНИЕ: Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес
АВТОР: Тревор Кокс
ОРИГИНАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ: The Sound Book: The Science of the Sonic Wonders of the World
ISBN: 978-5-389-12714-2
ГОД ИЗДАНИЯ: 2018
ИЗДАТЕЛЬСТВО: «КоЛибри»
СЕРИЯ: «Научный интерес»
КОГДА МНОЙ ПРОЧИТАНО: Июль 2021
ИСТОЧНИК: Оригинальная книга
О КНИГЕ:
Знакома ли вам история, когда при прослушивании музыки (если это только не «Roundabout» группы Yes) вы не обращали внимания на партию баса, но стоило ей пропасть хотя бы на мгновение, как сразу возникло ощущение дискомфорта и «пустоты»? И сразу становилось понятно, какую важную роль играла эта партия в общей мелодии. Мир звуков чем-то похож на эту партию баса. Окружающий шум для нас является простым (и естественным) фоном, и пока не начинает откровенно раздражать – остается незаметным. Высшие проявления звука для человека – это речь и музыка, но все это лишь незначительная часть того акустического многообразия, которое ускользает от нашего внимания.
«Распознаваемые закономерности в музыке и речи способны отвлекать нас от акустики и естественных звуков. Поэтому данная книга выйдет за пределы музыки и речи, познакомив вас со звуками, которые обычно не замечают или игнорируют. <…> Эта книга посвящена психологии и нейробиологии звука с точки зрения физика и инженера-акустика.»
Британский физик, профессор кафедры инженерной акустики в Салфордском университете, Тревор Кокс известен не только тем, что попал в Книгу рекордов Гиннесса, зафиксировав самое долгое эхо, но и тем, что собрал большое количество так называемых «акустических чудес». Своей коллекцией он делиться с читателями в этой книге и на своем сайте, где на интерактивной карте можно прослушать уникальные звуки со всего мира и прочитать историю этих мест (обязательно посмотрите, это очень интересно!).
«После прогулки по канализационному туннелю моя охота за акустическими чудесами превратилась в настоящую страсть. Я разработал интерактивный сайт (Sonic Wonders org) – каталог моих открытий и площадку, где люди могли бы сообщать о необычных звуковых эффектах, заслуживающих изучения.»
Подобно тому, как Мартин Пачнер в своей книге «От литеры до литературы: как письменное слово формирует мир, личности, историю» скрестил литературу, географию и историю, Тревор Кокс написал свою книгу совместив акустику и географию. Неспроста в начале каждой из этих книг дана карта мира с расположением описываемых мест.
Тревор Кокс не вдается в физические подробности природы звука, и ограничивается только понятием реверберации и ее длительности, как основного, наглядного и очевидного акустического параметра.
«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.»
Главной целью, которую ставит перед собой автор, является не описание способов управления звуком и истории его исследования, а знакомство читателей с различными естественными и природными звуками, а также процессом их формирования. В ходе этих описаний автор приходит к важным выводам, отмечает известные акустические парадоксы, показывает, как то или иное звучание заставляет нас испытывать удовлетворение, страх или растерянность. В этой книге мало физики как таковой, но зато много географии и туристических изюминок. Здесь нет формул, а схемы распространения звуковых волн доступны любому, кто помнит азы геометрии из школьного курса.
Но давайте перейдем к материалу книги.
Главное беспокойство, которое вызывает у путешественника и физика-акустика Тревора Кокса современное положение вещей, в том, что в мире победившей визуальной культуры акустическим чудесам уделено минимальное внимание, что приводит к риску полного исчезновения многих из них. А вот, что пишет по этому поводу сам автор:
«Одна из главных опасностей для акустических чудес – исполненная благих намерений консервация, которая учитывает только визуальные аспекты. <…> Организации, занимающиеся сохранением культурного наследия, должны осознать значение звука и документировать достопримечательности не только с помощью слов и фотографий. Существуют и другие осколки прогресса, которые хранят акустические чудеса, ждущие открытия. И можно не сомневаться, что новые рукотворные сооружения непреднамеренно создают чудеса звука, которыми будут наслаждаться наши потомки.»
Проблема в том, что исчезнувшее акустическое чудо сложнее воссоздать, даже если оно было до этого подробно исследовано. Реставрация, как правило, затрагивает лишь визуальную и материальную составляющую общего вида, но акустика намного сложнее. Не проблема старую деревянную балку заменить на деревянную же, но визуально искусственно состаренную. Это будет выглядеть отлично и аутентично. Но с точки зрения акустики «молодой» материал этой балки уже не будет обладать теми же акустическими свойствами, а малейшая неточность установки может изменить траекторию звуковых волн, формировавшую ранее уникальное эхо в помещении. Подумайте сами, сколько вы можете назвать впечатливших вас визуально вещей (картины, постройки, склоны гор и заливы), а сколько при этом тех, что удивили своим звуком? Сейчас многим из нас благодаря смартфонам доступны не только хорошие камеры, но и довольно неплохие диктофоны, но ситуацию это не меняет, потому что акустические чудеса отнесены даже не на второй план.
«Преобладание визуальной информации приглушило чувства, особенно слух. Это привело к тому, что мы выкладываем в сеть огромное число изображений необычных и красивых мест, но на удивление мало записей чудесных звуков.»
Кстати, максимальная реверберация возможна в пространствах простой формы с твердыми и ровными стенами, что намекает нам на то, что это пространства рукотворные (храмы, бункеры, туннели и пр.). Т.е. мы способны создавать акустические чудеса не хуже самой природы!
«Пещеры бывают огромными, но даже в самых больших реверберация не сильнее, чем в величественных соборах. <…> 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.»
А теперь несколько интересных фактов о том, как мы воспринимаем звук и реагируем на него.
Широко распространено мнение, что женщины смотрят вблизи и широко, а мужчины наоборот, узко, но четко и далеко. Главным полем эксперимента служит холодильник. А что же по поводу слуха? Оказывается, тут оба пола равны. Эксперимент говорит о том, что мы способны слышать в каждый момент только что-то одно.
«Первые исследования слухового внимания проводились после Второй мировой войны, когда армейские специалисты пытались понять, почему пилоты истребителей иногда игнорировали важные звуковые сообщения. Типичная схема эксперимента: люди получают сообщение через наушники и повторяют вслух слова, прозвучавшие в одном наушнике. Одновременно через другой наушник транслируют отвлекающее сообщение. После теста испытуемые не могли его вспомнить. Ученые изменяли отвлекающее сообщение – меняли голоса или язык и даже воспроизводили текст в обратном порядке, – но большинство людей не замечали изменений. Многие убеждены, что мы слушаем множество звуков одновременно, и даже полагают, что женщины справляются с этим лучше мужчин, но тесты доказывают: подобная способность – иллюзия. Мы всегда слышим что-то одно, быстро переключая внимание на другие звуки.»
Акустические чудеса можно разделить на два типа: моноуральные и бинауральные. Для восприятия первых достаточно одного уха (например, эхо), для вторых – оба (стереоэффекты).
Стереоэффект (громкость и продолжительность звучания) позволяет нам лучше ориентироваться в пространстве. Если быть более точным, то причиной тому служит так называемый «эффект первенства», который легко ломают сферические помещения.
«Мозг сравнивает время воздействия низких частот на каждое ухо и относительный уровень высоких частот, чтобы определить, откуда приходит звук. Сферические помещения могут исказить оба этих признака. Искажение громкости влияет на локализацию. Кажется, что источник звука находится в другом месте. <…> Локализация обычно основывается на первом звуке, достигшем ушей (эффект первенства). Это эмпирическое правило вполне разумно, поскольку самый первый звук проходит кратчайший путь, обычно по прямой. <…> Эффект первенства может быть нивелирован громким звуком, приходящим позже, – такая ситуация складывается на большинстве рок-концертов.»
Интересно, что наш мозг обрабатывает звук с оглядкой на другие чувства, такие, как зрение. Доказательством тому эксперименты Майкла Хантера:
«Майкл Хантер из Шеффилдского университета и его коллеги с помощью функционального магниторезонансного томографа (fMRI) продемонстрировали, как мозг обрабатывает сенсорные данные в спокойном и в беспокойном месте. Они применили оригинальный прием: во всех тестах использовали запись неопределенного шума (волны, разбивающиеся о берег, очень похожи на тихий транспортный шум) и просто меняли картинку, заставляя испытуемых считать, что они слушают что-то другое. Вид морского берега усиливал связь между слуховой зоной коры и другими частями мозга. Построенная человеком автострада не вызывала такого эффекта. Результаты показывают: то, на что мы смотрим, влияет на то, какие нервные пути используются для обработки звука. В создании чувства покоя участвуют и зрение, и слух.»
А вот еще одно удивительное наблюдение. В различных программах, призванных снизить уровень стресса, есть многочисленные успокаивающие аудиофайлы. Как правило, это записи естественных природных процессов (шум леса, звук прилива, летний дождь, ночные луга). Но звуки человеческой деятельности также способны нас успокаивать!
«Исследователи продемонстрировали, что природные звуки полезны для здоровья, но, по-моему, выводы Билла о том, что они должны быть энергичными и приятными, указывают, что ученые упускают одну категорию звуков, которые тоже полезны. Возможно, звуки человеческой деятельности уменьшают стресс. Тихий разговор людей в кафе расслабляет и не слишком привлекает внимание. Более того, соседство других людей и дружеская атмосфера вызывают положительные эмоции. Как бы то ни было, человек – социальное животное, и именно это определило наш эволюционный успех. Возможно, это одно из направлений будущих исследований.»
Большую роль в восприятии звука играет ожидание. Это хорошо демонстрирует музыка. Как правило, мелодии, в которых есть изменения темпа, неожиданные паузы, модуляции и эксперименты с гармонией кажутся нам более интересными и интригующими, нежели монотонные поп-композиции.
«Психологи и нейробиологи только начинают осознавать, какую важную роль в нашей реакции на звук играет ожидание. Самым ярким примером этого может служить музыка, в которой композиторы играют на чувствах слушателя, обманывая его ожидания. Ученые проверили эту гипотезу, измеряя электрическую проводимость кожи, когда нота или аккорд музыкального произведения менялись на нечто неожиданное. При этом потоотделение слушателя немного усиливалось – физиологический признак эмоциональной реакции.»
Кстати, о музыке! Если вам однажды не понравился концерт классической музыки, не спешите отказываться от ее прослушивания в дальнейшем. Возможно, дело не в вас или в оркестре, а в несовпадении помещения и композитора, чьи произведения в нем исполнялись. Даже хороший зал, но с неподходящим временем реверберации, может испортить впечатление от концерта.
«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». 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.»
Еще одно забавное и порой вводящие нас в обман психоакустическое свойство: ориентация на тишину, как признак качества. Вот как это проявилось в автомобильной промышленности:
«Десять назад автопроизводители поняли, что дверные замки и защелки слегка дребезжат, создавая ощущение дешевизны и ненадежности. Новые стандарты безопасности требовали более массивных лонжеронов, что вызвало необходимость облегчить другие части автомобиля, в том числе дверные защелки. Тесты восприятия показывают, что люди ассоциируют качественные продукты с низким звуком – возможно, потому, что прочные объекты обычно массивные и генерируют низкие частоты. Чтобы избавиться от дребезжания защелки, в пространство двери добавили звукопоглощающий материал, который ослабляет высокие частоты, а запирающий механизм доработали таким образом, чтобы он издавал короткий мягкий щелчок.»
Религии также используют разные психоакустические приемы. Так, например, слово «Аминь» в конце каждой христианской молитвы, приносит нам удовлетворение, используя взаимосвязь консонанса и диссонанса.
«Когда две одновременно исполняемые ноты словно конкурируют и сталкиваются друг с другом, это называется диссонансом. Основа западной музыки – переключение между исполненным напряжения диссонансом и гармоничным консонансом. Ярким примером может служить слово «амен» в конце гимнов, где ноты в звуке «а» кажутся незаконченными и звук завершается только при переключении на слог «мен». Удовольствие нам доставляет именно такое переключение.»
А иногда, чудеса акустические, становятся чудесами религиозными, помогая обращать в веру доверчивых людей:
«В «Чудесах акустики» приводится множество сведений об Афанасии Кирхере, ученом иезуите XVII в., жившем в Риме и много писавшем о театральной акустике и других необычных явлениях. Его заинтересовало множественное эхо – с несколькими отчетливыми отражениями. К этой категории относится повторяющееся эхо, вызванное сложными структурами и превращающее одно слово в целое предложение. Для своего двухтомного шедевра «Универсальная музургия» (Musurgia Universalis), изданного в 1650 г., Кирхер сделал рисунок больших вертикальных панелей, расположенных на разном расстоянии от оратора, чтобы производить серию отражений, следующих одно за другим. Одна из таких конструкций имела пять панелей и была предназначена для того, чтобы слово clamore отражалось как clamore от первой панели, как amore от второй, а также как more, ore, re от третьей, четвертой и пятой панели соответственно. Поэтому, если вы громко крикнете: «Tibi vero gratia agam, quo clamore?» («Как я могу отблагодарить тебя?»), эхо последнего слова ответит вам латинской фразой «clamore, amore, more, ore, re», что приблизительно переводится как «твоей любовью, твоими устремлениями, твоими словами, твоими делами».
Как показали опыты, в акустике важнее форма пространства, а не материал, из которого сложены его границы. Это же в некоторой степени касается и музыкальных инструментов.
«Можно предположить, что характер звука определяется материалом трубы. Однако, хотя труба металлическая, материал практически не влияет на тот факт, что мой голос становится похожим на голос робота. Труба могла быть изготовлена из любого материала – бетона, металла, пластика, – и все равно звук приобретал бы в ней металлический оттенок, как в туннеле в Гринвиче. Все дело в геометрии, поскольку вибрирует воздух в трубе, а не ее стенки. То же самое происходит в музыкальных инструментах. В юности я учился играть на кларнете, и низкие ноты, извлекаемые из этого инструмента, часто описывались как явно «деревянные». Это наводит на мысль, что причиной тому – трубка из черного дерева. Но мой коллега Марк Эвис однажды играл на латунном кларнете и обратил внимание на его глубокий «деревянный» звук. Великий джазовый музыкант Чарли Паркер известен тем, что для некоторых композиций использовал пластиковый саксофон и при этом характерное для музыканта звучание оставалось прежним.»
Как показали открытия ученых, акустика помещений влияет и на культуру, даже на такую древнюю, как наскальная живопись.
«В 1980-х гг. специалисты по акустической археологии нашли доказательства, что наскальные рисунки встречаются в местах с необычной акустикой. <…> Похоже, звук также влиял на сюжеты древних наскальных рисунков. Специалист по акустической археологии Стивен Уоллер пытался поставить эти идеи на более прочную научную основу с помощью статистического анализа того, что появляется в каждой акустической зоне. В статье в журнале Nature он писал: «В глубоких пещерах Фон-де-Гом и Ласко изображения лошадей, быков, бизона и оленя обнаружены в местах с высокими уровнями звукового отражения, тогда как животные из семейства кошачьих находятся в тех местах пещер, где акустика плохая». По всей видимости, наши древние предки использовали пещерную акустику, рассказывая истории, связанные с рисунками, – рассказы о громких копытных животных усиливались реверберацией, тогда как тихие кошки не нуждались в усилении звука.»
Самым известным техническим применением «акустических чудес» является эхолокация. Записи бортовых журналов свидетельствуют о том, что опытные моряки могут на слух различать характер невидимой в тумане береговой линии.
«Другой известный случай использования эхолокации моряками произошел в заливе Пьюджет-Саунд в штате Вашингтон. Статья в номере журнала Popular Mechanics за 1927 г. описывает проход из Пьюджет-Саунда к Аляске как «узкий, извилистый канал, хуже которого ничего быть не может». В туманную погоду капитаны определяли свое местоположение, прислушиваясь к эху пароходного гудка. Сильные волны в канале не позволяли судам замедлять ход, как во время тумана в открытом море. Тот же журнал объяснял: «Полный вперед, затем полный назад – вот правило лоцманов, использующих эхо». Если задержка эха составляет одну секунду, это значит, что гудок преодолел 340 метров, то есть судно находится в 170 метрах от берега. Моряки, изучающие этот маршрут, должны запомнить задержку отраженного звука от главных ориентиров. На маленьком острове, слишком низком и не отражающем звук, поставили 8-метровый квадратный щит, чтобы помочь ориентироваться по эху пароходного гудка.
<…> Как утверждает журнал, по звуку эха лоцманы умеют различать характер береговой линии: «Низкий берег возвращает «шипящее» эхо, а высокие утесы – цельный «хлопок». Эхо от песчаного или гравийного пляжа «скребет»; натренированный слух способен различить двойное эхо от раздвоенного мыса». Это утверждение казалось мне сомнительным, пока я не услышал доклад норвежского акустика Тора Халмраста, который проводил эксперименты с эхолокацией слепых.»
И несколько интересных фактов из мира природы…
Парадокс: кряканье уток не имеет эха:
«Причина того, что кряканье не создает эха, имеет чисто физическую природу: голос утки недостаточно громкий, чтобы его можно было услышать после того, как звук преодолеет необходимое расстояние.»
Почему во льду появляется эффект глиссандо, и как оно связано с «Звездными войнами»?
«Каждый раз, когда камень ударялся о твердую поверхность, по льду пробегала короткая вибрация и колебания излучались в воздух в виде резкого звука. В воздухе разные частоты распространяются с одинаковой скоростью и поэтому приходят одновременно. Но во льду картина меняется. Высокие частоты передаются быстрее и приходят первыми, а уже вслед за ними более медленные низкие частоты – так формируется глиссандо. Такая же картина наблюдается в длинных тросах. Когда звукорежиссер Бен Бёртт придумывал эффекты для «Звездных войн», то звук лазерной пушки он создал на основе записи ударов молотка по туго натянутому тросу, удерживающему антенную мачту.»
Толщину льда можно определить с помощью музыкального тюнера!
«По мнению шведского акустика и конькобежца Гуннара Лундмарка, высокий звук, издаваемый льдом, можно использовать для проверки толщины и надежности льда на замерзших озерах. Когда конек скользит по поверхности, во льду возникают слабые колебания, генерирующие звук, основная частота которого определяется толщиной замерзшего слоя воды. Вы не услышите звук от собственных коньков, поскольку он направлен в стороны, но чужие коньки можно услышать на расстоянии около 20 метров. Лундмарк провел ряд измерений, чтобы проверить это предположение: «Мой помощник, мой легкий маленький сын… бил по льду топориком, а я… записывал звук с помощью микрофона и мини-диска, стоя в безопасном месте». Лундмарк пришел к выводу, что если частота приближается к 440 Гц (в музыкальных терминах это нота ля, по которой настраивается оркестр), то лед в большинстве случаев безопасен, но если частота чуть выше – скажем, 660 Гц (или нота ми через пять белых клавиш вправо на клавиатуре фортепьяно), – в этом случае толщина льда не превышает 5 сантиметров и ступать на него опасно. Однако, чтобы воспользоваться звуковыми свойствами льда, конькобежец должен на слух различать ноты, а на это способны только люди с абсолютным слухом. Немузыкальным любителям коньков придется определять толщину льда другим способом.»
Мог бы звук грома быть другим?
«После вспышки молнии мы сначала слышим взрыв, один из самых громких звуков, производимых природой. Максимум последующих раскатов обычно приходится на частоту 100 Гц, а длительность их может составлять десятки секунд. Электрический разряд молнии формирует канал ионизированного воздуха, температура в котором может превышать 30 000 °C. В результате создается огромное давление, в тысячу раз больше атмосферного, и этот перепад порождает ударную волну, сопровождающуюся звуком. Молния, ударяющая в землю, имеет зигзагообразную форму. Если бы она распространялась по прямой, мы слышали бы треск, но не раскаты. Каждый поворот этого зигзага – приблизительно через 3 метра – порождает звук. Все вместе эти звуки соединяются в характерные громовые раскаты. Длительность раскатов велика, поскольку молния проходит несколько миль, и требуется определенное время, чтобы до нас дошел звук от многочисленных поворотов, распределенных в пространстве.»
Лучший способ обратить внимание на проблему и побудить к действию – это доступно обрисовать масштаб возможных потерь, и выглядит так, что книга весьма увлеченного своим делом Тревора Кокса направлена именно на это, на желание сохранить «акустические чудеса» мира. К сожалению, при всем многообразии фактов и доступном изложении, от книги остается двойственное впечатление. Музыкантам она даст мало, если только в своей экспериментальной музыке вы не используете необычные естественные звуки. Для увлеченных физикой, последней тут крайне мало. По психоакустике есть также более основательные работы. А с точки зрения туристического гида, эта книга имеет весьма специфическую направленность. На весах «наука/развлечение» перевешивает вторая чаша, но это не значит, что «Книга звука» разочарует вас и не принесет ничего полезного.
МОЕ МНЕНИЕ ОБ ИЗДАНИИ:
Качественное издание в традиционном для научно-популярной литературы оформлении.
Формат стандартный (150x220 мм), твердый переплет, без суперобложки, 352 страницы, с иллюстрациями.
Достоинства издания: хорошее качество печати; белая плотная бумага; твердый переплет; наличие колонтитулов; информация об авторе; примечания, разбитые соответственно главам; ч/б иллюстрации, стилизованное под звуковые волны оформление.
Недостатки издания: отсутствует предметно-именной указатель.
ПОТЕРЯЛ БЫ Я ЧТО-НИБУДЬ, ЕСЛИ БЫ ЕЕ НЕ ЧИТАЛ:
Больше нет, чем да. Лично мне интереснее была природа звука, физическая сторона дела. Книга же оказалась туристическим гидом по «акустическим чудесам» мира.
КОМУ ПОРЕКОМЕНДОВАЛ БЫ:
Тем, кто предпочитает необычные туристические локации.
ТЕГИ: Нон-фикшн, науч-поп, акустика, туризм, география.
ВИДЕО В ТЕМУ: На youtube-канале Тревора Кокса есть наглядное видео, как помещение влияет на звучание одной и той же мелодии. Все локации из ролика подробно описаны в этой книге.
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
https://t.me/pavelmazheikabooksreview
=> Эта рецензия на "живой книге (мой ник PavelMozhejko) <=