Киматика - Cymatics

Резонанс, видимый с помощью черных семян на деке клавесина
Кукурузный крахмал и водный раствор под действием синусоидальной вибрации
Демонстрация песков, образующих киматические узоры на металлической пластине. Из кинофильма Внутренние миры Внешние миры .

Киматика (от древнегреческого : κῦμα , латинизировано :  кима , букв.  «Волна») - это подмножество модальных вибрационных явлений . Этот термин был придуман Гансом Дженни (1904-1972), швейцарским последователем 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. В возбуждающей среде возникают разные узоры в зависимости от геометрии пластины и частоты возбуждения.

Используемое устройство может быть простым, например, китайская изливная чаша , в которой медные ручки натираются и заставляют медные нижние элементы вибрировать. Другие примеры включают пластину Хладни и так называемый cymascope.

История

8 июля 1680 года 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.

Немецкий музыкант и физик Эрнст Хладни заметил в восемнадцатом веке, что режимы вибрации мембраны или пластины можно наблюдать, посыпав вибрирующую поверхность мелкой пылью (например, порошком ликоподия , мукой или мелким песком). 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 способа ограничения поверхности.

Эксперименты подобного рода, подобные тем, которые проводил ранее Галилео Галилей около 1630 года и 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 теории звук). Это внесло важный вклад в понимание акустических явлений и функционирования музыкальных инструментов. Полученные таким образом фигуры (при помощи скрипичного смычка, натертого перпендикулярно краю гладких пластин, покрытых мелким песком) до сих пор обозначаются названием «фигуры Хладни».

Работа Ганса Дженни

В 1967 году Ханс Дженни , последователь антропософской доктрины Рудольфа Штайнера , опубликовал два тома под названием Kymatic (1967 и 1972), в которых, повторяя эксперименты Хладни, он утверждал о существовании тонкой силы, основанной на нормальных симметричных образах, 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 вибрации, излучаемой осциллятором. По словам Дженни, эти структуры, напоминающие мандалу и другие формы, повторяющиеся в природе, будут проявлением невидимого силового поля вибрационной энергии, которая его генерирует. Он был особенно впечатлен наблюдением, согласно которому при наложении вокализации на древнем санскрите Ом (рассматриваемого индуистами и буддистами как звук творения) порошок ликоподия образует круг с центральной точкой, что является 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 имеют центральную симметрию, поэтому наблюдение Дженни полностью согласуется с хорошо известные математические свойства. 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. Изображение, сформированное песком, в свою очередь, зависит от частотного спектра вибрации только потому, что каждая мода вибрации характеризуется определенной частотой. Следовательно, спектр сигнала, возбуждающего вибрацию, определяет, какие узоры фактически отображаются в узловом режиме. Физические явления, связанные с формированием фигур Хладни, лучше всего объясняются классической физикой. Современные аналитики, включая Майкла Шермера , назвали применение антропософии в таких областях, как инженерия, медицина, биология и биодинамическое сельское хозяйство, псевдонаукой .

В исцелении

Некоторые исследователи предполагают, что применение ультразвука заставляет раны заживать быстрее. За исключением избранных статей, посвященных использованию низкоамплитудных высокочастотных звуков при заживлении переломов костей, медицинских свидетельств этого явления нет.

Влияния на искусство и музыку

Устройства для отображения узловых изображений оказали влияние на изобразительное искусство и современную музыку. Художница Бьорк создала проекции киматических узоров, используя низкие частоты во время турне для своего альбома Biophilia .

Книга Ханса Дженни о фигурах Хладни повлияла на Элвина Люсьера и помогла Люсьеру создать композицию « Королева Юга» . Работу Дженни также продолжил основатель Центра передовых визуальных исследований (CAVS) Дьёрдь Кепеш из Массачусетского технологического института . Его работа в этой области включала акустически вибрирующий кусок листового металла, в котором были просверлены небольшие отверстия в сетке. Через эти отверстия горело небольшое пламя газа, и с помощью этой установки были видны термодинамические узоры.

В середине 1980-х визуальный художник Рон Рокко , который также развивал свою работу в CAVS, использовал зеркала, прикрепленные к крошечным серводвигателям , которые приводились в действие звуковым сигналом синтезатора и усиливались 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 свою серию инсталляций «Андро-медиа». Позже Рокко сотрудничал 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-неонового лазера. от генерируемого таким образом звука. Фотографии этой работы можно найти в каталоге Ars Electronica 1987 года.

Современный немецкий фотограф и философ Александр Лаутервассер привнес киматику в 21 век, используя тонко изготовленные кристаллические осцилляторы для резонирования стальных пластин, покрытых мелким песком, и для вибрации небольших образцов воды в чашках Петри . Его первая книга, Water Sound Images , переведенная на английский язык в 2006 году, содержит изображения света, отражающегося от поверхности воды, приводимого в движение источниками звука, от чистых синусоидальных волн до музыки Бетховена , Карлхайнца Штокхаузена , электроакустической группы Kymatik (которая часто записывает в амбизонном объемном звучании) и обертонном пении . Получившиеся фотографии образцов стоячих волн поражают воображение. 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 утверждали, что резьба Росслинской капеллы предположительно содержит отсылки к киматическим узорам. В 2005 году они создали работу под названием The Rosslyn Motet, реализованную в попытке сопоставить различные узоры Хладни с 13 геометрическими символами, вырезанными на гранях кубов, исходящих из 14 арок.

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, поскольку их заменили в XIX веке после повреждения в результате эрозии.

Музыкальная группа The Glitch Mob использовала киматику для создания видеоклипа "Becoming Harmonious (ft. Metal Mother)".

Под влиянием диаграмм Янтры и киматики художник и модельер Мандали Мендрилла создала скульптурное платье под названием «Камадхену (Платье Дерева Желаний III)», узор которого основан на диаграмме Янтры, изображающей богиню Камадхену .

Aphex Twin предлагает узнать больше о киматике в связи с «основной настройкой 440 Гц » в разговоре с производителем синтезаторов Тацуей Такахаши.

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

В 2014 году музыкант Найджел Стэнфорд выпустил "Cymatics", инструментальное и музыкальное видео, призванное продемонстрировать визуальные аспекты киматики.

Современный американский художник Джимми О'Нил создал свой собственный cymascope, который он использовал для создания различных произведений общественного искусства. Одна из таких картин - это 511,95 Гц вина, крупномасштабная фреска, основанная на узоре, созданном при проведении пальцем по краю почти пустого бокала для вина.

Влияния в инженерии

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

Смотрите также

использованная литература

  1. ↑ Дженни, Ханс (июль 2001 г.). Киматика: исследование волновых явлений и вибрации (3-е изд.). Macromedia Press . ISBN 978-1-888138-07-8.
  2. ^ "Учебная исследовательская лаборатория: плита Хладни" . Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Проверено 3 сентября 2009 года .
  3. ^ a b 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 вибрации » в журнале American Scientist , 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 костной мозоли, минерализацию и заживление переломов у крыс» . J Orthop Res . 27 (4): 458–65. DOI : 10.1002 / jor.20753 . PMID  18924140 . S2CID  864785 .
  7. ^ Профиль Дьёрдь Кепеша в Массачусетском технологическом институте
  8. ^ "В свете звука исследование 1"
  9. ^ Lauterwasser, Александр (2006). Звуковые изображения воды. ISBN  1-888138-09-2
  10. ↑ Уилсон, Крис (19 мая 2011 г.). « Код Росслина: отвечает ли шотландец да Винчи за мелодии Росслина? », Slate.com .
  11. ^ "The Glitch Mob" .
  12. ^ "Dizajnerica Mandali представила Загребу Чаробну хальджину: Jeste li i vi vezali svoju želju?" . 2016-06-29.
  13. ^ « „ Камадхену“(Дерево желаний платье III) - на звук в эфире и художественного вдохновения» . 2016-07-08.
  14. ^ "Aphex Twin говорит с бывшим инженером Korg Тацуей Такахаши" .
  15. ^ «АНАЛЕМА ГРУППА» . АНАЛЕМА ГРУППА . Проверено 3 мая 2018 .
  16. ^ https://en-us.sennheiser.com/shape-the-future-of-audio-bluestage-nigel-stanford
  17. ^ Купер, Макс. «Эволюция коллектива художников» . Смелая жизнь . Проверено 25 января 2020 года .
  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

внешние ссылки