Домой Избранное Акустика времён неолита: интервью с профессором Тревором Коксом

Акустика времён неолита: интервью с профессором Тревором Коксом

147
stonehenge-main-pic LR

Каково это было — находиться внутри Стоунхенджа в 2200 году до нашей эры? Пол Миллиган (Paul Milligan) из английского InAVate беседует с профессором Тревором Коксом (Trevor Cox), взявшим на себя задачу акустического картирования знаменитого сооружения.

Стоунхендж — один из самых известных археологических памятников Британии, 30-метровое кольцо из 25-тонных камней “доисторической обработки” — по-прежнему окутан тайнами. Археологи считают, что его построили во втором-третьем тысячелетии до н.э., однако не сохранилось никаких записей, объясняющих, как и с какой целью был сооружён этот “магический круг”. Место захоронения? Культовое сооружение? Астрономическая обсерватория? Тем более никто и никогда не выяснял, как звучит речь или музыка внутри этого гигантского каменного кольца. И именно эту задачу взяла на себя группа ученых из Центра акустических исследований Солфордского университета.

Хотя акустика современного Стоунхенджа была измерена (есть исследование Кембриджского университета 2006 года), сейчас звучание каменного кольца сильно отличается от того, каким оно могло быть в прошлом, так как часть камней отсутствует, а некоторые стоят не на своих местах. Новое исследование предприняла в наши дни исследовательская группа под руководством профессора акустической инженерии Тревора Кокса. Получить уникальные результаты группе позволил инновационный метод масштабного моделирования. В основу исследования легла предоставленная Британским Наследием (English Heritage, благотворительная организация, которая управляет более чем 400 историческими достопримечательностями страны) карта Стоунхенджа, датированная 2200 годом до нашей эры.

stonehengec 6 LR«Метод архитектурной акустики — моделирование в физическом масштабе — разработан давно, но пока ещё никто не позаботился применить его для исследований Стоунхэджа… вот я и подумал, что у нас есть неплохой шанс получить дополнительную информацию», — говорит Кокс.

Цель исследования — ответить на два ключевых вопроса: а) как эти 157 камней влияли на звучание речи и музыкальных инструментов и можно ли по этой акустической картине сделать предположение, где проходили некие ритуалы? И б) как этапы строительства влияли на акустику этого места и наоборот, влиял ли звук на “дизайн проекта”? Для того, чтобы ответить на эти вопросы, Коксу и его коллегам пришлось углубиться в область археоакустики.

«Мы занялись археологическими раскопками, чтобы лучше понимать, зачем был построен Стоунхендж, — поясняет профессор. — Если брать место для ритуалов, а я почти уверен, что именно таким местом был Стоунхендж, то здесь, вероятнее всего, в той или иной форме звучат речь и музыка. Как только вы заходите в это пространство, оно меняется. Меняется ваш голос, меняются звуки вокруг и внутри, а то, что вы слышите, усиливается реверберацией. Всем известно, что есть места подходящие для театральных постановок, другие годятся для концертов; то же самое можно сказать и о ритуалах».

По словам Кокса, в отличие от типичного исследовательского проекта, у этого не было финансирования, он был исключительно “плодом любви”. «Я работал над в свободное время, строил модель Стоунхенджа у себя в гараже. Вот почему мне так нравится быть академиком: можно заниматься охохо какими делами всё оставшееся от работы время, — смеётся он.

stonehenge 2 LRНа первых порах Коксу надо было убедить Британское Наследие предоставить исследователям старинную карту. «Мы должны были убедить их, что дело того стоит. Пришлось написать документ, объясняющий, что мы хотим получить и для каких целей — это был первый шаг. А всё “потом” было логистикой — из чего и как делать камни?»

Получив карту, команда принялась высчитывать масштаб физической модели. Выбрали значение 1:12, это означало, что такую же шкалу придётся использовать для измерения звуковых частот. «Частоты до 5 кГц нужно масштабировать по формуле хГц x 12, т.е. исходные 5 кГц превращаются в 60, а микрофоны, громкоговорители и измерительная техника должны соответствовать этому диапазону. Метод-то хорош, да где же взять такое оборудование, да ещё и подтвердить надёжность измерений многочисленными результатами?»

Команда Кокса построила камни в масштабе 1:12 при “великой помощи” модельщиков из университета. Работали только в свободное время, поэтому на всё про всё потребовалось шесть месяцев. Стоунхендж состоит из множества камней разной формы. С самого начала было ясно, что нет возможности воспроизвести их все по отдельности. «Мы посчитали время, потребное для объёмной печати всех камней на 3D-принтере: 6-12 месяцев непрерывной работы без учёта ошибок. Печать и последующая заливка бетоном каждой модели уникального камня заняла бы несколько дней», — поясняет профессор Кокс. Когда дело, наконец, дошло до воспроизведения “голубых камней” (внутреннее кольцо) Стоунхэджа, а их около 80, решили ограничится образцовыми формами, представляющих высокие-тонкие и короткие-толстые камни. При этом важно было правильно заложить не только высоту, но и ширину, и рельеф поверхности каждого камня.

stonehenge LR«Габариты, безусловно, важны, от них зависит, как быстро и с какой задержкой движется звук. Не меньшее значение имеет рельеф поверхности. Мы использовали сканы фотографий горных пород, в результате удалось придать моделям верную, близкую к подлинной шероховатость, — продолжает свой рассказ г-н Кокс. — Так же точно следовало смоделировать поверхность земли под камнями. В реальности это растущая на известняке трава, причём почва сильно уплотнена, так как по ней тащили тяжеленные валуны. В модели мы траву не использовали, так как после масштабирования частотные характеристики фактуры были бы слишком звукопоглощающими. Вместо этого стали подбирать материалы, демонстрирующие при 12-кратной частоте аналогичную степень поглощения, и нашли… МДФ! [МДФ, мелкодисперсная фракция, листовой материал, изготавливаемый методом сухого прессования мелкой древесной стружки при высоком давлении и температуре.] Народ удивляется, когда видит под моделью деревянный пол. С учётом масштаба требования по поглощению скорректировали для частот до 12000 Гц (при изначальных 1000 Гц). Материалы были тщательно подобраны, чтобы попытаться определить свойства на увеличенных частотах».

Самая большая проблема, с которой столкнулись Тревор Кокс и его коллеги в этом проекте, заключалась в огромном размере модели, но были и другие. Известно, что в мире не существует серийных преобразователей, микрофонов и громкоговорителей, работающих в этом диапазоне.

stonehenge 1 LR«В университетской акустической лаборатории есть заказные микрофоны с мембранами разного диаметра, работающие на очень высоких частотах, но, поскольку модель не представляет собой замкнутую структуру, отражения не дают существенного усиления, и энергия звукового излучения в системе довольно мала, — жалуется профессор. — В результате мы столкнулись с проблемой электрического шума в тракте микрофонов. Хотя из предыдущего опыта я уже знал, что подходящих готовых решений в магазине не купить. Специалисты по археоакустике прислали мне “пищалки” (ВЧ-динамики), рассчитанные на воспроизведение сигнала до 25 Гц, однако их диаметр приближался к 10 сантиметрам, так что в модели они сравнялись бы с самыми крупными камнями и сильно изменили бы её акустические свойства».

Конечные результаты оказались совсем неожиданными. Тревор Кокс комментирует: «Было ясно, что в модели возникнут некоторые отражения. Но получить время реверберации 0,6…0,7 секунд при том, что у вас открытая площадка, нет крыши, поглощающая почва и промежутки между камнями — это просто удивительно! Мы ждали гораздо меньшего. Звуковые колебания перемещаются в горизонтальной плоскости, а самое интересное, что, оказывается, в полузамкнутом пространстве тоже может иметься определённая акустика».

Исходя из полученных результатов Кокс делает вывод, что при строительстве Стоунхенджа звук не принимали во внимание. Он рассуждает: «Если бы вы собрались соорудить пространство с хорошей акустикой, то, скорее всего, сделали бы это по-другому, лучше. Нет никаких доказательств, что древние строители преднамеренно что-то делали ради звука. Однако теперь ясно, что акустика в Стоунхендже интересная, и было бы странно хоть как-то не использовать. Выяснилось, что акустика внутри каменного круга хороша для речи или музыки, но, если попытаться сказать что-то снаружи находящимся внутри людям, или наоборот, изнутри – находящимся снаружи, то камни просто мешают».

Едва закончив дело, Тревор Кокс и его помощники готовятся взять следующий “редут знаний” — количественно оценить, как присутствие людей внутри Стоунхенджа влияет на его акустику.

Что ж, пожелаем им успеха!