|
Вы спрашивали...
Человеческий слух неодинаково воспринимает звуки разных частот (см. график).
Наиболее чувствителен он к частотам в интервале 1—3 тысячи герц. По колокольным меркам это соответствует весьма небольшим колоколам весом » несколько пудов с резким, пронзительным звуком. Основной тон Царя-колокола из Троице-Сергиевой лавры был, очевидно, значительно ниже.
Попытаемся рассчитать его (сведения об этом отсутствуют, а сам колокол не сохранился). Возьмем данные о весе и частоте основного тона тяжелых колоколов, составляющих основу знаменитых ростовских звонов: Лебедь— 500 пудов, 196 герц; Полиелей — 1000 пудов, 163 герц; Сысой — 2000 пудов, 131 герц. В этом перечне наглядно отражается закономерность, известная для геометрически подобных колоколов: частоты их основного тона изменяются обратно пропорционально кубическому корню из веса. Царь-колокол из Троице-Сергиевой лавры в восемь раз тяжелее ростовского Лебедя — стало быть, его основной тон составлял около 100 герц. Звуки такой частоты для человеческого уха менее ощутимы, чем обладающие частотой в несколько тысяч герц. Поэтому неудивительно, что в городе звон колокола-гиганта заглушался высокочастотными городскими шумами. Однако на достаточном удалении от города он брал верх над ними: распространяясь в атмосфере, низкочастотные звуки менее теряют в силе, чем высокочастотные.
Важнейшую роль в этом играют два физических фактора: во-первых, рассеяние, во-вторых, затухание. Проходя сквозь воздушную среду, звук рассеивается на ее неоднородностях (а они существуют всегда, вызванные, например, неодинаковым нагревом и т. д.). Звуки высокой частоты рассеиваются сильнее, низкой слабее. В таком же соотношении происходит и затухание звука при его прохождении сквозь атмосферу. Неудивительно поэтому, что на значительном расстоянии от города, где низкочастотный колокольный гул был еще слышен, высокочастотные городские шумы становились уже неощутимыми для слуха.
Стоит упомянуть и про третий фактор — рефракцию звука. Вот в чем ее суть. Скорость звука в атмосфере зависит от температуры воздуха: чем он теплее, тем стремительнее бежит по нему звуковая волна. Представим себе, что температура воздуха увеличивается с высотой. В таких условиях (см. рисунок)
траектория звуковой волны, исходящей от источника звука под углом к горизонту (на рисунке— слева направо), уклоняется к земле: фронт волны поворачивает, словно марширующая шеренга по команде «левое плечо вперед!». Подобное искривление звуковых траекторий в неоднородной среде, где скорость звука меняется от точки к точке, и называется рефракцией. Благодаря ей исходящая с земной поверхности звуковая волна может вернуться к земле, как бы совершив над нею прыжок, длина которого измеряется обычно несколькими километрами. Как уже говорилось, для совершения такого прыжка температура воздуха должна возрастать с высотой. Это часто наблюдается, например, в летние вечерние часы над большими водными пространствами: вода к ночи остывает быстрее, чем воздух, и понижает температуру его нижнего, прилежащего к водной глади слоя. (Именно поэтому самые тяжелые колокола ростовских звонов хорошо слышны по другую сторону озера Неро, на берегу которого стоит Ростовский кремль.) Над сушей иногда тоже складывается такое распределение температур, побуждающее звук совершать многокилометровые прыжки. При этом соблюдается та неравномерность в затухании и рассеянии высоких и низких частот, которая отмечалась выше: низкие сохраняются лучше. Достигнув земли, звук может отразиться от нее и совершить новый прыжок. И здесь опять высокие частоты уступают низким: потери при отражении у высоких значительнее. Словом, с какой стороны ни подойди — при распространении звуки низкой частоты преодолевают большие расстояния, нежели высокие, так что басовитый колокольный гул слышен дальше, чем высокие по частоте городские шумы.
Кандидат физико-математических наук Ю. ПУХНАЧЕВ.
Источник. ж. Наука и жизнь №2, 1983. с. 117-118.
