Алгебра гармонии

903
1

Эффектный видеоклип на композицию Нигеля Стэнфорда «Киматика» использует массу интересных эффектов и опытов — акустических и не очень.

Киматикой называют иногда раздел акустики, изучающий поведение мелких частиц или жидкости, которые колеблются под действием звука.

Например, стоячие волны, возникающие в вибрирующей упругой пластинке, заставляют рассыпанный на ее поверхности песок образовывать сложные фигуры. В узловых точках — где амплитуда колебаний близка к нулевой — собираются крупные частицы, а в пучностях — где амплитуда волн максимальна — мелкие. Форма этих фигур, впервые обнаруженных Эрнстом Хладни еще в конце XVIII в., зависит от частоты колебаний.

В чашке Петри, поставленной в центр вибрирующей мембраны динамика, тоже возникают волны. Со всех сторон круглой емкости они устремляются в центр и интерферируют, образуя сложную картинку ряби. Однако режиссер клипа Шахир Дауд синхронизировал частоту съемки с частотой подаваемого на динамик звука. Поэтому на каждый кадр попадали лишь волны в определенной конфигурации, создавая впечатление замершей, словно затвердевшей жидкости. Кстати, во время подготовки к съемкам были опробованы самые разные жидкости — и в результате использовали ледяную водку, вязкость которой позволяла получать самые эффектные картинки.

С помощью такого же подхода, синхронизации частоты смены кадров с частотой звука, подаваемого на динамик, струю воды в ролике заставили изгибаться и будто застывать на месте, а иногда даже — словно двигаться в обратном направлении.

А вот фигуры в ферромагнитной жидкости (на видео — с 1:50) появляются совершенно по иной причине. Связанная с музыкальным инструментом индукционная катушка создает электромагнитное поле, на которое реагируют крошечные частицы ферромагнетика, содержащиеся в ней. Вязкая основа жидкости не позволяет им двигаться слишком свободно, и в результате они образуют динамичные структуры, выстроенные вдоль силовых линий внешнего поля. Кстати, вы и сами можете освоить «управление» ферромагнитной жидкостью в экспозиции Политеха на ВДНХ.

С 2:40 музыкант начинает использовать знакомую всем плазменную лампу, которую изобрел Никола Тесла еще в конце XIX в. Стеклянная колба, заполненная разреженной смесью газов, легко пробивается даже слабым высокочастотным током, который подается на электрод в центре. Возникающие пробои ярко светятся разными цветами, в зависимости от состава газовой смеси.

На 3:30 вспыхивает огонь трубы Рубенса — этот известный эксперимент для демонстрации стоячей волны впервые был проведен в начале ХХ в. Длинная труба со множеством небольших отверстий заполнена горючим пропаном и закрыта колеблющейся мембраной. Под действием звука постоянной частоты в ней возникают стоячие волны. В трубе — как на пластине в уже знакомых нам фигурах Хладни — возникают области пониженного (в узлах) и повышенного (в пучностях) волн. Чем выше локальное давление, тем больше газа вырывается из отверстия, и тем сильнее загорается газ над ним.

В кульминационный момент — примерно с 4:00 — музыкант надевает защитный костюм и начинает самый эффектный эксперимент, включая трансформатор Тесла. Такое устройство включает две катушки индуктивности, в первой из которых используются несколько витков сравнительно толстой проволоки, а во второй — тонкая проволока, намотанная в много сотен или даже тысяч оборотов. Переменное напряжение, частота которого согласована с частотой звука, подается на первую обмотку. Возникающее при этом магнитное поле передает энергию на вторую обмотку. Здесь она накапливается, набирая очень высокую частоту, пока не случится пробой воздуха — и не появится яркий стример.

Стример — тонкий канал ионизированного воздуха — устремляется к ближайшему проводнику, однако музыкант защищен от него «доспехом» из тонкой металлической проволоки: проникнуть под него высокочастотный разряд неспособен.

Работу трансформатора Тесла часто объясняют на примере ребенка на качелях, которые раскачивает взрослый. Передавая им энергию в нужный момент (с резонансной частотой), взрослый (первая катушка) легко заставляет качели (вторая катушка) подняться так высоко, как только возможно.

Чтобы узнать больше о технических аспектах музыкального творчества, приходите на лекции цикла «Музыка и технологии».