Юная компания была очень развлечена анекдотом, и викарий воспользовался этой возможностью, чтобы объяснить на естественных принципах несколько суеверных явлений, записанных в древних легендах.
Мистер Сеймур теперь предложил посвятить час объяснению различных игрушек, которые обязаны своим действием атмосферной вибрации; «Я буду тогда, — сказал он, обращаясь к мисс Виллерс, — к вашим услугам, чтобы допросить духа долины; и дети, которых я намерен взять с собой, будут таким образом лучше подготовлены к пониманию теории эха».
«Музыкальные инструменты, среди которых я включаю игрушки, на которые я намекал, могут быть классифицированы по трем разделам: — струнные инструменты, такие как арфа, скрипка и т. д.; духовые инструменты, как флейта и труба; и инструменты ударные, как бубен и барабан».
«И какой вид вы считаете самым древним?» — спросила мисс Виллерс.
«Духовые инструменты, сударыня, вне всякого сомнения, — крикнул мистер Тваддлтон. — Диодор приписывал их изобретение случайному замечанию свиста ветра в тростниках на берегах Нила; и поэт Лукреций придерживался похожего мнения».
«Я действительно, мой дорогой сэр, не могу видеть никакой веской причины для отдавания этого предпочтения, в плане древности, духовым инструментам, — сказал мистер Сеймур. — Лира, или арфа, безусловно, так же древни, как любой инструмент в записи. Мифолог приписывает идею производства звука вибрацией струны Аполлону; что, как говорит Цензорин, пришло ему в голову, когда он услышал звон тетивы лука своей сестры Дианы. Что касается инструментов ударных, можно разумно предположить, что звучный звон полых тел при ударе должен был очень скоро подсказать их изобретение человечеству; но я действительно считаю любое исследование вопроса столь неясного столь же неинтересным, сколь и безнадежным; давайте лучше посвятим наше внимание философии этих инструментов. Я заявил, что они могут быть отнесены к трем основным классам; но я должен в то же время заметить, что в некоторых случаях вибрации твердых тел заставляют сотрудничать с вибрациями данного объема воздуха; например, трубы и различные рога можно назвать смешанными духовыми инструментами, поскольку их звук производится совместными вибрациями воздуха и твердого тела; и в некоторых струнных инструментах, как в скрипке, непосредственный эффект струн увеличивается с помощью деки, которая, кажется, приводится в движение их движением и действует более мощно на воздух, чем струны могли бы сделать в одиночку».
«Я полагаю, что эта смесь должна присутствовать в большей или меньшей степени во всех инструментах», — сказал викарий.
«Вовсе нет. Флейта, флейта-пикколо, гудящий волчок и полость рта при свисте могут считаться простыми духовыми инструментами, в которых качество звука определяется только вибрациями воздуха. Я уже объяснил способ, которым колебания струны возбуждают воздушные волны и таким образом производят звук; и вы видели, что природа этих звуков определяется длиной и толщиной таких струн: теория в равной степени применяется к духовым инструментам, в каком случае колонка воздуха соответствует струне, объем и длина которой определяет звук. В арфе струны сконструированы из различных длин и размеров; и так же, в сиринксе, или свирели Пана, объем воздуха приспосабливается к соответствующим нотам размером и длиной тростников; но в скрипке длины струн изменяются по желанию нажатием их на гриф; и подобным образом эффективная длина флейты изменяется открытием или закрытием отверстий, сделанных на надлежащих расстояниях в них; открытие отверстия в любой части имеет тот же эффект, как если бы труба была отрезана немного дальше него».
Затем мистер Сеймур и викарий вступили в долгую дискуссию, которой мы не намерены перегружать наше повествование или испытывать терпение читателя; однако с его позволения мы соберем из этой массы некоторые наиболее интересные факты и представим их в столь сжатой форме, насколько это совместимо с ясностью изложения. Говоря о варгане, маленьком инструменте, с которым хорошо знаком каждый школьник, викарий отметил, что его происхождение теряется в глубине веков, но что он был очень широко распространен по всей Европе, особенно в Нидерландах и Тироле, где был любимцем крестьян и их семей. Он также сказал, что инструмент был известен в Азии и что греки в Смирне называли его «биамбо», подражая его звучанию. Название, под которым он известен сейчас, заметил он, очевидно, произошло от евреев, которые в прошлом были главными продавцами этого и других игрушек по всей Европе, хотя он и упомянул, что его друг мистер Прибейбл придерживался мнения, что это искаженное «jaw’s harp» (арфа челюсти).
Он состоит из двух частей: корпуса и язычка. Первый чем-то напоминает рукоятку определенного вида штопора; второй представляет собой маленькую стальную пластинку, прикрепленную к верхней части корпуса и загнутую на конце, чтобы пальцам было легче ее касаться. Этот язычок, или упругая пластинка, сам по себе производит лишь звук, служащий гулом, хотя, по-видимому, он действует подобно движению смычка скрипки, возбуждая другие звуки путем прерывания потока воздуха изо рта, острота или глубина которых будет определяться давлением губ и объемом полости рта. Однако, чтобы понять эту часть его работы, необходимо, чтобы читатель ознакомился с природой и эффектами того, что было названо резонансами и взаимными вибрациями столбов воздуха. Это свойство звучащих тел, которое невеждам должно казаться необъяснимым видом симпатии, будет более полно объяснено в примечании (48); сейчас мы лишь приведем один или два примера его воздействия. Известно, что певец может разбить на куски большой стакан силой своего голоса; а скрипка, подвешенная к стене, может издавать те же ноты, что и те, которые извлекает исполнитель на аналогичном инструменте в той же комнате. Однако для получения такого эффекта необходимо одно условие: тело, которое должно прийти в вибрацию, должно быть в унисоне или совпадать по высоте звука с тем, которое передает звук. Отсюда необходимость такой адаптации объема рта при игре на варгане, чтобы заставить столб воздуха, который он содержит, резонировать со звуком его язычка. Тема была приятно завершена несколькими анекдотами, рассказанными мисс Виллерс в доказательство поразительных возможностей этого маленького инструмента под руководством мастера. Для тех, кто может заинтересоваться этим предметом, мы добавили описание двух великих исполнителей в дополнительном примечании (49). Говоря о флейте, мистер Тваддлтон воспользовался случаем, чтобы заметить, что ее название происходит от fluta, миноги или маленького сицилийского угря, у которого по семь отверстий с каждой стороны; этимология, которая, вероятно, будет такой же новой для наших читателей, как и для нас самих. Дети также получили свою долю наставлений и развлечений по этому случаю. Том впервые узнал о назначении горошины в свистке, которая, как ему сказали, нужна для того, чтобы приводить в движение и прерывать поток воздуха, и тем самым производить последовательность быстрых вибраций, от которых зависела острота его звука. Луиза продемонстрировала свою жужжалку, которая, к сведению непосвященного читателя, состоит из полого деревянного диска, имеющего отверстие сбоку, как у волчка-гуделки; благодаря попеременному закручиванию и раскручиванию шнурка, на который она нанизана, она получает круговое движение, быстрота которого производит посредством отверстия воздушную вибрацию, дающую громкий звенящий звук.
— Мне бы очень хотелось услышать ваше мнение об этом египетском чуде, статуе Мемнона, — сказал викарий.
— Ее история, — ответил мистер Сеймур, — окутана значительными сомнениями и трудностями. Авторитетные авторы сходятся во мнении, что она определенно приветствовала восходящее солнце музыкальным звуком; но до сих пор существуют сомнения относительно причины, его порождавшей: было ли это эффектом механизма или фокусом египетских жрецов. Английский путешественник сэр А. Смит сообщает нам, что он посетил статую и действительно слышал звуки в шесть часов утра; но он полагает, что они исходили не от фигуры, а от пьедестала, и считает, что они могут возникать от воздействия воздуха на камни, из которых он построен. Другие предполагали, что тепло солнечных лучей, сконцентрированное зеркалом, могло воздействовать на металлические пластины, создавая такой эффект. Я не намерен спорить по этому поводу, но покажу вам эксперимент, с помощью которого, я думаю, вы убедитесь, что статуя могла быть легко сконструирована подобно Мемнону, чтобы издавать музыкальные звуки при воздействии тепла, будь то от солнечных лучей или от любого другого источника.
Мистер Сеймур достал прибор, эскиз которого мы здесь представляем читателю. Он состоит из продолговатого медного блока, одна поверхность которого плоская, а другая образована двумя плоскостями, сходящимися под тупым углом и имеющими паз в точке соединения А. К этому блоку прикреплена ручка.
Мистер Сеймур, описав таким образом форму инструмента и заявив, что его конструкция была направлена исключительно на то, чтобы заставить его свободно колебаться на любой ровной поверхности, сунул блок в огонь и, когда он достаточно нагрелся, поместил его на угловую поверхность на плоский кусок свинца. Он немедленно начал вибрировать, производя сначала своего рода поющий шум, не похожий на кипение чайника, но вибрации становились все более быстрыми, пока не возник отчетливый музыкальный звук, который время от времени менял свою высоту и создавал эффект, едва ли уступающий эоловой арфе.
— Как необычайно красиво! — сказала мисс Виллерс.
— И как замечательно это иллюстрирует теорию музыкальных звуков, — заметил мистер Сеймур. — Здесь, как вы видите, мы имеем серию импульсов, передаваемых нашим ушам воздухом, сначала в медленной последовательности, а затем все более и более быстро; сначала мы слышим дребезжащий шум, затем низкий ропот, а затем гул, который постепенно приобретает характер музыкальной ноты, становясь все выше и выше по остроте. Следовательно, из одного этого эксперимента, показывающего соответствие, существующее между высотой ноты и быстротой последовательности вибраций, очевидно, что наше ощущение различных высот музыкальных нот берет начало в различной быстроте, с которой их импульсы передаются нашим ушам.
— Прошу вас, объясните нам, каким образом металлический блок заставляют таким образом вибрировать, — сказала мисс Виллерс.
— Это зависит, — ответил мистер Сеймур, — от попеременного сжатия двух противоположных краев металла из-за потери тепла; один из краев, соприкасаясь с холодным свинцом, сжимается и, нарушая равновесие блока, заставляет его противоположный край войти в контакт со свинцом и претерпеть то же самое изменение; и именно благодаря этому попеременному действию создается быстрая вибрация, вызывающая, как вы теперь легко поймете, музыкальные звуки, которые вы только что слышали.
После завершения лекции миссис Сеймур предложила группе немедленно отправиться в долину, но викарий предложил сначала объяснить детям принцип, от которого зависит эхо.
Мистер Сеймур согласился с этим мнением и немедленно дал следующее объяснение: «Эхо — это не что иное, как отраженный звук. Когда воздушные вибрации ударяются о какое-либо препятствие достаточной величины, они отражаются обратно к уху и производят повторение звука, который будет казаться исходящим из той точки, от которой они отразились, так что кажущееся направление голоса полностью меняется эхом. Значительный участок ровной стены иногда производит его в совершенстве; ибо гладкая поверхность отражает звуки гораздо лучше, чем шероховатая: но обстоятельство, которое, пожалуй, больше всего способствует совершенству эха, — это форма отражающей поверхности; выпуклая поверхность является очень плохим отражателем звука, плоская отражает очень хорошо, но небольшая степень вогнутости — это форма, лучше всего приспособленная для этой цели».
— Я полагаю, — заметил викарий, — что жидкие тела также при определенных обстоятельствах будут отражать звук, создавая эхо.
— Несомненно. Поверхность воды, особенно на дне колодца; а иногда даже облака производят этот эффект.
— Вы хотите сказать, папа, — спросил Том, — что звук отражается от препятствия к уху точно так же, как мой мяч отражается после удара о стену?
— Конечно: предполагая, разумеется, что ваш мяч идеально упругий; и в этом случае вы, несомненно, помните, какое направление он примет.
— Он всегда будет делать угол отражения равным углу падения, — сказал Том.
— Несомненно; так же обстоит дело и со звуком, поскольку воздух, как вы знаете, идеально упруг. Если, следовательно, вибрации падают перпендикулярно на препятствие, они отражаются обратно по той же линии; если наклонно, звук возвращается наклонно в противоположном направлении, причем угол отражения равен углу падения. Вы, следовательно, легко поймете, — продолжал мистер Сеймур, обращаясь более конкретно к мисс Виллерс, — что человек, находящийся под соответствующим углом, может слышать эхо, возвращающееся от отражающей поверхности, не слыша оригинального звука, который его произвел. М. Женефе описал существующее недалеко от Руана любопытное наклонное эхо, которое не слышит человек, издающий звук. Поющий человек слышит только свой собственный голос, в то время как слушающие слышат только эхо.
— Поскольку гладкая и вогнутая поверхность способна производить эхо, как же получается, что мы так редко встречаем его в комнате? — спросила Луиза.
— Эхо, дорогая, на самом деле производится в каждой комнате из-за реверберации звука от ее стен; но из-за скорости, с которой он распространяется, они незаметны в небольших помещениях, потому что звук не занимает ощутимого промежутка времени при движении от рта до стен и обратно к уху, следовательно, оригинальный звук и его эхо становятся настолько смешанными и объединенными, что кажутся одним звуком. По мере увеличения размеров помещения этот недостаток будет увеличиваться; и в зданиях для музыки или публичных выступлений это часто бывает крайне неудобно и трудно предотвратимо. Нарушение поверхности или придание ей неровности с помощью лепнины и орнаментов представляется наиболее эффективным методом исправления этого зла.
— Я понимаю тогда, папа, что для получения идеального эха говорящий должен находиться на значительном расстоянии от препятствия, отражающего звук, — сказала Луиза.
— Иначе и быть не может, — ответил ее отец; — и если вы только подумаете о скорости, с которой распространяется звук, вы легко поймете необходимость такого расположения. Чтобы произвести отчетливое эхо одного слога или одного звука, отражающее препятствие должно находиться на расстоянии не менее 70 футов от источника звука, чтобы он мог пройти расстояние в 70 футов до отражателя и еще 70 футов обратно к уху, совершив общий путь в 140 футов, который он преодолеет чуть менее чем за одну восьмую секунды; промежуток времени настолько мал, что, если бы он был уменьшен, очевидно, эхо должно было бы слиться с самим звуком.
— Но эхо в долине, — заметила миссис Сеймур, — повторяет четыре или пять слогов.
— Несомненно. Если мы проведем эксперимент на достаточном расстоянии от песчаниковых скал, которые действуют как отражатель.
— Получается, что чем дальше находится отражающий объект, тем большее количество слогов будет повторять эхо; и я думаю, что этот факт мог бы позволить нам вычислить расстояние до отражателя, — сказала миссис Сеймур.
— При умеренном темпе речи за одну секунду произносится около трех с половиной слогов, или семь слогов за две секунды; когда эхо, следовательно, повторяет семь слогов, мы можем сделать вывод, что отражающий объект находится на расстоянии 1142 футов.
— Но, мой дорогой мистер Сеймур, это, несомненно, должно зависеть от природы слогов, — сказал викарий. — Прошу прощения за прерывание; но вы признаете, что должна существовать большая разница между эхом дактилей и спондеев. Предположим, эхо способно вернуть десять слогов; например...
‘Tityre, tu patulæ recubans--’
— Готов поспорить, что если бы вы испытали его возможности на медленных тяжелых спондеях, как «monstrum horrendum», можно было бы наблюдать возврат не более четырех или пяти слогов.
— Я не буду спорить по этому пункту, — сказал мистер Сеймур.
Луиза здесь заметила, что часто слышала о некоторых весьма необычных эхо в разных частях света, о которых ее отец не упоминал; она упомянула, например, те, которые, как говорят, повторяют один и тот же звук несколько раз подряд.
— Из объяснения, которое я уже дал о природе эха, — сказал мистер Сеймур, — легко понять, что огромное разнообразие эффектов может быть получено путем изменения формы, очертаний, расстояния и количества отражающих поверхностей: и отсюда мы слышим о различных удивительных эхо в разных местах. Нетрудно, например, понять природу сложных или тавтологических эхо; в этом случае произнесение одного «ха» будет звучать как смех. Аддисон упоминает необычайный случай такого рода недалеко от Милана, который возвращает звук пистолетного выстрела пятьдесят шесть раз.
— Я слышал, что эхо на озерах Килларни относится к этому многократному типу, — сказал викарий.
— Они особенно приспособлены для создания отражений звука из-за высоты гор и простора воды, — ответил мистер Сеймур, — последнее обстоятельство всегда способствует передаче как отраженного, так и прямого звука. Я полагаю, что есть определенное место на берегу острова Росс, где звук горна производит эхо, которое намного превосходит любое другое, встречающееся среди озер; первое эхо возвращается от замка, второе от разрушенной церкви Агадо, третье от Мангертона, а затем различаются бесчисленные реверберации, которые, подобно угасшему блеску чрезвычайно многократного отражения, теряются из-за расстояния и повторения.
— Есть замечательное эхо, — сказал викарий, — за моим старым колледжем в Кембридже; и часто, прогуливаясь по дороге в Честертон тихим вечером, я отчетливо слышал двенадцать повторений голоса. Лорд Бэкон, если я правильно помню, упоминает случай шестнадцати повторений в какой-то разрушенной церкви недалеко от Парижа.
— Это было в церкви Пон-Шарантон на Сене, — ответил мистер Сеймур; — в том месте тот великий философ обнаружил неспособность эха возвращать букву С, ибо после произнесения слова «satan» эхо ответило «va-t-en», что по-французски означает «прочь»; из чего парижане сделали вывод, что какой-то дух-хранитель не позволял стенам священного здания произносить имя «satan».