Ученые измерили современное звучание гигантского римского амфитеатра в Испании

Фото из открытых источников

Исследователи из Севильского университета использовали громкоговорители и микрофоны, чтобы измерить, как звучит римский амфитеатр в Италике сегодня. Речь звучит четко, музыка звучит хуже, а отвлекающее эхо появляется лишь в нескольких определенных местах.

Тридцать пять тысяч зрителей. Такова вместимость римского амфитеатра в Италике, в Сантипонсе, недалеко от Севильи на юге Испании, по данным авторов нового исследования. Это примерно соответствует количеству зрителей на современном футбольном стадионе среднего размера, и на трибунах не было ни одного громкоговорителя. Все, что происходило на поле, доходило до публики без посторонней помощи.

До сих пор лишь немногие исследования измеряли с помощью приборов поведение звука в зданиях подобного типа. Теперь это было сделано и в Италике. Исследование было проведено Сарой Хирон и Мануэлем Мартином-Кастисо из Севильского университета, и опубликовано в журнале Heritage.

Согласно статье, Италика была первым римским городом, основанным в Испании, римском названии Иберийского полуострова, и первым за пределами Италии. В 206 году до н.э., в последние годы Второй Пунической войны (долгой борьбы Рима против Карфагена), Сципион Африканский поселил там раненых солдат. Колония ветеранов дала городу его название. Спустя столетия город стал связан с двумя императорами Испании, Траяном и Адрианом, хотя вопрос о том, родился ли Адриан в Италике или в Риме, до сих пор остается предметом споров.

Адриан расширил город, создав новый район, Нова Урбс, а амфитеатр был возведен на его краю между 117 и 138 годами нашей эры. Примерно в это же время началось строительство Адрианова вала в Британии. Здание имело размеры 156 метров на 134 метра, а его фасад состоял из 68 арок. Только три амфитеатра были больше: Колизей в Риме (65 000 зрителей), Капуя (60 000) и Путеоли (сегодняшний Поццуоли) (40 000).

Арена, овальный пол, где проходили бои, имеет длину 71 метр. Цифра в 35 000 не является единодушной, поскольку многие туристические путеводители называют 25 000. Поклонники «Игры престолов» также могут знать это место: это Драконья яма в седьмом сезоне.

Внутри рассадка осуществлялась в соответствии с социальным статусом. Трибуна и ima cavea, ряды, ближайшие к арене, предназначались для сенаторов, магистратов и рыцарей. В media cavea сидели простые граждане, а summa cavea, самый верхний ярус, был предназначен для низших слоев населения, женщин и детей. Иерархия здесь важна, поскольку большинство микрофонов располагалось в рядах, предназначенных для элиты.

Чтобы понять, как здание реагирует на звук, нужно задать ему простой вопрос: что делать с коротким, громким шумом? Ответ, который специалисты называют импульсной характеристикой, служит своего рода «отпечатком пальца» помещения. Он фиксирует каждое отражение звука, прежде чем тот затихнет.

Команда разместила громкоговоритель в форме шара с двенадцатью плоскими гранями в трех точках арены. Специальный микрофон, способный регистрировать направление каждого отражения, записывал результат в точках, расположенных по всему полу арены, на подиуме и нижних рядах сидений. Из динамика исследователи воспроизводили различные тона, от самых глубоких басов до самых высоких частот, которые может услышать человеческое ухо, и отмечали, как каждый из них возвращался. Все эксперименты проводились без зрителей, в здании в его нынешнем состоянии и с минимальным фоновым шумом.

Места расположения источников звука были выбраны не случайно. Арена представляет собой овал, образованный из треугольника Пифагора, имеющего углы 3, 4 и 5 градусов. Источники звука располагались вблизи четырех фокусных точек этой фигуры, а команда также учла наличие фоссы бестиарии — подземной ямы, где животные ожидали выхода на арену.

Наиболее поразительный результат касается устной речи. Исследователи подсчитали, какая часть звуковой энергии достигает слушателя в первые 50 миллисекунд, то есть за одну двадцатую секунды, прежде чем отражающиеся эхо начнут размывать смысл сказанного. В амфитеатре 79%, почти четыре пятых, достигает этого промежутка времени. Это выше обычного диапазона для закрытых залов, используемых в качестве эталона. Римский театр в Италике, измеренный в ходе более ранней кампании, дал почти идентичный результат.

Вторая шкала оценивает по шкале от 0 до 1, насколько легко понять устное сообщение. В большинстве случаев амфитеатр получает оценки от «хорошо» до «отлично». Только на расстоянии более 30 метров от источника звука его оценка падает до «хорошо» и «приемлемо». На основании этих данных авторы делают вывод, что здание демонстрирует оптимальные показатели для театра устной речи.

В случае с музыкой ситуация обратная. Реверберация, время, необходимое для затухания звука после того, как источник замолкает, составляет 1,24 секунды. В концертных залах, построенных для симфонической музыки, это время обычно составляет от 2 до 2,4 секунд. Авторы отмечают, что в этом сравнении используются крытые залы, а не открытые пространства, но вывод очевиден. Практически всё, что слышит зритель, — это прямой звук, с очень небольшим количеством отражений, приходящих вскоре после него, и почти полным отсутствием отражений в конце. В музыке отсутствует слой отражений, который делает её звучание насыщенным.

Театр, гораздо меньший по размеру (около 3000 зрителей) и построенный во времена Августа, усиливает звук, достигающий зрителей, сильнее, чем амфитеатр. Авторы считают это ожидаемым, поскольку эти два здания были построены для разных целей, и амфитеатр гораздо сильнее поврежден. По сравнению с другими амфитеатрами, Италика напоминает Помпеи по времени реверберации, а Сегобригу, другой римский город в центральной Испании, — по легкости понимания речи. Однако в статье признается, что сравнение затруднено, поскольку каждое здание сохранилось по-разному, и методы измерения различаются.

Эхо — это отраженный звук, который доносится настолько поздно, что ухо воспринимает его как отдельный звук. В амфитеатре оно может испортить выступление. Авторы проверили каждую пару громкоговорителя и микрофона, используя объективный тест на обнаружение эха.

Ни один из них не представляет никакой опасности для музыки. Что касается речи, эхо наблюдается в шести парах случаев, и все шесть имеют одну общую черту: громкоговоритель находился на арене, недалеко от восточного центра овала, сбоку от Триумфалистских ворот, через которые входила процессия гладиаторов.

В трех подробно изученных случаях сильное отражение приходилось через 92–115 миллисекунд после прямого звука, примерно на десятую долю секунды. В одном из них, когда и источник, и слушатель находились на арене, причиной могло быть сильное фокусирование звука, сопровождавшееся отражениями от пола и от бальтеуса — стены вокруг арены, защищавшей публику от животных.

Исследователи также ищут то, что они называют акустической сигнатурой здания, — характерный рисунок первых отражений. Для этого они изучали, как энергия распределяется между низкими, средними и высокими тонами с первых миллисекунд до затухания звука. Кривые показывают широкое плато в середине звукового диапазона, где распространяется большая часть информации человеческого голоса, с небольшими пиками в нескольких точках на этом плато.

Наиболее сбалансированные отклики наблюдаются в первом ряду трибуны. Точки на арене похожи друг на друга, с высокими уровнями низких и средних тонов, и эта согласованность позволяет авторам интерпретировать это так: часть энергии, исходящей из одной фокусной точки, имеет тенденцию концентрироваться вблизи другой и вдоль основных осей. По их мнению, это эффект фокусировки, связанный с овальной формой. В круглых залах, согласно более ранним исследованиям, проведенным той же группой, звук распространяется более равномерно.

Здесь возникает более широкая дискуссия. Специалисты расходятся во мнениях относительно того, рисовали ли римские строители идеальные эллипсы или овалы, составленные из дуг окружностей с разными радиусами, и в статье склоняются ко второму варианту, который лучше соответствует инструментам того времени. Авторы, которые уже измеряли такие арены для боя быков, как Лас-Вентас в Мадриде и арена в Ронде, считают амфитеатр предшественником арены для боя быков. Они напоминают, что, по мнению некоторых экспертов, римская арена в конечном итоге стала руэдо, песчаным кольцом испанской арены для боя быков.

Верхние ярусы, которые пострадали больше всего, дают нерегулярные результаты, и авторы предупреждают, что эти точки описывают памятник таким, каким он является сейчас, а не таким, каким его знали римляне. На протяжении веков амфитеатр служил каменоломней для строительства зданий в этом районе. В исследовании также не измеряется, как изменится звук при наличии сидящих зрителей или при наличии навеса над трибунами. Исследователи представляют свои измерения как отправную точку для будущих виртуальных реконструкций, в которых можно было бы проверить все здание целиком.

Один вопрос остается открытым, и исследование не дает на него ответа: какая часть того, что можно услышать сегодня в Италии, является результатом первоначального замысла строителей времен Адриана, а какая – результатом того, что сохранилось со временем и в результате грабежей.