Вдребезги!

Автор: Алексей Климов

Все началось в понедельник, 13 марта, когда в предрассветной тиши меня разбудила тонкая вибрация оконного стекла. В розовеющем небе на высоте километров шести медленно плыл двухмоторный турбовинтовой АН-24. Еще не показавшееся на востоке солнце уже серебрило его архаичный профиль.

Возможно, приветствуя просыпающийся город, пилот выровнял шаг винтов, и дрожь стекла прекратилась, хотя самолет уже был гораздо ближе. «Резонанс!» — подумал бы Штирлиц на моем месте. Я же, оценив расстояние до самолета и площадь остекления балкона, представил себе силу этого явления. Представьте и вы: из абсолютно одинаковых по резонансной частоте условных оконных рам сложена полусфера-купол радиусом, равным высоте полета. В ее центре — источник звука мощностью не более 1000 кВт[В звук резонансной к окну частоты преобразуется далеко не вся мощность авиадвигателей]. Так вот вся эта халабуда (площадь остекления — больше двухсот квадратных километров!) ощутимо трепещет в такт источнику звука. Очевидно, что чтобы поколебать такую массу стекла вне резонансной частоты, требуется источник энергии явно не с пару пропеллеров трехметрового размаха, как бы они там ни крутились.

Подобные рассуждения гораздо старше авиации, тем не менее это явление и по сей день до конца не понято (другие, не условные купола тому пример). Так что попробуем постигнуть резонанс экспериментально, не вдаваясь в теоретические дебри. Для этого нам понадобятся защитные очки, все доступные фужеры и мультимедийный компьютер. Программное обеспечение особого значения не имеет. Единственное, что оно должно уметь, — это выводить на колонки звук с микрофона в режиме усилителя.

Вооружившись таким нехитрым реквизитом, мы можем спародировать кабацкие экзерсисы Федор Иваныча Шаляпина с битьем стаканов и хрустальных люстр силой правильно поставленного баса. Не стесняйтесь дребезжащих колонок — практика позволяет считать достаточными однополосные пяти— и более ваттные бухтелки. Ибо дело не в мощности динамиков или голосовых связок как таковой. "…Суть в том, что даже самые мощные и тренированные голосовые связки физически не могут породить звук такой огромной силы, какой достигают большие оперные голоса: до 120 дБ (!) на расстоянии 1 м. Измерения показывают, что внутри голосового тракта звуковое давление достигает 155 дБ и более!!! Это чудовищная разрушительная сила звука, способная сжечь голосовые связки, как спички. Что, увы, нередко и бывает у неопытных певцов, пытающихся достичь большой силы голоса только напряжением голосовых связок (кровоизлияния, гематомы, отслойки слизистой и т. п.).

Почему же не происходит это у великих? Как, например, у Паваротти, которому пошел уже седьмой десяток, у Осипа Петрова, который пел до старости, и других. Да потому, что их голосовые связки берут в союзники «его величество резонанс». Как я уже писал, простейший резонатор усиливает звук на 30—40 дБ, то есть в 5—10 тысяч раз по мощности"[В.П. Морозов, «Искусство резонансного пения. Основы резонансной теории и техники». Московская государственная консерватория им. П.И. Чайковского, Институт психологии РАН, Центр «Искусство и Наука». М.: 2002, 496 с., ил.].

Практика, однако, интереснее и заключается вот в чем. Установите понравившийся бокал на жесткое основание перед колонкой (как правило, левой — у вас же мономикрофон). В бокал опустите микрофон так, чтобы он не касался стенок (подвесьте, но жестко). Дзынкните по бокалу ногтем и, пока звон не затих, включите систему на воспроизведение. Послышится нестерпимый свист самовозбуждения: звук с микрофона придет на динамики, а с них, несколько усиленный, опять на микрофон. И так по кругу, со скоростью звука, до первого стука соседей в стену.

Расположение микрофона в бокале теоретически должно фильтровать посторонние шумы. «Типичным примером акустической системы, реагирующей лишь на одну частоту, является сосуд сферической формы с открытой горловиной, который называется резонатором Гельмгольца»[В.А. Алешкевич, Л.Г. Деденко, В.А. Караваев, «Колебания и волны. Лекции»]. Однако если вы вспоминаете теорию во время эксперимента — значит, она не работает. Потому что, если все сделано правильно, секунд через пять-семь резонирования вы будете вспоминать не теорию, а местонахождение совка и веника для уборки полигона. В противном случае можно заменить два «лабораторных» предмета:

1. Колонки на более мощные.

2. Бокал на существенно другой по форме и огранке.

Дело вот в чем: классический фужер — поличастотная колебательная система с ярко выраженными резонансами тарелочки-подставки, стержня-ножки и колокола. Проанализировав звукозапись звона (например, в программе SpectraLab, www.soundtechnology.com), можно сгенерировать суперпозицию всех резонансных частот объекта (рис. 1). Как правило, будучи поданным на достаточно мощные колонки, такой сигнал срезает ножку фужера как самый напряженный элемент конструкции. Но для чистоты и красоты эффекта интереснее подобрать рюмку такой формы, у которой длина четвертьволны резонансной частоты ее колбы близка к глубине колбы. Скажу сразу, расчетным путем получится сильно дольше, чем простым перебором. Остается подсказать: то, что вы ищете, скорее всего должно обладать эффектом конфузора — сужением верхней части (рис. 2).