Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

Пролог

«Это не опасно?» Я смотрел в открытый люк, из которого поднимались ядовитые испарения. Металлическая лестница уходила во тьму. Мне казалось, что для радиорепортажа об акустике канализационных труб потребуется официальное разрешение на осмотр. Однако он начался летним вечером с прогулки в лондонский парк. Бруно, у которого я брал интервью, извлек из рюкзака большой ключ, открыл обычную крышку люка и предложил мне спуститься. Законно ли бродить по канализационной системе без официального разрешения? А что, если туннель внезапно затопит? И не нужна ли мне канарейка, чтобы предупредить о ядовитых газах? Тем временем прохожие не обращали никакого внимания на двух человек, склонившихся над черным отверстием.

Я подавил страх и осторожно спустился по лестнице в канализационный коллектор на глубине около шести метров. Это был водосток, построенный в викторианские времена, – длинный цилиндрический туннель, облицованный кирпичом. Пол оказался скользким, а от запаха становилось дурно. Я изо всех сил хлопнул в ладоши, обтянутые резиновыми перчатками, и мысленно начал медленный отсчет – один, два, три… – засекая время, за которое утихнет звук. Через девять секунд ко мне вернулось тихое раскатистое эхо. Звук проходит километр приблизительно за 3 секунды, и, значит, мой хлопок преодолел 3 километра. Позже, пройдя приличное расстояние по туннелю, мы обнаружили заваленные гниющим мусором ступени, от которых отразился звук.

Я с трудом уклонялся от свисающих с низкого потолка сталактитов. Это был не хрупкий известняк, а покрытые коркой жирные отложения, прилипшие к кирпичам. Эти сталактиты из нечистот отламывались и падали на спину, царапали кожу. Рост у меня большой, так что голова путешествовала под самым потолком – ближе всего к отвратительным сталактитам, но в наилучшем положении, чтобы оценить неожиданный акустический эффект. Начиная радиорепортаж, я заметил, что мой голос отражается от кирпичных стен туннеля и словно по спирали уходит вдаль. Слова перемещались по круглому туннелю подобно мотоциклисту в цирке, выполняющему «мертвую петлю». Меня переполняло отвращение, зато уши наслаждались чудесным звуковым бриллиантом. Ничего подобного я раньше не слышал. И стал сомневаться: может, мне все это кажется? Может, это всего лишь иллюзия – вид цилиндрического туннеля обманывает мозг, заставляя думать, что звук движется по спирали? Нет. Когда я закрывал глаза, голос по-прежнему вибрировал, отражаясь от стен, и уходил вдаль по туннелю. Что же заставляло звук прижиматься к стенам и избегать центра? Я изучал архитектурную акустику двадцать пять лет, но такого эффекта никогда не встречал. Кроме того, голос Бруно, отражаясь от стен туннеля, приобретал металлическое звучание. Как такое возможно в месте, где нас окружали только кирпичи?

За те часы, когда я слушал канализационный туннель, на меня снизошло акустическое прозрение. Моя специальность – интерьерная акустика, по большей части я работал над тем, как убрать или минимизировать нежелательные звуки и акустические эффекты. Вскоре после защиты диссертации мне удалось изобрести новые методы разработки формы поверхностей, которые улучшают звук в театрах и звукозаписывающих студиях по всему миру. В аудитории Кресге в Массачусетском технологическом институте можно увидеть волнистые отражатели, которые я разработал, чтобы музыканты лучше слышали друг друга. Для репетиционного зала Benslow Music Trust в английском Хитчине я сконструировал неровность на вогнутой стене, чтобы отраженный звук не фокусировался в одной точке, искажая тембр.

В последние годы я исследовал, как плохая акустика и высокий уровень шума влияют на обучение. Очевидно, ученики должны слышать преподавателя, а для обучения требуется тишина, однако архитекторы, проектировавшие школы, создали настоящие акустические катастрофы. Хуже всего школы со свободной планировкой, где нет дверей и стен, в результате звуки из одного класса мешают всем остальным – ведь для их распространения нет препятствий. Академия бизнеса Бексли, открытая в Лондоне в 2002 г., вошла в шорт-лист премии Стерлинга, которую присуждает Королевский институт британских архитекторов. Однако открытые пространства стали причиной проблем с шумом, и местное управление образования потратило 600 тысяч фунтов (0,9 миллиона долларов) на установку стеклянных перегородок[1]. В процессе исследований в школах я воздействовал шумом на учеников, когда они выполняли несложные задания на понимание текста и вычисления в уме. В одном из тестов воспроизведение звуков шумной классной комнаты снижало когнитивные способности детей 14–16 лет до уровня контрольной группы 11–13 лет, работавшей в тишине.

В настоящее время мы с коллегами пытаемся улучшить качество пользовательского контента в интернете. Я затеял этот проект, устав слушать искаженные и зашумленные саундтреки к видеороликам из интернета. Мы разрабатываем программу, которая будет автоматически выявлять некачественный звук – например, проверять, не улавливает ли микрофон шум ветра. Идея заключается в том, чтобы предупредить пользователей о плохом звуке еще до начала записи или использовать автоматическую обработку, чтобы устранить некоторые помехи, подобно тому как цифровая камера находит дефекты изображения и автоматически настраивает время выдержки и фокус. Но прежде мы изучаем, как люди воспринимают качество звука. Насколько важно для вас качество звука, когда вы записываете выступление ребенка на школьном концерте? Мне кажется, что звуковые искажения важнее визуальных. Нечеткое видео с хорошим звуком, на котором записано пение ребенка, запечатлеет этот момент вашей жизни лучше, чем четкое видео с неразборчивыми словами и искаженным голосом.

Но в туннеле для сточных вод я вдруг понял, что искажение звука может быть красивым. Десятилетиями изучая звук, я кое-что упустил. Я был так занят устранением шума, что перестал слушать сами звуки. В подходящем месте такой «дефект», как фокусировка звука или металлическое спиральное эхо в канализационном туннеле, может производить поразительное впечатление. Возможно, неприятные, странные и искаженные звуки способны объяснить нам распространение звука в повседневных ситуациях или даже рассказать о том, как наш мозг обрабатывает звуковые сигналы. Когда я вылезал из туннеля, решение уже созрело: буду искать необычные акустические эффекты. И не только неблагозвучные. Я хотел услышать самые удивительные, неожиданные и величественные звуки – акустические чудеса мира.

Я рассчитывал, что найду в интернете список других странных звуков, которые стоит послушать. Но после душа, под которым я отскребал пахучие воспоминания о канализации, и нескольких часов в сети стало понятно, что сделать это будет непросто. 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. Подобно госпоже Звукозаписи из книжки «Мило и волшебная будка» (The Phantom Tollbooth) Нортона Джастера, я считаю, что мои сограждане не ценят благозвучие и предпочитают какофонию[2]. Но вместо того чтобы запереть звуки и принудительно установить тишину, как это делает госпожа Звукозапись, я бы хотел отыскать удивительные звуковые эффекты, услышать их и насладиться ими. Какие завораживающие звуки мы услышим, если только «раскроем» уши? Множество книг посвящено нежелательным шумам и способам избавления от них, но очень мало пишут о том, как лучше слушать, – о том, что специалисты по акустической экологии называют прочисткой ушей.

Так Мюррей Шейфер, дедушка акустической экологии, показывает, что даже простейший объект, книга у вас в руках, способен издавать разнообразные звуки. У нее «масса возможностей», говорит он. Приведенный выше фрагмент упражнения по прочистке ушей прозвучал в радиопередаче в 1970-х гг. Слушатели совершенствуют свои слуховые навыки, изменяя процесс обработки звуков мозгом, а не чистят уши в буквальном смысле.

Шейфер советует радиослушателям избавиться от всех отвлекающих факторов «вроде еды, питья или курения, дышать размеренно и закрыть глаза, чтобы «ампутировать зрение». Ощущение может быть неприятным, хотя радиопередача похожа на диск для медитации, ее властный тон совсем не успокаивает. Мне это напоминает сцену из старого фильма про шпионов, где злодей «промывает мозги» главному герою.

Зато программа предлагает несколько любопытных упражнений: придумать звукоподражательное имя для звука захлопывающейся книги или воспроизвести звук, когда лист бумаги комкают и бросают в стену. Наверное, сегодня вы предпочли бы что-то другое – например звук падения электронной книги в ванну?

Шейфер пропагандирует прочистку ушей, полагая, что она необходима, чтобы улучшить восприятие звука, и что специалисты по городскому планированию обязаны регулярно проводить эту процедуру. В своей знаменитой книге «Звуковой ландшафт» (The Soundscape) Шейфер предлагает и другие способы прочистки ушей. Чаще всего он рекомендует умолкнуть на целый день и не обращать внимания на звуки, издаваемые другими. «Это трудное и даже пугающее упражнение», – пишет он. Те, кто с ним успешно справился, «потом отзываются о нем как о важном событии в их жизни»[4]. Мой коллега, инженер-акустик Билл Дэвис, считает такой эксперимент чрезмерным. «Если вы хотите, чтобы человек оценил звуки, – сказал он мне, – лучше совершить короткую звуковую прогулку»[5].

Звуковая прогулка – это очень просто. Нужно лишь прогуляться пешком пару часов, не произнося ни слова и полностью сосредоточившись на окружающих звуках. Впервые я отправился на такую прогулку в компании тридцати инженеров, артистов и специалистов по акустической экологии. Мы медленно брели по улицам Лондона. Какофония звуков, издаваемых машинами и другими людьми, резко контрастировала с нашим молчанием. Я чувствовал себя персонажем фантастического фильма, где показана печальная процессия людей, чей разум захвачен инопланетянами, – безмолвных зомби, шагающих к неминуемому концу света.

Наша группа повторяла звуковую прогулку, которую Мюррей и его коллеги впервые предприняли в 1970-х гг. Мы выполняли рекомендованные упражнения: сосчитать вертолеты, пролетающие над Риджентс-парк (сегодня можно считать самолеты), или подавить громкий шум, сознательно игнорируя его. Я выбрал самый назойливый – грохот отбойного молотка на Юстон-роуд.

Не обращать внимания на отбойный молоток оказалось очень трудно, почти невозможно. Попытка игнорировать грохот мгновенно привела к тому, что он стал еще более навязчивым – так работает наш слух. Тюлени, ныряя в воду, закрывают ушные проходы, но у нас нет возможности физически воспрепятствовать звуку. Мы не можем закрыть уши подобно тому, как закрываем глаза или отводим взгляд, не можем остановить вибрацию барабанной перепонки, крошечных костей среднего уха или волосковых сенсорных клеток внутреннего уха. Внутреннее ухо неизбежно вырабатывает сигналы, которые по слуховому нерву передаются в мозг. Царапанье ногтей по классной доске или финал симфонии Бетховена, приятные и неприятные звуки – все это передается от уха в мозг. Затем мозг должен решить, какие из этих звуков важны и достойны внимания, а какие можно проигнорировать. Нечто громкое и внезапное, вроде львиного рыка или скрежета автомобильных тормозов, мгновенно привлекает наше внимание, чтобы мы могли отреагировать на звук – сражаться или бежать. Если же звук не связан с опасностью, мы должны подумать и решить, на что именно стоит реагировать.

Первые исследования слухового внимания проводились после Второй мировой войны, когда армейские специалисты пытались понять, почему пилоты истребителей иногда игнорировали важные звуковые сообщения[6]. 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[7]. 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.

Следовательно, единственный способ заглушить отбойный молоток на Юстон-роуд – полностью сосредоточиться на другом звуке. Я выбрал двух незнакомцев, которые что-то бурно обсуждали на пороге паба. Попытка не прислушиваться к грохоту только делала его громче, но, переключив внимание на посторонние звуки, я смог использовать способность мозга подавлять фоновый шум.

За те несколько часов, когда я сосредоточился на звуковом ландшафте, мне удалось услышать негромкое пение птиц, неожиданную тишину на площади перед Британской библиотекой, почувствовать замкнутое пространство в туннеле под Юстон-роуд, заметить шелест плохо накачанных велосипедных шин на тротуаре. Интересные звуки вдруг стали очевидными и отчетливыми. Я с удивлением отметил, как по-разному звучат вокзалы; стук неспешных дизельных поездов на вокзале Кингс-Кросс делал его гораздо более аутентичным, чем Сент-Панкрас или Юстон. Конечно, не все звуки были приятными; очень раздражал грохот пластиковых чемоданов, которые волочили по платформам и тротуарам.

Специалисты по акустической экологии обладают удивительной способностью выявлять эти незаметные звуки, но звуковые прогулки и прочистка ушей помогут любому человеку научиться сознательно настраиваться и получать удовольствие от того, чего он раньше не замечал. Звуковая прогулка показывает, что в повседневной жизни есть звуки, способные удивить нас своим разнообразием и уникальностью, – нужно только прислушаться. Даже нечто привычное, вроде звука шагов, включает огромное количество разнообразных звуков, от цоканья высоких каблуков по мраморной плитке до скрипа кедов на полу спортзала. Если мы способны по походке узнавать приближающихся по коридору коллег, не видя их, то каких еще высот можно достигнуть, приложив сознательные усилия? Слух играет очень важную роль в нашем восприятии мира. В этой книге я надеюсь показать, как можно по-другому фильтровать информацию из окружающего мира, избавиться от чрезмерного доверия к зрению, а также продемонстрировать, как такое смещение фокуса внимания способно углубить понимание пространств, в которых мы обитаем, и получить от них удовольствие.

Специалисты по акустической экологии также обеспокоены сохранением акустической среды. Звуковой ландшафт не требуется поддерживать неизменным, но нам нужна уверенность, что важные звуки не останутся незамеченными – не только крики тех, кому грозит опасность, но и другие, которые могут быть нам полезны. Вскоре после своей звуковой прогулки я брал интервью у деятелей культуры из Гонконга для программы BBC о звуках, которым грозит исчезновение. Мои собеседники жаловались на утрату колоколов на башне причала в Коулуне, где швартуется «Звездный паром»; колокола исполняли мелодию «Вестминстерских курантов». Восстановление зданий и исполненная благих намерений реконструкция могут разрушить ценные акустические эффекты, как это случилось около ста лет назад в здании Капитолия в Вашингтоне – архитекторы переделали купол и ослабили фокусировку звука, которая искажала речь сенаторов. Акустики и историки лишь недавно начали документировать, сохранять и реконструировать акустику некоторых достопримечательностей. Сочетая новейшие методы предсказания архитектурной акустики, трехмерное воспроизведение звука и последние археологические открытия, ученые стали раскрывать древние звуки греческих театров и доисторических каменных кругов.

Еще одна серьезная опасность для звукового ландшафта – акустический смог от транспорта. Под водой усатые киты вынуждены издавать более громкие звуки, чтобы «перекричать» шум от проходящих судов. В городах птицы, например большие синицы, изменили свои песни, чтобы их можно было расслышать сквозь шум транспорта. Страдают и люди: почти 40 % американцев хотели бы переехать в менее шумное место, 80 миллионов жителей ЕС живут в неприемлемо шумных районах, а каждого третьего жителя Великобритании раздражает шум от соседей[8]. Неразборчивые объявления на станциях метро, рестораны, где нужно кричать, чтобы поддерживать разговор, раздражающие звонки мобильных – мы безо всякой необходимости страдаем от большого количества акустических помех.

Часть этой ненужной звуковой нагрузки – дело наших собственных рук. Многие получают ежедневную дозу музыки и речи через наушники, которые изолируют нас от звуков окружающей среды. Эта привычка укоренилась в нашей жизни: молодые тратят на прослушивание музыки и другой аудиоинформации на 47 % больше времени, чем пять лет назад[9]. Мы едем в машине, окруженные собственным контролируемым звуковым ландшафтом, но при этом пропускаем простые акустические радости: не только чириканье птиц, упорно сражающихся с гулом транспорта, смех на детской площадке или отрывок из разговора проходящих мимо незнакомцев, но также удивительную и уникальную акустику тех мест, где мы бываем каждый день. Некоторые районы города выглядят уродливо, но даже там, в обшарпанном тупике с граффити на стенах, вас могут ждать самые необычные звуковые эффекты.

На протяжении нескольких десятилетий инженеры-акустики пытались избавиться от нежелательного шума, но многие их попытки оказались тщетными из-за перемен в обществе. Современные автомобили гораздо тише старинного драндулета, но их количество значительно выросло, и уровень городского шума остался примерно тем же. В часы пик водители ищут менее загруженные дороги, в результате чего исчезают тихие места и тихие часы. Мне кажется, бесполезно убеждать людей не шуметь. Лучше поощрять их любопытство и желание слушать. Техника становится источником нежелательного шума, однако современные устройства ежедневно издают необычные и удивительные звуки. Гаджеты тренькают и жужжат, доставляя удовольствие и вызывая приятные воспоминания. Мои дети, наверное, будут вспоминать щелчки айфона уже после того, как его сменит более совершенное устройство. Надеюсь, внимание к акустическим чудесам потребует улучшения повседневного звукового ландшафта.

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. После выступления на конференции в Лондоне один из делегатов рассказал мне о большом сферическом зале Mapparium в Бостонской библиотеке Мэри Бейкер Эдди, где любой может почувствовать себя чревовещателем. Эта иллюзия использует мыслительные процессы, позволяющие нам определять источник звуков и сформировавшиеся в процессе эволюции для защиты от хищников, подкрадывающихся сзади. Разговор на конференции TEDx в Солфорде привел к тому, что мне захотелось больше узнать о мотыльках, создающих ложный след, обманывая эхолот летучих мышей. Просмотр материалов научных конференций позволил обнаружить золотую жилу необычных акустических эффектов, которые изучались только специалистами.

Друзья, коллеги и даже совершенно незнакомые люди знакомили меня с образцами необычной акустики и с интересными научными работами. Мое исследование выявило, каким образом звуки вдохновляли музыкантов, художников и писателей, как нужно адаптировать церковную акустику, когда богослужение переходит с латыни на английский, как писатели описывают слабовыраженные акустические эффекты, например ощущение замкнутого пространства в Стоунхендже, и как скульпторы изготавливали звуковые кристаллы, которые перефокусировали шум окружающей среды.

Будучи ученым, я стремился проанализировать происходящее. Много лет назад я провел отпуск в Исландии, где удивлялся булькающим грязевым озерам, но теперь мне стало интересно, что заставляет их издавать такие звуки. В интернете я видел несколько видеороликов с гигантской скульптурой Ричарда Серры, в которой хлопок в ладоши звучит как винтовочный выстрел. Что там происходит? Почему падение камня в замерзший водоем вызывает неожиданно высокий звон, похожий на звук лопнувшей струны? На некоторые вопросы не существовало простых ответов, но я надеюсь, что в поисках объяснения смогу кое-что узнать о том, как работает наш слух – и в этих особенных местах, и в повседневной жизни.

Что делает звук таким необычным, достойным занять место в списке звуковых чудес мира? В поиске этих акустических бриллиантов я буду отчасти полагаться на свою инстинктивную реакцию опытного инженера-акустика. Достаточно ли необычно и удивительно то или иное явление, чтобы поразить профессионала? Примером может служить поведение звука в старом резервуаре для воды в Форт-Уордене, штат Вашингтон, который один инженер назвал «самым дезориентирующим в акустическом смысле местом, где я когда-либо был»[10]. А возможно, это нечто, что переносит нас в прошлое, к опыту предков. Неужели пирамиды майя были намеренно построены так, чтобы издавать звуки, похожие на чириканье? Может, этот звук использовали в религиозных церемониях? Акустические чудеса также могут представлять собой очень редкие звуковые эффекты. Лишь немногие слышали пение дюн – низкий звук, напоминающий гудение самолета с пропеллером, – этим явлением восхищались Чарльз Дарвин и Марко Поло.

Путеводители тут не помогут. Подобно большинству текстов, они отдают предпочтение визуальной информации, описывая великолепные виды и историческую архитектуру, но игнорируя звуки и необычную акустику. Я обрадовался, обнаружив в путеводителе по Лондону упоминание о шепчущей галерее собора Святого Павла, но это редкое исключение. Шепчущая галерея привлекает меня как физика, поскольку движение звука вокруг купола обманывает посетителей, заставляя слышать насмешливые голоса, исходящие из стен.

В моем поиске важную роль будет играть музыка, и не в последнюю очередь потому, что она способна вызывать сильные эмоции. Послушайте величественные симфонии Малера, например в концертном зале Венской ассоциации музыки (Wiener Musikverein), и вы почувствуете, как вас бросает в дрожь. Музыка – мощный инструмент исследования, используемый психологами и нейробиологами, чтобы вызывать эмоции, помогающие проникнуть в механизмы работы мозга. Изучение музыки позволило нам очень многое узнать о слухе – почему звуки воспринимаются как неприятные или приятные и как эволюция сформировала наш слух. Зачастую наиболее точное научное понимание звука, а также нашего восприятия удавалось получить благодаря исследованиям музыки. Но музыка и речь воздействуют на нас на другом уровне. И действительно, 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.

Для описания акустических явлений мне неизбежно придется использовать слова и аналогии из визуального мира – мы слишком долго ориентировались преимущественно на зрение, что повлияло на формирование нашего языка. В газетном интервью художник Дэвид Хокни дал описание зрения, с которым я полностью согласен:

Я хочу проверить, что произойдет, если мы перенесем эти идеи из визуального мира в звуковой. Хочу понять, как обнаруживают себя удивительные звуки и как они на нас действуют. Эта книга посвящена психологии и нейробиологии звука с точки зрения физика и инженера-акустика. Ни одно место не объединяет эти дисциплины лучше, чем концертный зал. Как это ни странно, но мы больше знаем о реакции человека на классическую музыку в зале, чем на многие обычные звуки. В таком случае почему бы не начать с самой важной характеристики концертного зала – реверберации?