Akustyka Budowlana. Sale świata Akustyczne cuda świata II

W zeszłorocznym lipcowo-sierpniowym numerze zaprezentowałem kilka ciekawych pod względem akustycznym miejsc w Europie. W większości były to obiekty architektoniczne, w których można było posłuchać „brzmienia” ich wnętrz lub niesamowitych efektów, które w nich powstają. Tym razem wykroczmy poza stary kontynent, by zobaczyć miejsca, które powstały głównie dzięki naturze, a człowiek jedynie je okiełznał. Ponadto, większa część z nich to „instrumenty”, czyli rzeczy, które na skutek „pobudzenia” generują ciekawe dźwięki. Zapraszam w podróż po cudach akustyki.

ORGANY STALAKTYTOWE

Pierwsze z tych miejsc to dosłownie niesamowity instrument muzyczny. Co więcej, w tym przypadku idealnie pasuje stwierdzenie, które napisałem wcześniej, że jest to twór natury okiełznany przez człowieka. Tytułowe organy stalaktytowe znajdują się na terenie Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej i na pewno są jednym z najciekawszych miejsc na mapie cudów akustyki. Mowa tu o – myślę, że śmiało można tak powiedzieć – największym instrumencie na świecie, Stalacpipe organ, czyli organach wykorzystujących nacieki jaskiniowe jako źródło dźwięku.

Sprinkle modyfikujący poszczególne nacieki szlifierką kątową w celu ich „dostrojenia” do dźwięków skali muzycznej.

Historia tej niezwykłej instalacji zaczęła się w 1954 roku, kiedy to Lelan W. Sprinkle, amerykański matematyk i inżynier elektronik pracujący na co dzień w Pentagonie, wraz z synem zwiedzał jaskinię Luray Caverns. Jest to zlokalizowana w stanie Virginia ogromna grota bardzo bogata w różnej wielkości formacje naciekowe. Jednym z etapów wycieczki była prezentacja stalaktytów, podczas której przewodnik uderzał je gumowym młotkiem generując w ten sposób ciekawy dźwięk. To był moment, który zainspirował Sprinkle’a do stworzenia z jaskini ogromnego instrumentu. W ciągu kolejnych trzech lat, uzbrojony w gumowy młotek pobudzając do drgań nacieki szukał takich, które nie tylko ładnie wybrzmiewają, ale także mają zbliżoną częstotliwość rezonansową do dźwięków skali muzycznej. To zadanie okazało się trudniejsze niż zakładał, bo prawie żadne obiekty nie spełniały tych warunków, jednocześnie wyglądając spektakularnie, co również było bardzo istotne. Znalazł niewiele formacji, które mogły się nadawać do jego zamysłu. W związku z tym przyjął bardziej drastyczną metodę i wyposażony w szlifierkę kątową zaczął modyfikować poszczególne nacieki, skracając je tak, aby dostroić generowane przez nie dźwięki do skali muzycznej. Kolejnym etapem było zainstalowanie elektronicznego systemu, który połączony z klawiaturą organową umożliwiał pobudzenie stalaktytów do drgań. Do każdej z formacji doczepiony jest młoteczek z gumową okładziną, który po wciśnięciu odpowiedniego klawisza na klawiaturze organowej uderza w kawałek skały. Cała instalacja, uwzględniając wszystkie jej elementy, zlokalizowana jest na obszarze ponad 14 tysięcy metrów kwadratowych.

Do każdej z formacji doczepiony jest młoteczek z gumową okładziną, który po wciśnięciu odpowiedniego klawisza na klawiaturze organowej uderza – pobudzony solenoidem – w kawałek skały.

Obiekt jest dostępny dla zwiedzających, którzy podczas wycieczki mogą posłuchać brzmienia tej niesamowitej instalacji. Słuchając na żywo koncertu wykonanego na organach można jednak odczuć niewielkie rozczarowanie, ponieważ w związku z olbrzymią powierzchnią – a co za tym idzie dużymi odległościami między poszczególnymi „piszczałkami” – głośność poszczególnych dźwięków różni się w zależności od tego, gdzie staniemy. W zależności od doboru utworu może się okazać, że w pewnym miejscu będziemy głośno słyszeć głównie 3-4 tony, a pozostałych nawet nie usłyszymy. Mimo to, szczerze zachęcam do posłuchania utworów granych na tym niesamowitym instrumencie. Bez problemu można je znaleźć na popularnych serwisach muzycznych i filmowych (na przykład tym zaczynającym się na Y) w Internecie.

MUZYCZNA DROGA

Zmierzając do kolejnego miejsca w „nowym świecie” dosłownie po drodze można zobaczyć, a dokładniej usłyszeć, coś równie niezwykłego. W pierwszej chwili, słysząc dobiegające dźwięki, może się zdawać, że wjeżdżamy na elementy zlokalizowane na granicy drogi informujące nas o tym, że z niej zjeżdżamy lub mamy pecha i złapaliśmy gumę, jednak nic bardziej mylnego. Jeżeli wsłuchać się dokładniej okazuje się, że to co słyszymy to nie przypadkowy zlepek uderzeń, a znana nam melodia.

Mowa tu o zlokalizowanej w Lancaster, w stanie California, tak zwanej muzycznej drodze, czyli fragmencie drogi, który dzięki odpowiedniemu frezowaniu pozwala odegrać melodię. Wszyscy dobrze znamy dźwięk, który powstaje gdy zjeżdżamy z pasa na autostradzie i wjeżdżamy na wypustki chroniące nas na przykład przed zaśnięciem. Proces powstawania dźwięku jest prosty. Każdy element w asfalcie jest zainstalowany regularnie w stałej odległości. Jadąc samochodem po prążkach opona uderza w każdy z nich przenosząc drgania na zawieszenie, a dalej na pozostałe części samochodu, które propagują dźwięk do otoczenia. W zależności od prędkości pojazdu zmienia się częstotliwość tego dźwięku, im szybciej będziemy jechać, tym ton będzie wyższy. To zjawisko wykorzystano w omawianym „cudzie” z tą różnicą, że zamiast wypukłych elementów wykorzystano otwory w asfalcie. Przejeżdżając drogą z konkretną prędkością, określoną na stojących przy drodze znakach, mamy szansę usłyszeć bardzo popularną uwerturę „Wilhelm Tell” włoskiego kompozytora Gioachino Rossiniego.

W Lancaster, w stanie California, znajduje się muzyczna droga, czyli fragment jezdni, który dzięki odpowiedniemu frezowaniu pozwala poruszającemu się po nim pojazdowi odegrać melodię.

Mimo wszystko, gdy już usłyszymy efekt muzycznej drogi ma się wyraźnie wrażenie, że coś jest nie tak – mówiąc wprost, fałszuje. Okazuje się, że podczas wykonawstwa źle zinterpretowano wytyczne. Błąd zaprezentuję na przykładowym fragmencie, w którym odległość między kolejnymi frezami, mierzona między tymi samymi punktami – przenosząc na język akustyki można powiedzieć, że w tej samej fazie – powinna wynosić 12 cm. Wykonawca drogi oczywiście odległość 12 cm zachował, ale między prążkami, czyli mierzoną od końca pierwszego do początku drugiego nie uwzględniając otworu. W efekcie, „pobudzony” fragment generuje inną nutę niż powinien.

Co ciekawe, instalacja ta wcześniej znajdowała się blisko zabudowań i została przeniesiona z uwagi na skargi ze strony mieszkańców, którzy musieli słuchać melodii kilkadziesiąt razy dziennie. Najgorsze w tej całej historii jednak jest to, że ci biedni mieszkańcy musieli non stop słuchać sfałszowanej melodii. Tak, jak było to w przypadku pierwszej budowy, również popełniono ten sam błąd i nie wyciągnięto z niego wniosków podczas wykonywania wersji drugiej. Tego typu dróg można spotkać więcej w kilku innych krajach, jednak ta jest wyjątkowa ze względu na swoją historię.

PIRAMIDA MAJÓW

Opuszczając Stany Zjednoczone i przenosząc się dalej na południe, do Meksyku, możemy usłyszeć ciekawy dźwięk powstający przy jednej z piramid Majów. Będąc precyzyjnym, kolejnym cudem akustycznym jest piramida El Castillo na terenie pradawnego miasta Chichen Itza, a dokładnie w jego centrum.

Na jej łączną wysokość 30 metrów składa się 9 platform oraz świątynia zlokalizowana na szczycie. Na każdej ze stron, których podstawy mają 55 metrów długości, znajdują się schody prowadzące na najwyższy poziom. Obiekt ten, w którym czczono boga Kukulkana, został wzniesiony pomiędzy wiekiem IX a XII przez zamieszkujących te rejony Majów.

Opuszczając Stany Zjednoczone i przenosząc się dalej na południe, do Meksyku, możemy usłyszeć ciekawy dźwięk powstający przy jednej z piramid Majów – El Castillo na terenie pradawnego miasta Chichen Itza.

Z punktu widzenia akustyki najciekawszym elementem tych budowli są schody. Stojąc przed nimi w odpowiedniej odległości i klaszcząc w dłonie usłyszymy bardzo ciekawy dźwięk przypominający ćwierkanie ptaka. Jest to oczywiście odpowiedź piramidy, w formie docierającego do nas odbicia, na nasze pobudzenie akustyczne. Oczywiście nie jest to „zwykłe” odbicie, czego efektem jest nadzwyczajny dźwięk. Z uwagi na to, że każdy schodek jest coraz dalej od słuchacza odbita od niego fala dochodzi coraz później. W efekcie słyszymy wydłużony dźwięk. Jego zmieniający się ton, dokładniej obniżający się, jest wynikiem dyfrakcji jaka zachodzi na układzie schodków o specyficznych wymiarach.

Co jest szczególnie ciekawe, to fakt, że naukowcy porównali dźwięk powstający przy piramidzie z dźwiękami generowanymi przez jednego z ptaków żyjących w tamtych regionie i okazało się, że oba ćwierknięcia są bardzo podobne. W związku z tym, wielu badaczy zadaje sobie pytanie czy Majowie wiedzieli co robią budując piramidę w konkretnie ten sposób. Można by powiedzieć, że stworzyli oni pierwsze pewnego rodzaju nagranie, bo jakby nie patrzeć jesteśmy w stanie w dowolnym momencie odtworzyć śpiew ptaka. Tego typu efekty można spotkać na świecie, jeszcze w wielu innych miejscach. Istotnym czynnikiem są tu zawsze schody o odpowiedniej wysokości i wymiarach. Warto testować tego typu miejsca, bo może uda się usłyszeć coś ciekawego, nieznanego.

ŚPIEWAJĄCE WYDMY

Kolejny niezwykły naturalny instrument mamy szansę usłyszeć w kilku miejscach na świecie. Tym razem jednak człowiek nie musi trwale ingerować w jego strukturę, wystarczy, że pobudzi go do „grania”. Mowa tu o śpiewających wydmach, które można znaleźć na pustyniach w różnych zakątkach świata. Nie jest to nowe odkrycie, bo o tych niezwykłych dźwiękach pisali już Marco Polo oraz Charles Darwin, dla których brzmiały one mistycznie i miały w sobie coś magicznego.

Gdy na wydmie powstanie mała lawina piaskowa, pobudzona przez wiatr lub np. przez siłę ludzkich mięśni, można usłyszeć niskoczęstotliwościowe „buczenie”. Co ciekawe, w wielu miejscach jest to dźwięk tonalny o określone częstotliwości. Niestety, ale nie zawsze zjawisko to da się zanotować, ponieważ do generacji fali akustycznej przez ten olbrzymi instrument niezbędne są odpowiednie warunki pogodowe. Musi być bardzo gorąco, piasek odpowiednio suchy i nie może być zbyt silnego wiatru, który mógłby maskować dźwięk pochodzący od wydm. Jak wspomniałem wcześniej, dźwięk może być tonalny i co więcej na różnych pustyniach ma inne częstotliwości. Przykładowo, na Saharze na terenie południowo zachodniego Maroko, wydmy generują dźwięk o częstotliwości około 105 Hz, podczas gdy na terenie Omanu, niedaleko miejscowości Al-Askharah, można usłyszeć dźwięki o częstotliwościach z przedziału 90 Hz do 150 Hz. Jak pokazują badania, różnice te wynikają z wielkości ziaren. W przypadku pierwszej wspomnianej pustyni mają one identyczny rozmiar, w przypadku drugiej elementy wydmy różnią się od siebie.

Gdy na wydmie powstanie mała lawina piaskowa, pobudzona przez wiatr lub np. przez siłę ludzkich mięśni, można usłyszeć niskoczęstotliwościowe „buczenie”.

Dokładny proces powstawania dźwięków nie jest jasny. Wiadomo, że pojedyncze ziarna w wyniku lawiny uderzają o siebie pobudzając się do drgań i tym samym generują dźwięk. Co ciekawe, zaobserwowano, że wpadają one w pewnego rodzaju sprzężenie zwrotne pobudzając się coraz mocniej, co skutkuje dużymi poziomami dźwięku przekraczającymi nawet 100 dB SPL. Nie jest jednak całkowicie jasne dlaczego wszystkie ziarna synchronizują się i drgają z identyczną częstotliwością.

Mimo, że od czasów Marco Polo minęło sporo lat, to w powstawaniu tego niezwykłego zjawiska nadal jest trochę magii. Dla naukowców wiele zagadnień związanych z tym naturalnym instrumentem muzycznym wciąż jest zagadką.

Zdjęcia i materiały graficzne pochodzą ze stron internetowych: www.trustmeimascientist.com i www.wikipedia.org.