Для большей благозвучности исследовательница оптимизировала продолжительность всех частотных компонент, а также сопоставила их с нотами равномерного строя, что позволяет сыграть "атомные звуки" на музыкальных инструментах. О результатах своей работы Линц сообщила на собрании Американского акустического общества.

Читайте на сайте Астрономы нашли гигантскую нейтронную звезду, жившую всего несколько миллисекунд

Процесс преобразования любых данных в звук называют сонификацией. Несмотря на то, что она преследует в большинстве своем творческие и популяризационные цели, ученые занимаются этим довольно часто.

Для чего это нужно

Конвертация световых волн в звуке наиболее естественна, поскольку зрение и слух – это два канала, по которым человек воспринимает наибольшее количество информации. К примеру, таким образом можно попытаться превратить в звук спектры всех атомов периодической таблицы элементов, чтобы облегчить изучение атомной физики студентам с нарушениями зрения. Это довольно непростая задача, поскольку атомные спектральные линии имеют разную интенсивность, ширину, а также организованы на частотной шкале не так, как звуки музыкальных инструментов, из-за чего необработанные атомные голоса будут неприятны на слух и неинформативны. При этом важно сохранить уникальность каждого звука, поскольку атомные спектры также уникальны, лежащие в основе методов аналитической химии.

На решение этих проблем были направлены усилия преподавательницы физики из Колледжа Скидмор в Нью-Йорке Джилл Линц. В 2016 году она запустила проект под названием Atom music (Атомная музыка), и к концу 2022 г. ей удалось воспроизвести звуки почти всех химических элементов, о чем она подробно рассказала на конференции Американского акустического общества.

Звучение атомов: смотрите видео

В основе ее вычислений лежали три техники обработки звукового сигнала.

  • Во-первых, она производила линейное сопоставление спектральных линий видимого диапазона (400-700 нанометров) звукам с частотами от 0 до 1000 герцов на основе частотных интервалов между отдельными компонентами. Амплитуда каждой компоненты соответствовала интенсивности линии.
  • Во-вторых, исследовательница считала, что для комфортного восприятия звука тот должен иметь продолжительность выше определенного (60 миллисекунд) порога, но одновременно экспоненциально затухать со временем. На этом этапе она также определилась с формой роста амплитуды звука, остановив свой выбор на возникающей во время струнно-щипочной добычи.
  • Наконец, Линц ввела равномерную темперацию частотного диапазона, что позволило примерно сопоставить каждому элементу свой набор традиционных для музыки нот.

В результате физик составила библиотеку звуков, уникальных для каждого элемента и связанных с его видимыми спектрами, за исключением тех, в которых их нет (послушать всю таблицу Менделеева можно здесь). Следует отметить, что это символическая санификация, поскольку атом одномоментно излучает только одну спектральную линию, в то время как в звуке звучат все частоты одновременно. Другими словами, звуки соответствуют скорее нагретому атомному газу, чем элементам в отдельности. Не считая того, в работе не учитывались фазовые соотношения меж отдельными гармониками.

Интересно Ученые синтезировали новую форму углерода, пытаясь создать материал шварцита

Однако работа Линц привлекла внимание многих ее коллег. Оказалось, что в полученном наборе звуков наблюдаются некие закономерности. Например, элементы с малой массой, такие как углерод, кислород и водород, склонны иметь диссонирующие тона, поскольку их линии разнесены по всему спектру. Тяжелые металлы, напротив, звучат более приятно, поскольку их линии сгруппированы и формируют почти чистую синусоиду. Возможность сыграть атомные звуки на инструментах заинтересовала музыкантов, которые уже использовали ее результаты в нескольких музыкальных проектах.