Menyanyi kunci

Menyanyi kunci

Alexander Berdnikov
"Quantic" №9, 2016

Dapatkan kunci logam semua kira-kira bentuk yang sama seperti dalam gambar 1. Ia boleh dibuat untuk berdering dengan cara yang berbeza. Anda boleh menggantung kunci pada benang nipis dan ringan memukulnya dengan sesuatu yang keras. Kemungkinan besar, kunci akan memancarkan nota yang bersih tinggi. Dan sekarang kami meletakkannya di jari (seperti dalam gambar 1) dan kami akan membuang klik yang kuat, seolah-olah banyak pemutus. Bunyi itu adalah kira-kira ketinggian yang sama, tetapi jelas "kotor", seolah-olah seseorang menekan beberapa kunci bersebelahan pada piano. Kenapa ini berlaku?

Mungkin kunci pada benang dipukul dengan perlahan, dan oleh itu bunyi itu jelas, dan kunci yang dibuang ke atas diklik keras – jadi ia berderak? Tidak, penjelasannya agak samar-samar, dan ia tidak menimbulkan ujian yang paling mudah. Iaitu, kami akan cuba mengunci kunci dengan klik yang berbeza: jika anda klik dengan ketat di tengah, seperti dalam foto 2, dan tidak di sisi, bunyi akan kelihatan bersih.

Mungkin semuanya bergantung kepada mana kita memukul kunci? Suara itu kotor apabila ia melanda sampingan, dan bunyi itu jelas apabila ia melanda pusat, ini bukan jawapannya? Tapi kenapa nada dalam kedua-dua kes itu sama? Ia bukan satu kebetulan kebetulan mudah: anda boleh membuang kunci dari pelbagai bentuk, tetapi ketinggian gelung masing-masing ternyata tetap, tidak kira bagaimana anda mengkliknya.Dan anda boleh mencetak dan memukul kunci pada rentetan supaya ia berputar dengan cepat di sekitar paksinya, seperti ketika melemparkan banyak, tetapi digantung cukup lancar (tanpa membuat lompatan). Kemudian secara umum, anda boleh mendengar bagaimana jingle pada mulanya menjadi lebih bersih selagi kunci berhenti.

Ini bermakna bahawa bunyi kekunci berputar adalah hanya bunyi yang terdistorsi kunci tetap, dan ia adalah putaran utama yang penting, bukan keanehan strok. Anda dapat melihat bahawa lebih cepat kunci berputar, semakin besar herotan. Satu fenomena sedemikian diketahui secara meluas – ini adalah kesan Doppler: sesuatu yang lebih pantas menghampiri anda, semakin tinggi bunyi (dan jika ia dipadamkan, yang lebih rendah). Ingatlah, sebagai contoh, bagaimana bunyi kereta atau motosikal bergegas ke perubahan masa lalu. Dalam kekunci berputar juga, satu setengah menghampiri kami, dan yang lain bergerak jauh. Ternyata kita harus mendengar dua bukan satu nota: satu – sedikit lebih tinggi daripada yang asal (dari bahagian yang mendekati), yang lain – sedikit lebih rendah (dari yang bergerak pergi).

Rajah. 1

Mari lihat spectrogram (Rajah 1). Ia menunjukkan frekuensi yang dipancarkan oleh kunci yang tergantung pada benang, yang terkena pada sisi (ketinggian nota dilukis secara menegak, masa secara melintang; frekuensi diukur dalam hertz (Hz), semakin tinggi frekuensi bunyi, semakin tinggi nota). Dua garis terang, iaitu, dua nota, sememangnya kelihatan dalam angka tersebut.Kunci, memutar benang, berhenti dengan cepat, dan spektrogram menunjukkan bagaimana frekuensi mendekati satu sama lain, bergabung menjadi satu. Apabila kekunci berhenti, benang akan mula berputar ke arah yang bertentangan, dan pada spectrogram nota-nota yang telah berkumpul sekali lagi diverge.

Walaupun penjelasan distorsi bunyi menggunakan kesan Doppler disokong oleh spektrogram, ia mempunyai banyak ketidakkonsistenan. Untuk mencari yang pertama dari mereka, tolak kunci supaya paksi putarannya diarahkan pada anda. Kesan Doppler perlu hilang – selepas semua, jarak ke mana-mana bahagian kunci hampir tidak berubah. Walau bagaimanapun, dalam amalan, bunyi tetap sama seperti kotor (jarak antara frekuensi dekat tidak berkurang), walaupun ia menjadi lebih tenang.

Rajah. 2

Perbezaan kedua lebih bijak. Untuk memulakan, sebenarnya, kunci, walaupun tanpa kilasan, membuat banyak nota, walaupun jauh dari satu sama lain. Biasanya kita perhatikan hanya bunyi yang paling rendah, dan yang lain dilihat sebagai warna, timbre. Tetapi mereka, bagaimanapun, agak nyata dan setiap kunci dipecahkan apabila kunci diputar. Dan jika ia adalah kesan Doppler, pemecahan nota tinggi akan lebih besar daripada yang rendah. Ini berikut dari harta kesan Doppler: pada kelajuan tertentu, ia mengubah semua frekuensi dalam bilangan kali yang sama (katakan, 3% untuk kelajuan 10 m / s), dan kemudian pemisahan pada dua kali ganda nota yang lebih tinggi akan dua kali lebih besar, dan sebagainya. Namun, mari lihat spektrogram dalam Rajah 2. Tiga nota ping kunci akan dapat dilihat dengan segera: lebih cerah) dan dua yang lebih tinggi (kusam). Setiap daripada mereka disebabkan oleh putaran kekunci itu sebenarnya dibahagikan kepada dua. Dan, walaupun kekerapan nota asal berbeza dengan ketara, jarak antara "keturunan" mereka hampir sama. Dan ini sama sekali tidak seperti kesan Doppler.

Dan perbezaan ketiga: adakah kesan Doppler benar-benar membuat dua daripada setiap nota? Kami berkata bahawa dalam kekunci berputar, separuh bergerak ke arah kami, separuh dari kami, tetapi ini sangat tidak tepat. Lagipun, tidak benar bahawa semua bahagian yang bergerak ke arah kami menghampiri pada kelajuan yang sama. Setiap bahagian kunci mempunyai kelajuan tersendiri: yang lebih dekat dengan paksi lebih perlahan; yang datang seterusnya adalah lebih cepat. Bunyi dari setiap bahagian akan, sebagai hasilnya, beralih dengan magnitudnya sendiri, sehingga, akibatnya, nota itu tidak akan berpecah menjadi dua, tetapi sebaliknya "smear".

Rajah. 3

Tetapi mengapa setiap nota utama terbahagi dua? Mari pergi dari hujung yang lain. Bagaimanakah bunyi kotor nota rapat berfungsi? Satu nota bersih adalah turun naik tekanan udara pada frekuensi tetap (grafnya berwarna merah dalam Rajah 3a, P – tekanan T – masa).Jika kita menambah bunyi lain, dengan kekerapan yang dekat (biru dalam Rajah 3a), maka sumbangan mereka kepada tekanan udara akan menambah. Katakan bahawa pada satu ketika, mereka berayun hampir serentak, sehingga dua kali lebih besar ayunan diperoleh (bunyi lebih kuat). Ini tidak boleh bertahan lama: kelajuan ayunannya sedikit berbeza, supaya mereka akan segera bersurai dan mula memadamkan satu sama lain, bukannya menguatkan (bunyi akan hilang). Setelah beberapa lama, ayunan disegerakkan lagi, dan sebagainya. Hasilnya akan menjadi seperti satu nota, yang menenangkan, kemudian muncul kembali1 (graf dalam Rajah 3b).

Kenyataan terakhir boleh dirumuskan dan digambarkan secara berbeza (Gambarajah 3c): graf hijau kita (jumlah dua nota dekat) adalah serupa dengan bunyi beberapa kekerapan pertengahan (ungu), yang berubah dengan masa kelantangan, atau "ayunan" ayunan ("swing" digambarkan sebagai grafik hitam). Bahagian tengah grafik hijau benar-benar ternyata menjadi ungu, tetapi di sebelah kanan dan kiri pusat, graf hijau juga terbalik berbanding dengan ungu.

Di dalam pemerhatian kita terdapat idea utama penyelesaiannya.Mari kita cuba memahami dan memahami makna fizikal gambar yang dilukis.

Kami mempunyai nota kekerapan malar (graf ungu): ini adalah cincin utama. Apabila kunci tidak berputar, kami mendengar nota bersih ini. Kini kita perlu memahami mengapa jumlahnya mula berayun jika kunci dihidupkan. Ini juga mudah: sebagai contoh, apabila kunci itu beralih kepada kita "wajah" (iaitu, kita melihat serenjang dengan pesawatnya), bunyi utama kepada kita dengan seluruh permukaannya, dan deringnya kuat. Kemudian ia akan berpaling kepada kita, kita "mendengar" ke permukaannya yang kecil, dan deringan itu menjadi senyap. Kemudian kunci akan beralih lagi, dan deringan akan kembali ke volume penuh, dan sebagainya. Perubahan ini mudah diperhatikan dengan kunci yang berputar lambat.

Rajah. 4

Penjelasan seperti itu agak konsisten dengan bahagian tengah Rajah 3c. Dan di manakah "berpaling" bunyi di tepi datang? Untuk memahami, mari kita cat mental satu sisi merah utama. Pertimbangkan, sebagai contoh, ayunan jenis ini: hujung kekunci akan menjadi tidak teratur pada arah yang dicat, dan tengah dalam yang tidak dicat, kemudian sebaliknya (baris atas dalam Rajah 4). Perubahan-perubahan tersebut akan memberi satu nota. Sekarang ingat bahawa kekunci kami juga berputar (baris bawah dalam Rajah 4).Dan, selepas kunci akan membuat setengah-turn, bengkok, sama dari segi kekunci (terakhir di dalam kedua-dua siri dalam Rajah 4) kita akan "sebaliknya". Oleh itu, bunyi selepas twist bukan sahaja mendapat semula jumlah, tetapi turun naik yang "tanda perubahan" (berputar cincin utama adalah "up untuk mempercepatkan" tetap, maka "protivohod" dengan dia). Itulah apa yang kita lihat dalam Rajah 3c: grafik ungu dan hijau yang hampir sama, ia adalah hampir sebaliknya.

Hasil daripada perubahan ini amplitud nota bersih menyediakan, seperti yang kita lihat, keputusan yang sama seperti penambahan dua nota berhampiran (ini adalah hanya satu lagi perihal bunyi yang sama). Jadi kita mendengar cacophony. Dan jika kunci berpintal perlahan-lahan, kita melihat dering "seperti yang diharapkan," komen bersih untuk menukar kelantangan.

Jadi, satu nota utama, jumlah yang berbeza-beza disebabkan oleh putaran, kedengaran dua2. Seperti penjelasan perubahan nada bebas dari segala kekurangan sebelumnya dan sepenuhnya selaras dengan eksperimen. Sebagai contoh, nilai membelah nota diperolehi bergantung hanya pada tempoh yang utama rawatan – tiada nota tinggi, mana-mana orientasi paksi utama belahan ini tidak terjejas.

Rajah. 5

Semak sendiri.Di bahagian atas Rajah 5, bunyi utama dicatatkan pada benang. Getaran individu bergabung di sini, hanya jumlah yang dapat dilihat – ketebalan (menegak) bar biru. Di kedua, ayunan yang dikira oleh model yang diterangkan oleh kami (tetapi tanpa mengambil kira kesan Doppler). Kelajuan putaran purata kunci yang diukur oleh kamera digunakan untuk pembinaan. Ia dapat dilihat bahawa pada kedua-dua graf jumlahnya berayun sama rata, melambatkan sebagai benang dipintal dengan kunci melambatkan putarannya. Sebagai perbandingan, pada grafik yang lebih rendah hanya kesan Doppler diambil kira, dan perubahan amplitud disebabkan oleh orientasi utama diabaikan.

Rajah. 6

Pemeriksaan lain adalah spektrogram utama yang berbunyi (yang pertama di sebelah kiri dalam Rajah 6) dan tiga model kami: dengan mengambil kira hanya ayunan amplitud (yang kedua), hanya kesan Doppler (ketiga) dan kedua (keempat).

Ia dapat dilihat bahawa model yang kami dapati dengan sempurna menggambarkan fenomena ini. Dalam kes ini, hanya perubahan dalam orientasi kunci dan turun naik isipadu yang disebabkan oleh ia menjadi penting, dan kesan Doppler tidak membuat sumbangan yang ketara. Kelemahan kesan Doppler dapat difahami terlebih dahulu, dengan mengetahui bahawa lebar kunci ternyata lebih kecil daripada panjang gelombang.Bagaimanakah tugas (sukar) untuk refleksi diri?

Artis Olga Demidova


1 Perubahan dalam jumlah yang timbul daripada penambahan nota rapat dipanggil pemukulan. Ekstrak nota yang sama pada gitar pada dua rentetan sekaligus. Sekiranya bunyi yang sedikit berbeza, kita boleh mendengar rentak. Oleh itu, mereka membantu dalam menubuhkan.

2 Ternyata kami telah menemukan kesan yang berlawanan kepada ketukan, di mana, sebaliknya, nota rapat didengar sebagai satu dengan kekerasan berayun.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: