В колоколах иногда бывает среди общего гула можно услышать характерные пульсации. Они бывают в разных колоколах с разной скоростью и интенсивностью.
В статье 02. Звон: поплыли мы выяснили, что частоты стоят строго на одном месте и никуда не уползают. То есть это точно не вибрато. Там слышно именно амплитудная пульсация, значит это ближе к эффекту тремоло
Вибрато — это периодическое изменение высоты звука
Тремоло — это периодическое изменение громкости звука
Но откуда они берутся? В звуке колокола запаковано много частот. Субгармониками это называть не правильно. Субгармоники находятся в зависимости от основной частоты. А в колоколе это отдельные самостоятельные ноты, находящиеся в зависимости от геометрии колокола. Я введу для обобщения термин голос. Голос — это ярко выраженный частотный пик на спектрограмме колокольного звона.
Так вот, голоса, находящиеся по частоте близко друг к другу вызывают интерференционные биения. Интерференция многозначный термин — в разных науках оно описывает свои специфические процессы. В физике — это явление, при котором две или несколько волн накладываются друг на друга, и в результате в разных точках пространства возникает устойчивое усиление или ослабление результирующих колебаний (амплитуды).
Я попытался схалтурить и заставить нейросетки написать статью за меня, чтобы она простыми словами объяснила:
«Представьте двух метрономов. Идеальных, механических, купленных в правильном магазине за настоящие деньги. Вы ставите их рядом на дубовый стол. Первый качается строго на частоте 440$ Гц. Второй чуть быстрее — например, на 444$ Гц. Это почти унисон. Почти интонационно чисто.»
Ну вроде бы начало логичное я не сразу заметил подвох. Метроном. Качается. На частоте 440 гц. То есть он не ритм отстукивает, а прям качается так, что звучит на ноте Ля. Да ну его козе в трещину
Интерференционные биения: когда два осциллятора пытаются договориться, но у них лапки
Гигачат
Ладно, давайте с помощью ДипСика попробуем:
«Всяк ведающий суть колебаний слыхивал, яко два гласа, един другому близкие по роду частот, сходясь в эфире, не сливаются в благозвучный аккорд, но входят в состояние мерцательной вражды. Сие есть не просто физика, но таинство интерференционных биений, кои суть пульс самого вакуума, пытающегося унять двух спорщиков. … Представьте, о соискатели истины, двух глашатаев. Один поет ноту «Ля» со священной частотой 440 Гц, а другой, еретик и смутьян, берет чуть выше — 442 Гц. По отдельности они несут свой крест ровно и гладко. Но стоит им зазвучать вкупе, как между ними возникает незримый третьяк — биение.»
Ну что, соискатели истины, как вам подача? Давайте дальше без этих. Если совсем кратко:
Интерференционные биения — это пульсации громкости, возникающие при сложении двух звуков с близкими, но разными частотами.
Если чуть чуть развернуть: звуковая волна — это переменное чередование областей сжатия воздуха и разряжения. Вот например динамик. Он качается в соответствии с сигналом, который мы на него подаем. На подъеме волны мембрана двигается вперед, воздух сжимается, а на спаде волны движется назад — и тогда у нас получается разряжение воздуха.
Если одновременно подавать две идентичные волны с одинаковой частотой и амплитудой, которые стартуют одновременно, то их подъемы и спады совпадают и усиливают друг друга, то есть мембрана сильнее раскачивается и колонка играет громче.
А если все тоже самое, но один сигнал будет в противофазе, то тогда они интерферируют (то есть гасят) друг друга. Пик одного сигнала противодействет яме другого сигнала. И на выходе будет ничего. Хотя если слушать по отдельности, это два абсолютно идентичных сигнала с одинаковой частотой и амплитудой.
Так что же будет, если сигналы одинаковые по амплитуде, но слегка отличаются по частоте? Сигналы стартуют одновременно, и сначала двигаются почти параллельно, усиливая друг друга. Но из-за небольшой разницы частот они рассинхронизированы и уже через несколько колебаний они оказываются в противофазе и суммируются в ноль. А потом движение продолжается, и через такой же промежуток времени они опять совпадают по фазе и опять складываются, усиливая звук.
В колоколе происходит тоже самое, только без сигналов и электричества: голоса, звучащие на близких частотах попеременно то совпадают по фазе, то двигаются в противофазе, глуша друг друга. То есть когда в единицу времени сталкиваются уплотненая область воздуха с разряженной, они гасят друг друга. При этом не забываем, в колоколе одновременно звучат не только эти соседние вибрации, но там как правило еще десяток голосов.
Частота биений равна разности этих частот (например, 440 Гц и 442 Гц дадут биения в 2 Гц. То есть вы слышите это как ритмичное «нарастание-затухание» звука два раза в секунду.
Этот эффект я смоделировал на примере двух генераторов и осцилоскопа в программе miRack (аналог vcv Rack). До 2:40 сборка системы. Сам эффект начинает звучать после 2:40:
ПЫСЫ: Похожий эффект существует и в графике, когда две регулярные структуры но с разной частотой или под разными углами накладываются друг на друга, порождая новые регулярные структуры. В полиграфии это называется Муар. Так же этот эффект можно увидеть, когда мы пытаемся сфотографировать монитр с помощью цифрового фотоаппарата: регулярная сетка матрицы монитора и матицы фотоаппарата накладываются друг на друга, но так как частотность не совпадает, возникают муарные сетки. Ну и можно упомянуть гильоши или гильоширнные сетки. Узоры и орнаменты из тонких линий используются как элемент дизайна и защита от подделывания в ценных бумагах. Там тоже часто используется эффект муара от наложения двух сеток с разной частотой.
