Киматика (от древнегреческого : κῦμα , романизированного : kŷma , букв. «волна») — подмножество модальных колебательных явлений . Термин был придуман швейцарским врачом Гансом Йенни (1904–1972). Обычно поверхность пластины, диафрагмы или мембраны вибрирует, и области максимального и минимального смещения становятся видимыми в тонком покрытии частиц, пасты или жидкости. [1] В возбуждающей среде возникают различные узоры в зависимости от геометрии пластины и частоты возбуждения.
Применяемые аппараты могут быть простыми, например, китайская миска с фонтаном , в которой медные ручки натираются и заставляют медные нижние элементы вибрировать. Другие примеры включают пластину Хладни [2] и так называемый цимаскоп.
8 июля 1680 года Роберт Гук смог увидеть узловые узоры, связанные с модами вибрации стеклянных пластин. Гук провел смычком по краю стеклянной пластины, покрытой мукой, и увидел, как возникают узловые узоры. [3]
Немецкий музыкант и физик Эрнст Хладни заметил в восемнадцатом веке, что моды колебаний мембраны или пластины можно наблюдать, посыпав вибрирующую поверхность мелкой пылью (например, порошком ликоподия , мукой или мелким песком). Порошок движется из-за вибрации и постепенно накапливается в точках поверхности, соответствующих звуковой вибрации. Точки образуют узор линий, известный как «узловые линии моды колебаний». Нормальные моды колебаний и узор узловых линий, связанных с каждым из них, полностью определяются для поверхности с однородными механическими характеристиками из геометрической формы поверхности и способом, которым поверхность ограничена. [3]
Эксперименты такого рода, подобные тем, что ранее проводил Галилео Галилей [4] около 1630 года и Роберт Гук в 1680 году, были позднее усовершенствованы Хладни, который систематически представил их в 1787 году в своей книге Entdeckungen über die Theorie des Klanges (Открытия в теории звука). Это внесло важный вклад в понимание акустических явлений и функционирования музыкальных инструментов. Полученные таким образом фигуры (с помощью скрипичного смычка, который терся перпендикулярно по краю гладких пластин, покрытых мелким песком) до сих пор называются «фигурами Хладни».
В 1967 году Ганс Йенни , ученик антропософа Рудольфа Штайнера , опубликовал первый из двух томов на немецком языке под названием Kymatic ; второй был опубликован посмертно в 1972 году.) В 2001 году издательство MACROmedia Publishing создало сборник этих двух томов на английском языке. Совсем недавно, в марте 2024 года, они переиздали значительно переработанную версию этого сборника с примечаниями и комментариями ведущих специалистов в области акустики, искусства и звуковой терапии.) Он показал эволюцию гармонических образов, подвергая инертные вещества воздействию колеблющихся звуковых волн . Его значительный объем работы, основанный на строгой научной методологии, развил эксперименты Хладни, выделив сложные, органические, гармонические образы, которые отражали многие универсальные закономерности, встречающиеся в природе и особенно в живых организмах. Йенни наносила порошки, пасты и жидкости на металлическую пластину, соединенную с осциллятором, который мог производить широкий спектр частот. Вещества были организованы в различные структуры, характеризующиеся геометрическими формами, типичными для частоты вибрации, испускаемой осциллятором. По словам Дженни, эти структуры, напоминающие мандалу и другие формы, повторяющиеся в природе, были бы проявлением невидимого силового поля вибрационной энергии, которая ее порождала. Его особенно впечатлило наблюдение, что при наложении вокализации на древнем санскрите Ом (который индуисты и буддисты считают звуком творения) порошок ликоподия образовывал круг с центральной точкой, один 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 известными математическими свойствами. [5] С физико-математической точки зрения форма узловых узоров предопределена формой тела, находящегося в вибрации, или, в случае акустических волн в газе, формой полости, в которой содержится газ. Таким образом, звуковая волна вообще не влияет на форму вибрирующего тела или форму узловых узоров. Единственное, что изменяется из-за вибрации, — это расположение песка. Изображение, сформированное песком, в свою очередь, находится под влиянием частотного спектра вибрации только потому, что каждая мода вибрации характеризуется определенной частотой. Следовательно, спектр сигнала, возбуждающего вибрацию, определяет, какие узоры фактически отображаются узловыми. Физические явления, участвующие в формировании фигур Хладни, лучше всего объясняются классической физикой. [6]
Устройства для отображения узловых изображений оказали влияние на изобразительное искусство и современную музыку. Художница Бьорк создала проекции киматических узоров, используя басовые частоты во время тура для своего альбома Biophilia . Аналогичным образом художник и музыкант Перри Холл использует вибрации от электрической бас-гитары для создания киматических узоров в емкостях с краской, [7] которые он снимает на пленку (Звуковые рисунки). [8]
Книга Ганса Дженни о фигурах Хладни повлияла на Элвина Люсьера и помогла ему создать композицию « Королева Юга» . Работу Дженни продолжил основатель Центра передовых визуальных исследований (CAVS) Дьёрдь Кепеш в Массачусетском технологическом институте . [9] Его работа в этой области включала акустически вибрирующий кусок листового металла , в котором были просверлены небольшие отверстия в сетке. Небольшие языки пламени газа горели через эти отверстия, и эта установка делала видимыми термодинамические узоры.
В середине 1980-х годов визуальный художник Рон Рокко , который также развивал свою работу в CAVS, использовал зеркала, установленные на крошечных серводвигателях , приводимых в действие аудиосигналом синтезатора и усиливаемых ламповым усилителем для отражения луча лазера. Это создавало световые узоры, которые соответствовали частоте и амплитуде звука. Используя этот луч для генерации видеообратной связи и компьютеры для обработки сигнала обратной связи, Рокко создал свою серию инсталляций «Andro-media». Позже Рокко начал сотрудничать с музыкантом Дэвидом Хайксом , который практиковал форму монгольского обертонного пения с The Harmonic Choir, для создания киматических изображений из бассейна жидкой ртути, которая функционировала как жидкое зеркало для модуляции луча гелий-неонового лазера из генерируемого таким образом звука. Фотографии этой работы можно найти в каталоге Ars Electronica 1987 года. [10]
Современный немецкий фотограф и философ Александр Лаутервассер привнес киматику в 21 век, используя искусно изготовленные кварцевые генераторы для резонирования стальных пластин, покрытых мелким песком, и для вибрации небольших образцов воды в чашках Петри . Его первая книга, Water Sound Images , [11] переведенная на английский язык в 2006 году, содержит изображения света, отражающегося от поверхности воды, приводимой в движение источниками звука, начиная от чистых синусоидальных волн до музыки Бетховена , Карлхайнца Штокхаузена , электроакустической группы Kymatik (которая часто записывает в амбисоническом объемном звуке) и обертонового пения . Полученные фотографии стоячих волновых узоров поражают воображение. Книга Лаутервассера была сосредоточена на создании подробных визуальных аналогов природных узоров, начиная от распределения пятен на леопарде и заканчивая геометрическими узорами, обнаруженными на растениях и цветах, формами медуз и замысловатыми узорами, обнаруженными на панцире черепахи.
Композитор Стюарт Митчелл и его отец Т. Дж. Митчелл утверждали, что резьба в Рослинской капелле якобы содержит ссылки на узоры киматики. В 2005 году они создали работу под названием «Рослинский мотет» , созданную путем попытки сопоставить различные узоры Хладни с 13 геометрическими символами, вырезанными на гранях кубов, исходящих из 14 арок. [12]
Музыкальная группа The Glitch Mob использовала киматику для создания музыкального клипа «Becoming Harmonious (ft. Metal Mother)». [13]
Под влиянием диаграмм янтры и киматики художница и модельер Мандали Мендрилла создала скульптурное платье под названием «Камадхену» (Платье Древа Желаний III), узор которого основан на диаграмме янтры, изображающей богиню Камадхену . [14] [15]
Aphex Twin предлагает узнать больше о киматиксе в отношении «главной настройки 440 Гц » в разговоре с создателем синтезаторов Тацуей Такахаши . [16]
С 2010 года арт-коллектив Analema Group создает перформансы, в которых киматические узоры создаются аудиторией в цифровом формате в режиме реального времени. [17]
В 2014 году музыкант Найджел Стэнфорд выпустил «Cymatics» — инструментальный и музыкальный клип, призванный продемонстрировать визуальные аспекты киматики. [18]
В 2016 году автор песен и бывший квотербек Аризоны Стейт Сэмсон Сакачы создал «The Drawing Machine», перевернув сабвуфер экраном вверх, положив на него плотную бумагу и ручки для рисования, свисающие над головой на рыболовной леске, в то время как вибрация его песен перемещала ручки, создавая фрактальные цветочные узоры. Затем он взял Drawing Machine в турне и заставил каждый сет рисовать вживую, чтобы показать, как выглядит музыка. Эту демонстрацию киматики можно посмотреть в этом видео.
Современный американский художник Джимми О'Нил создал свой собственный цимаскоп, который он использовал для создания различных произведений общественного искусства. Одной из таких картин является 511,95 Гц вина, масштабная фреска, основанная на узоре, созданном при обведении пальцем края почти пустого бокала. [19]
В 2020 году Королевский монетный двор Нидерландов выпустил официальную медаль в честь 65-й годовщины конкурса песни Евровидение, проводимого в городе Роттердам. 3D-сканер смог запечатлеть киматические формы вибрирующей тарелки, наполненной водой из реки Маас. Для создания монеты все исторические песни-победители предыдущих конкурсов были смешаны вместе и воспроизведены через динамик.видео,
Логотип и тематическое оформление Евровидения 2022 основаны на киматике. [20]
Основная заставка фильма «Властелин колец: Кольца власти» вдохновлена киматикой. [21]
Вдохновленные периодическими и симметричными узорами на границе раздела воздух-жидкость, создаваемыми звуковой вибрацией, П. Чен и его коллеги разработали метод проектирования разнообразных структур из микромасштабных материалов с использованием шаблонов на основе жидкости. [22] Этот шаблон на основе жидкости можно динамически перенастраивать, настраивая частоту вибрации и ускорение.
{{cite book}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )