Тревор Кокс - Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

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] Encyclopedia Britannica. Wallace Clement Sabine. htp://www. britannica.com/EBchecked/topic/515073/Wallace-Clement-Sabine, accessed May 30, 2013. . 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] Sabine W. C. Architectural Acoustics: Correction of Acoustical Difficulties // Architectural Quarterly of Harvard University, 1912. March. . 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] Beyer R. T. Sounds of Our Times: Two Hundred Years of Acoustics. N. Y.: Springer, 1998. Оригинал появился в Mathews H. Observations on Sound (publisher unknown, 1826). . 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] Иногда требуется изменить и физический объем. При проектировании концертных залов используется эмпирическое правило — не менее 10 кубических метров на одно место. .