Киматика - Cymatics

Резонанс, видимый с помощью черных семян на деке клавесина
Кукурузный крахмал и водный раствор под действием синусоидальной вибрации
Демонстрация песочного рисунка на металлической пластине. Из фильма Внутренние миры Внешние миры.

Киматика (из Древнегреческий: κῦμα, романизированный: кима, горит  'волна') является подмножеством модальные колебательные явления. Термин был придуман Ханс Дженни (1904-1972), швейцарский последователь философской школы, известной как антропософия. Обычно поверхность пластины, диафрагмы или мембраны вибрирует, и области максимального и минимального смещения становятся видимыми в тонком покрытии из частиц, пасты или жидкости.[1] В возбуждающей среде возникают разные узоры в зависимости от геометрии пластины и частоты возбуждения.

Используемый аппарат может быть простым, например, китайский изливная чаша, в котором медные ручки натираются и вызывают вибрацию медных нижних элементов. Другие примеры включают Пластина Хладни[2] и так называемый cymascope.

История

8 июля 1680 г. Роберт Гук смог увидеть узловые узоры, связанные с модами колебаний стеклянных пластин. Гук провел луком по краю стеклянной тарелки, покрытой мукой, и увидел, как появляются узлы.[3]

Немецкий музыкант и физик Эрнст Хладни в восемнадцатом веке заметили, что режимы вибрации мембраны или пластины можно наблюдать, посыпая вибрирующую поверхность мелкой пылью (например, ликоподий порошок, мука или мелкий песок). Порошок перемещается из-за вибрации и постепенно накапливается в точках поверхности, соответствующих звуковой вибрации. Точки образуют узор из линий, известный как «узловые линии режима вибрации». Нормальные режимы вибрации и характер узловых линий, связанных с каждым из них, полностью определяются для поверхности с однородными механическими характеристиками из геометрической формы поверхности и того, каким образом поверхность ограничена.[3]

Подобные эксперименты, аналогичные тем, что были выполнены ранее Галилео Галилей[4] около 1630 г. Роберт Гук в 1680 году, позже были усовершенствованы Хладни, который систематически представил их в 1787 году в своей книге Entdeckungen über die Theorie des Klanges (Открытия по теории звука). Это внесло важный вклад в понимание акустических явлений и функционирования музыкальных инструментов. Полученные таким образом фигуры (при помощи скрипичного смычка, натертого перпендикулярно краю гладких пластинок, покрытых мелким песком) до сих пор обозначаются названием «фигуры Хладни».

Работа Ганса Дженни

В 1967 г. Ханс Дженни, последователь антропософский доктрина Рудольф Штайнер, опубликовал два тома под названием Kymatic (1967 и 1972), в которых, повторяя эксперименты Хладни, он утверждал, что существует тонкая сила, основанная на нормальных симметричных изображениях, созданных звуковые волны. Дженни насыпала песок, пыль и жидкости на металлическую пластину, подключенную к генератору, который мог воспроизводить широкий спектр частот. Песок или другие вещества были организованы в различные структуры, характеризующиеся геометрическими формами, типичными для частоты колебаний, излучаемых осциллятором. Современные аналитики, в том числе Майкл Шермер, назвали применение антропософии в таких областях, как инженерия, медицина, биология и биодинамическое сельское хозяйство, как лженаука.[нужна цитата ]

По словам Дженни, эти структуры, напоминающие мандалу и другие формы, повторяющиеся в природе, будут проявлением невидимого силового поля вибрационной энергии, которая его генерирует. Особое впечатление на него произвело наблюдение, согласно которому на древнем санскрите звучит вокализация. Ом (рассматриваемый индуистами и буддистами как звук творения) порошок ликоподия образовывал круг с центральной точкой, что являлось одним из способов представления Ом. Фактически, для пластины круглой формы, покоящейся в центре (или на границе, или, по крайней мере, в наборе точек с центральной симметрией), все узловые моды колебаний обладают центральной симметрией, поэтому наблюдение Дженни полностью согласуется с хорошо известные математические свойства.[нужна цитата ]

С физико-математической точки зрения форма узловых узоров определяется формой вибрирующего тела или, в случае акустических волн в газе, формой полости, в которой содержится газ. Таким образом, звуковая волна никак не влияет на форму вибрирующего тела или форму узловых узоров. Единственное, что меняется из-за вибрации, - это расположение песка. На изображение, сформированное песком, в свою очередь, влияет частотный спектр вибрации только потому, что каждая мода вибрации характеризуется определенной частотой. Таким образом, спектр сигнала, возбуждающего вибрацию, определяет, какие рисунки фактически отображаются в узловом режиме.

Физические явления, связанные с формированием фигур Хладни, лучше всего объясняются классической физикой.[нужна цитата ]

В исцелении

Некоторые исследователи предполагают, что применение ультразвука приводит к более быстрому заживлению ран.[5] Помимо избранных статей по теме низкоамплитудных высокочастотных звуков при заживлении переломов костей,[6] нет медицинских свидетельств этого явления.

Влияние на искусство и музыку

Устройства для отображения узловых изображений оказали влияние на изобразительное искусство и современную музыку. Художник Бьорк создала проекции киматических узоров, используя басовые частоты в туре для своего альбома Биофилия.

Книга Ханса Дженни о фигурах Хладни оказала влияние Элвин Люсьер и помог создать композицию Люсьера Королева Юга. За работой Дженни также продолжили Центр перспективных визуальных исследований (CAVS) основатель Дьёрдь Кепеш в Массачусетский технологический институт.[7] Его работа в этой области включала акустически вибрируемый кусок листовой металл в которой были просверлены небольшие отверстия в сетке. Небольшое пламя газа прожигало эти отверстия и термодинамический шаблоны были сделаны видимыми с помощью этой настройки.

В середине 1980-х художник-оформитель Рон Рокко, который также развивал свою работу в CAVS, использовал зеркала, установленные на крошечные серводвигатели, управляемый звуковым сигналом синтезатора и усиленный ламповым усилителем для отражения луча лазера. Это создавало световые узоры, соответствующие частоте и амплитуде звука. Используя этот луч для создания видео обратной связи и компьютеры для обработки сигнала обратной связи, Рокко создал серию инсталляций «Андро-медиа». Позже Рокко наладил сотрудничество с музыкантом Дэвидом Хайксом, который практиковал форму монгольского обертонного пения с Гармоническим хором, чтобы генерировать киматические изображения из лужи жидкой ртути, которая функционировала как жидкое зеркало для модуляции луча гелий-неона. лазер от генерируемого таким образом звука. Фотографии этой работы можно найти в Ars Electronica Каталог 1987 г.[8]

Современный немецкий фотограф и философ Александр Лаутервассер принес киматику в 21 век, используя тонко обработанные кварцевые генераторы для резонирования стальных пластин, покрытых мелким песком, и для вибрации небольших образцов воды в чашки Петри. Его первая книга, Звуковые изображения воды,[9] переведенный на английский язык в 2006 году, представляет собой изображение света, отражающегося от поверхности воды, приводимого в движение источниками звука, начиная от чистого синусоидальные волны под музыку Бетховен, Карлхайнц Штокхаузен, электроакустический группа Киматик (которые часто записываются в амбизонный объемный звук) и обертонное пение. Поражают полученные фотографии узоров стоячих волн. Книга Лаутервассера сосредоточена на создании подробных визуальных аналогов природных узоров, начиная от распределения пятен на леопарде и заканчивая геометрическими узорами, встречающимися на растениях и цветах, формами медуз и замысловатыми узорами на панцире черепахи.

Композитор Стюарт Митчелл и его отец Т.Дж. Митчелл утверждал, что Росслинская часовня Нарезки якобы содержат ссылки на киматические узоры. В 2005 году они создали работу под названием Росслинский мотет реализовано, пытаясь сопоставить различные Хладни узоры на 13 геометрических символов, вырезанные на гранях кубов, исходящих из 14 арок.[10]

Как и многие заявления в сообществе киматиков, гипотеза о том, что резьба представляет собой узоры Хладни, не подтверждается научными или историческими свидетельствами. Одна из проблем заключается в том, что многие резные фигурки «шкатулки» не являются оригинальными и были заменены в XIX веке после повреждения в результате эрозии.

Музыкальная группа Глитч-моб использовали киматику для создания видеоклипа "Becoming Harmonious (ft. Metal Mother)".[11]

Под влиянием Янтра диаграммы и киматика, художник и модельер Мандали Мендрилла создал скульптурное платье под названием «Камадхену (Платье Дерева Желаний III)», узор которого основан на диаграмме Янтры, изображающей богиню. Камадхену.[12][13]

Aphex Twin предлагает узнать больше о киматике (ссылка на эту статью) в отношении 'мастер настройки 440 Гц 'в разговоре с синтезатором Тацуя Такахаши.[14]

С 2010 года арт-коллектив Analema Group создает совместные перформансы, в которых киматические узоры создаются публикой в ​​цифровом виде в реальном времени.[15]

В 2014 году музыкант Найджел Стэнфорд выпустил "Cymatics", инструментальное и музыкальное видео, предназначенное для демонстрации визуальных аспектов киматики. [16]

Современный американский художник Джимми О'Нил создал собственный cymascope, который использовал для создания различных произведений паблик-арта. Одна из таких картин - это вино 511,95 Гц, крупномасштабная фреска, основанная на узоре, созданном при проведении пальцем по краю почти пустого бокала.[17]

Влияния в инженерии

Вдохновленный периодическими и симметричными узорами на границе раздела воздух-жидкость, созданными звуковой вибрацией, П. Чен и его коллеги разработали метод конструирования разнообразных структур из материалов микромасштаба с использованием шаблонов на жидкой основе.[18] Этот шаблон на жидкой основе можно динамически реконфигурировать, настраивая частоту вибрации и ускорение.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дженни, Ганс (июль 2001 г.). Киматика: исследование волновых явлений и вибрации (3-е изд.). Macromedia Press. ISBN  978-1-888138-07-8.
  2. ^ «Учебно-исследовательская лаборатория: плита Хладни». Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. Получено 3 сентября 2009.
  3. ^ а б Эрнст Флоренс Фридрих Хладни, Оксфордский словарь ученых, Oxford Univ. Press, 1999, с. 101 (ссылка на archive.org). По состоянию на 24 августа 2015 г.
  4. ^ Дж. Маклафлин "Хорошие колебания " в Американский ученый, Июль – август 1998 г.
  5. ^ «Звуковые волны могут ускорить заживление ран». Популярная наука. 16 июля 2015 г.
  6. ^ Leung, KS; Ши, ВЧ; Cheung, WH; Цинь, L; Ng, WK; Tam, KF; Тан, Н. (2009). «Низкая высокочастотная вибрация ускоряет образование мозолей, минерализацию и заживление переломов у крыс». J Orthop Res. 27 (4): 458–65. Дои:10.1002 / jor.20753. PMID  18924140. S2CID  864785.
  7. ^ Профиль Дьёрдя Кепеша в MIT
  8. ^ "В свете звука исследование 1"
  9. ^ Лаутервассер, Александр (2006). Звуковые изображения воды. ISBN  1-888138-09-2
  10. ^ Уилсон, Крис (19 мая 2011 г.). "Код Росслина: Ответственен ли шотландец Да Винчи за мелодии Росслина? ", Slate.com.
  11. ^ "Бандитская толпа".
  12. ^ "Dizajnerica Mandali представила Загребу Чаробну халджину: Jeste li i vi vezali svoju želju?". 2016-06-29.
  13. ^ "'Камадхену (Платье Дерева Желаний III) - О звуке в эфире и художественном вдохновении ». 2016-07-08.
  14. ^ "Aphex Twin говорит с бывшим инженером Korg Тацуей Такахаши".
  15. ^ «АНАЛЕМА ГРУПП». АНАЛЕМА ГРУППА. Получено 2018-05-03.
  16. ^ https://en-us.sennheiser.com/shape-the-future-of-audio-bluestage-nigel-stanford
  17. ^ Купер, Макс. «Эволюция коллектива художников». Смелая жизнь. Получено 25 января 2020.
  18. ^ П. Чен, З. Луо, С. Гувен, С. Тасоглу, А. Венг, А. В. Ганесан, У. Демирчи, Advanced Materials 2014, 10.1002 / adma.201402079. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402079/abstract

внешняя ссылка