Эффект в виде волны


Оглавление (нажмите, чтобы открыть):

ЭФФЕКТЫ СЛОЖЕНИЯ ВОЛН. СТОЯЧИЕ УПРУГИЕ ВОЛНЫ

Если в среде распространяются одновременно несколько волн, то колебания частиц среды оказываются геометрической суммой колебаний, которые совершали бы частицы при распространении каждой из волн в отдельности. Следовательно, волны просто накладываются одна на другую, не возмущая друг друга. Это утверждение называется принципом суперпозиции волн. Принцип суперпозиции утверждает, что движение, вызванное распространением сразу нескольких волн, есть снова некоторый волновой процесс. Таким процессом, например, является звучание оркестра. Оно возникает от одновременного возбуждения звуковых колебаний воздуха отдельными музыкальными инструментами. Замечательно, что при наложении волн могут возникать особые явления. Их называют эффектами сложения или, как еще говорят, суперпозиции волн. Среди этих эффектов наиболее важными являются интерференция и дифракция.

Интерференция – явление устойчивого во времени перераспределения энергии колебаний в пространстве, в результате которого в одних местах колебания усиливаются, а в других ослабляются. Это явление возникает при сложении волн с сохраняющейся во времени разностью фаз, так называемых когерентных волн. Интерференцию большого числа волн принято называть дифракцией. Принципиального различия между интерференцией и дифракцией нет. Природа этих явлений одна и та же. Мы ограничимся обсуждением только одного очень важного интерференционного эффекта, который заключается в образовании стоячих волн.

Необходимым условием образования стоячих волн является наличие границ, отражающих падающие на них волны. Стоячие волны образуются в результате сложения падающих и отраженных волн. Явления такого рода встречаются довольно часто. Так, каждый тон звучания любого музыкального инструмента возбуждается стоячей волной. Эта волна образуется либо в струне (струнные инструменты), либо в столбе воздуха (духовые инструменты). Отражающими границами в этих случаях являются точки закрепления струны и поверхности внутренних полостей духовых инструментов.

Каждая стоячая волна обладает следующими свойствами. Вся область пространства, в которой возбуждена волна, может быть разбита на ячейки таким образом, что на границах ячеек колебания полностью отсутствуют. Точки, расположенные на этих границах, называются узлами стоячей волны. Фазы колебаний во внутренних точках каждой ячейки одинаковы. Колебания в соседних ячейках совершаются навстречу друг другу, то есть в противофазе. В пределах одной ячейки амплитуда колебаний изменяется в пространстве и в каком-то месте достигает максимального значения. Точки, в которых это наблюдается, называются пучностями стоячей волны. Наконец, характерным свойством стоячих волн является дискретность спектра их частот. В стоячей волне колебания могут совершаться только со строго определенными частотами, и переход от одной из них к другой происходит скачком.

Рассмотрим простой пример стоячей волны. Предположим, что струна ограниченной длины натянута вдоль оси ; концы ее жестко закреплены, причем левый конец находится в начале координат. Тогда координата правого конца будет . Возбудим в струне волну

распространяющуюся вдоль слева направо. От правого конца струны волна отразится. Предположим, что это произойдет без потери энергии. В этом случае отраженная волна будет иметь ту же амплитуду и ту же частоту, что и падающая. Поэтому отраженная волна должна иметь вид:

Ее фаза содержит постоянную , определяющую изменение фазы при отражении. Поскольку отражение происходит на обоих концах струны и без потерь энергии, то в струне будут одновременно распространяться волны одинаковых частот. Поэтому при сложении и должна возникнуть интерференция. Найдем результирующую волну.

Это и есть уравнение стоячей волны. Из него следует, что в каждой точке струны происходят колебания с частотой . При этом амплитуда колебаний в точке равна

Так как концы струны закреплены, то там колебания отсутствуют. Из условия следует, что . Поэтому окончательно получим:

Теперь ясно, что в точках, в которых , колебания отсутствуют вовсе. Эти точки и являются узлами стоячей волны. Там же, где , амплитуда колебаний максимальна, она равна удвоенному значению амплитуды складываемых колебаний. Эти точки являются пучностями стоячей волны. В появлении пучностей и узлов как раз и заключается интерференция: в одних местах колебания усиливаются, а в других исчезают. Расстояние между соседними узлом и пучностью находится из очевидного условия: . Поскольку , то . Следовательно, расстояние между соседними узлами .

Из уравнения стоячей волны видно, что множитель при переходе через нулевое значение меняет знак. В соответствии с этим фаза колебаний по разные стороны от узла отличается на . Это означает, что точки, лежащие по разные стороны от узла, колеблются в противофазе. Все точки, заключенные между двумя соседними узлами, колеблются в одинаковой фазе.

Таким образом, при сложении падающей и отраженной волн действительно можно получить картину волнового движения, которая была охарактеризована ранее. При этом ячейки, о которых шла речь, в одномерном случае представляют собой отрезки, заключенные между соседними узлами и имеющие длину .

Рис. 8.5. Возможные колебания струны или столба воздуха в музыкальных инструментах

Убедимся, наконец, в том, что рассмотренная нами волна может существовать только при строго определенных частотах колебаний. Воспользуемся тем, что колебания на правом конце струны отсутствуют, то есть . Отсюда получается, что . Это равенство возможно, если , где – целое произвольное положительное число.

Итак, оказывается, что , а, следовательно, и частота , связанная с соотношением , могут принимать только следующие строго определенные значения: ; , где . Набор частот возможных колебаний называется спектром частот. Дискретность спектра частот является типичным свойством всех стоячих волн, резко выделяющимся в классической физике, в которой, казалось бы, все обречено изменяться непрерывным образом.

На рис. 8.5 приведены возможные колебания струны. Реальные колебания составляются из всех возможных, отвечающих разным значениям n. Каждая из составляющих даёт свой обертон. Обертонами называются высшие гармонические тоны, сопровождающие основной тон, соответствующий , и обусловливающие собою так называемый оттенок или тембр звука.

ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ

Звуковые волны – упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения. Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Шум моря и ветра, пение птиц, голоса людей изучает область физики – акустика.

Рассмотрим процесс возникновения и восприятия звуковых волн. Колебания источника звука (например, струны или голосовых связок) вызывают в воздухе волны сжатия и разрежения. Достигнув человеческого уха, звуковые волны заставляют барабанную перепонку совершать вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний источника. Свыше 20000 нитевидных рецепторных окончаний, находящихся во внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы. При передаче импульсов по нервным волокнам в головной мозг у человека возникают определенные слуховые ощущения.

Звук может распространяться в виде продольных и поперечных волн. В газообразных и жидких средах возникают только продольные волны, в твердых телах, помимо продольных, возникают также и поперечные волны. Скорость распространения звуковой волны зависит от свойств среды. Например, в воздухе звуковая волна распространяется со скоростью 330–340 м/с.

В зависимости от структуры спектра колебаний среды различают шумы и музыкальные звуки. Шумы – это непериодические колебания. Им соответствует сплошной спектр, то есть набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал. Музыкальные звуки обладают линейчатым спектром с кратными частотами.

Согласно легенде, Пифагор все музыкальные звуки расположил в ряд, разбив этот ряд на октавы, а октаву – на 12 частей (7 основных тонов и 5 полутонов). Всего насчитывается 10 октав, обычно при исполнении музыкальных произведений используются 7–8 октав. Звуки частотой более 3000 Гц в качестве музыкальных тонов не используются, они слишком резки и пронзительны.

Для слушающего человека сразу становятся очевидными две характеристики звука, а именно его громкость и высота тона. Каждой из этих субъективных характеристик соответствует величина, измеряемая физическими методами. Громкость связана с энергией звуковой волны. Согласно уравнению (8.4) энергия волны пропорциональна квадрату амплитуды. Чем больше интенсивность, тем звук громче. Высота тона звука определяется частотой упругих колебаний, воспринимаемых ухом. Например, летящий комар издает звук высокого тона, шмель – звук низкого тона.

Звук характеризуется тембром. Тембр звука (иногда называют его окраской звука) определяется амплитудами и частотой дополнительных обертонов – звуков более высокой частоты. На основной тон могут накладываться обертоны с различными амплитудами, что и определяет тембр звука.

Слуховые ощущения у человека вызывают звуковые волны с частотой колебаний, лежащей в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Писк комара близок к верхней границе, рокот морских волн – к нижней. А что за пределами? Неслышимые звуки. Упругие волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Ультразвук уже хорошо изучен и широко используется в науке и технике, а инфразвук до сих пор во многом остается еще загадкой.

Это интересно!

Инфразвук

Что же происходит на пороге тишины?

Полвека назад в лондонском театре готовилась к постановке новая пьеса. Одна из сцен переносила зрителей в далекое тревожное прошлое. Чтобы выразить этот момент, известный американский физик Роберт Вуд предложил постановщику спектакля использовать очень низкие, рокочущие звуки, которые, по его мнению, должны создать в зрительном зале обстановку ожидания чего-то необычного, пугающего. Вуд присоединил к органу специальную трубу, и первая же репетиция испугала всех. Когда органист нажимал на клавиши, звука не было слышно, но в театре дребезжали оконные стекла, звенели хрустальные подвески канделябров, а присутствующие в зале почувствовали. беспричинный страх! Так неслышимые инфразвуки показали тогда одно из своих загадочных свойств.

Инфразвуковые колебания в воздухе порождаются грозами, сильными ветрами, солнечными вспышками, взрывами, обвалами, землетрясениями. В промышленности инфразвуки излучаются вентиляторами, воздушными компрессорами, дизелями, всеми медленно работающими машинами; постоянный источник таких звуков – городской транспорт.

Штормовой ветер и сильное волнение моря становятся источником мощных инфразвуковых колебаний воздуха. Вследствие того, что для инфразвука характерно малое поглощение, он может распространяться на большие расстояния, а поскольку скорость его распространения значительно превышает скорость перемещения области шторма, то «голос моря» может служить для заблаговременного предсказания шторма. Инфразвуковые колебания распространяются на сотни и тысячи километров вокруг, предупреждая всех о надвигающейся буре. И такое предупреждение хорошо улавливают многие обитатели моря.

Своеобразными индикаторами шторма являются медузы. Они слышат инфразвуки с частотой 8–13 Гц. Шторм разыгрывается еще за сотни километров от берега, он придет в эти места примерно часов через двадцать, а медузы уже слышат его и уходят на глубину.

Уже давно замечено, что многие животные предчувствуют землетрясение. В 1948 г. в Ашхабаде за два часа до него лошади конезавода громко ржали, срывались с привязей. За много часов до катастрофического землетрясения в Скопле (Югославия) сильное беспокойство проявляли животные зоологического сада. В Японии надежными предсказателями землетрясений выступают особые рыбки. Уже за несколько часов до первого подземного толчка они начинают метаться в аквариуме. Совершенно очевидно: животный мир воспринимает какие-то сигналы, возможно, идущие из очага будущего землетрясения. Но какие? Подозрение и здесь падает на инфразвуки. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния.

Инфразвук действует не только на уши, но и на весь организм. Начинают колебаться внутренние органы – желудок, сердце, легкие. Инфразвук даже не очень большой силы способен нарушить работу мозга, вызвать обмороки, чувство беспричинного страха.

В морях встречаются блуждающие корабли с мертвыми моряками на борту или по неведомой причине покинутые всей командой. Существует мнение, что к этим трагедиям может быть причастен инфразвук. Действительно, мощный инфразвук с частотой 7 Гц смертелен. Инфразвуковые волны, возникающие при штормовой погоде, по своей частоте близки именно к этой частоте. Столь же реально допустить, что мощные инфразвуковые излучения с частотой, несколько отличной от 7 Гц, способны вызывать приступы безумия. Об этом говорят некоторые факты. Установлено, например, что, когда на море зарождается и набирает силу шторм, на берегу растет число дорожных происшествий. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками. Некоторые учёные полагают, что инфразвуковые частоты могут присутствовать в местах, которые, по легендам, посещают призраки, и именно инфразвук вызывает странные впечатления, обычно ассоциирующиеся с привидениями.

Ультразвук

УЛЬТРАЗВУК – неслышимые человеческим ухом упругие волны, частоты которых превышают 15–20 кГц. Ультразвук содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом животных (летучие мыши, рыбы, насекомые и др.), присутствует в шуме машин.

Если бы мы могли слышать ультразвук, то услышали бы мелодии, которые поют мужские особи летучих мышей при виде своих предполагаемых избранниц. Дети слышат писк большинства видов летучих мышей, а те, кому больше двадцати лет – лишь немногих. Шерсть и густые волосы хорошо поглощают ультразвук, поэтому летучие мыши, случайно залетевшие в комнату, иногда запутываются в волосах.

Для связи между собой дельфины издают звуки от10 до 400 Гц, а для звуколокации – 750–300000 Гц. Чем объяснить такую разницу издаваемых для разных целей звуков? Звуковые волны большой частоты обеспечивают большую точность локации, так как зеркальное отражение получается только от предметов, размеры которых превышают длину звуковой волны. Для связи нужны слабо затухающие звуки. Этому требованию удовлетворяют звуки низкой частоты.

Перечислим некоторые успешные современные технологические применения ультразвука.

ü Облучение ультразвуком расплавленных металлов и сплавов позволяет получить более однородную мелкокристаллическую их структуру.

ü Ультразвуковая сварка под давлением. Микроструктурный анализ показывает, что стык шероховатых поверхностей после воздействия ультразвука приобретает гладкую структуру.

ü Облучение ультразвуком расплавленных металлов содействует удалению из них газов, что, в конечном счете, также улучшает качество металла, обеспечивает отсутствие в нем раковин.

ü Ультразвук используется также при закалке и отпуске сплавов, сварке и пайке, значительны перспективы применения ультразвука при сверлении и долбежке твердых материалов, очистке металлических изделий, для предотвращения образования накипи на стенках котлов и иных сосудов, получения однородных горючих смесей, при газоочистке и сушке различных материалов.

ü Важная сфера применения ультразвука – автоматический неразрушающий контроль. Ультразвуковая дефектоскопия металлических листов и различных изделий представляет собой пример традиционного и достаточно давнего промышленного применения ультразвука. Современные дефектоскопы позволяют выполнять контроль однородных материалов на глубину от 0,5 миллиметра до 5 метров, при этом в металле обнаруживаются внутренние раковины, трещины и расслоения размером в доли миллиметра. Для выявления столь малых дефектов используется ультразвук с частотой до нескольких мегагерц.

ü Ультразвук широко используется в медицине. Оставляя в стороне вопросы ультразвуковой терапии, нельзя не остановиться на ультразвуковых методах диагностики, связанных, по существу, все с той же «ультразвуковой дефектоскопией», «неразрушающим контролем», но уже не металлов и изделий, а самого человека. На основе новых систем электронно-акустических преобразователей созданы совершенные визуализаторы внутренних органов человека. Так как разные ткани обладают различными акустическими свойствами, то по картине отраженных или прошедших звуковых волн можно судить о состоянии исследуемой части тела. Отчетливо фиксируются нарушения положения и формы внутренних органов, наличие опухолевых процессов и иные отклонения от нормы.

Начиная с 1974 г., проводятся ежегодные конгрессы по ультразвуковой медицине. Медики при помощи инженеров находят все новые и новые применения ультразвуку. Это и определение содержания липоидов в тканях с помощью оценки ультразвукового рассеяния от них, и применение фокусированного ультразвука для раздражения нервных структур и для измерения скорости потока крови, и даже непрерывное обеспечение контроля за продвижением плода при родах.

Лекция 6. Физика волн. Волновые процессы

Читайте также:

  1. SIMULINK ЛЕКЦИЯ 1
  2. Абсорбция. Абсорбционные процессы
  3. В условиях экономического кризиса рынок ценных бумаг, так же как и любой товарный рынок, отражает в себе процессы, происходящие в экономике.
  4. Введение. Лекция № 1
  5. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ
  6. Вводная лекция
  7. Вводная лекция
  8. Вводная лекция
  9. Вводная лекция
  10. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ
  11. Вводная лекция Исследования
  12. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ ПО АИИСРК

Кинематика и динамика волновых процессов. Плоская стационарная и синусоидальная волна. Интерференция и дифракция волн. Бегущие и стоячие волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число, волновой вектор. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Энергетические характеристики упругих волн. Вектор Умова.

6.1. Кинематика и динамика волновых процессов.
Плоская стационарная и синусоидальная волна

Волны – изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Процесс распространения колебаний в пространстве.

Распространение колебаний в пространстве происходит благодаря взаимодействию между частицами упругой среды. Волна в отличие от колебаний характеризуется не только периодичностью во времени, но и периодичностью в пространстве. Частицы среды при этом не переносятся волной, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества в пространстве. Среди разнообразия волн, встречающихся в природе и технике, выделяют упругие, на поверхности жидкости и электромагнитные.

Упругими (или механическими) волнами называются механические возмущения, возникающие и распространяющиеся в упругой среде. К упругим волнам относятся звуковые и сейсмические волны; к электромагнитным – радиоволны, свет и рентгеновские лучи.

В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны различают продольные и поперечные волны.

Продольные – это волны, направление распространения которых совпадает с направлением смещения (колебания) частиц среды.

Поперечные – это волны, направление распространения которых и направление смещения (колебания) частиц среды взаимно перпендикулярны.

В жидкостях и газах упругие силы возникают только при сжатии и не возникают при сдвиге, поэтому упругие деформации в них могут распространяться только в виде продольных волн (“волны сжатия”).

В твердых телах, в которых упругие силы возникают при сдвиге, упругие деформации могут распространяться не только в виде продольных, но и в виде поперечных волн (“волны сдвига”). В твердых телах ограниченного размера (например, в стержнях и пластинах) картина распространения волны более сложна: здесь возникают еще и другие типы волн, являющиеся комбинацией первых двух основных типов.

В электромагнитных волнах направления электрического и магнитного полей почти всегда перпендикулярны направлению распространения волны, (за исключением случаев анизотропных сред и распространения в несвободном пространстве) поэтому электромагнитные волны в свободном пространстве поперечны.

Волны могут иметь различную форму. Одиночной волной, или импульсом, называется сравнительно короткое возмущение, не имеющее регулярного характера. Ограниченный ряд повторяющихся возмущений называется цугом волн.

Гармоническая волна – бесконечная синусоидальная волна, в которой все изменения среды происходят по закону синуса или косинуса. Такие возмущения могут распространяться в однородной среде (если их амплитуда невелика) без искажения формы.

Геометрическое место точек, до которых доходят волны за некоторый промежуток времени t, называется фронтом волны (или волновым фронтом). Фронт волны представляет собой ту поверхность, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченного в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли.

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченного волновым процессом. Волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время, как волновой фронт в каждый момент времени только один. Волновые поверхности остаются неподвижными (они проходят через положения равновесия частиц, колеблющихся в одинаковой фазе). Волновой фронт все время перемещается. Волновые поверхности могут иметь различную геометрию. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Соответственно волна в этих случаях называется плоской или сферической. В плоской волне волновые поверхности представляют собой систему параллельных друг другу плоскостей, а в сферической волне — систему концентрических сферических поверхностей.

Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны l. Длина волны равна расстоянию, на которое распространяется волна за один период:

где l — длина волны;

T – период волны, т.е. время, за которое совершается один полный цикл колебания;

n — частота, т.е. число периодов в единицу времени.

Направление волны определяется с помощью волнового вектора k. Направление волнового вектора совпадает с направлением вектора скорости:

где w — круговая или циклическая частота.


В акустике и оптике численное значение волнового вектора представляют в виде волнового числа:

6.2. Уравнение плоской волны

Уравнение плоской волны — выражение, которое определяет смещение колеблющейся точки как функцию ее координат и времени, т.е.

Рис.6.1

где x — смещение.

Эта функция должна быть периодической как относительно t, так и относительно x, у, z. Найдем вид функции в случае плоской волны, распространяющейся в направлении оси X (рис. 6.1). Пусть плоская стенка совершает гармоническое колебание, согласно выражению

В точке пространства, расположенной на расстоянии x от места возникновения волны, частицы будут совершать те же колебания, что и в точке возникновения волны. Волновые поверхности в этом случае будут перпендикулярны к оси X. Поскольку все точки волновой поверхности колеблются одинаково, то смещение x будет зависеть только от x и t x = x(x, t).

Для прохождения расстояния от места возникновения до рассматриваемой точки волне требуется время. Фронт волны придет в рассматриваемую точку пространства спустя время .

Уравнение колебаний в рассматриваемой точке будет иметь вид

Формула (6.6) представляет собой уравнение прямой бегущей волны, т.е. распространяющейся в направлении положительной полуоси X.

Бегущими волнами называются волны, которые переносят в пространстве энергию. Количественно перенос энергии волнами характеризуется вектором плотности потока энергии

Вектор плотности потока энергии – физическая величина, модуль которой равен энергии DE, переносимой волной за единицу времени (Dt=1) через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны (DS^). Направление вектора потока плотности энергии (вектора Умова) совпадает с направлением переноса энергии. Можно показать, что численное значение вектора потока плотности энергии определяется соотношением

где u – плотность энергии в каждой точке среды, среднее значение которой равно:

ρ – плотность среды;

x – амплитуда волны; w — круговая (циклическая частота);

v – фазовая скорость (скорость перемещения фазы волны).

В векторной форме:

j = u×v. (6.9)

Фазовая скорость упругих волн:

а) продольных ; (6.10)

б) поперечных , (6.11)

где E – модуль Юнга (характеристика упругих свойств среды, обратная коэффициенту упругости);

G – модуль сдвига (он равен такому тангенциальному напряжению, при котором угол сдвига оказался бы равен 45 о , если бы при столь больших деформациях не был превзойден предел упругости).

Понятие фазовой скорости справедливо для монохроматических волн.

Так как распространяющиеся в пространстве волны представляют собой волновой пакет (в силу принципа суперпозиции), то кроме фазовой скорости, для волнового пакета вводят в рассмотрение понятие групповой скорости. Волновой пакет – совокупность волн, частоты которых мало отличаются друг от друга.

Групповой скоростью называют скорость перемещения в пространстве амплитуды волны. С ней происходит перенос энергии волны. Групповая скорость определяется следующим соотношением:

Уравнение обратной волны можно получить путем замены в (6.6) х на (-х):

Оказывается, что уравнение любой волны является решением некоторого дифференциального уравнения второго порядка, называемого волновым. Чтобы установить вид волнового уравнения, сопоставим вторые частные производные по координатам и времени от уравнения волны: .

Производные по х:

Производные по t:

Разделим обе части уравнения (6.15) на v 2 :

Сравнивая выражения (6.14) и (6.16), убеждаемся в равенстве их правых частей, поэтому можем приравнять левые части этих уравнений:

Соотношение (6.17) является волновым уравнением плоской волны, распространяющейся вдоль оси X.

Волновое уравнение плоской волны, распространяющейся в трехмерном пространстве, имеет вид

В математике вводят специальный оператор, называемый оператором Лапласа:

С применением оператора Лапласа /лапласиана/ волновое уравнение (6.17) принимает вид

Если при анализе какого-либо процесса, получают уравнение вида (6.19), то это означает, что рассматриваемый процесс — волна, распространяющаяся со скоростью v.

6.4. Интерференция волн. Стоячие волны

При одновременном распространении в среде нескольких волн частицы среды совершают колебание, являющееся результатом геометрического сложения колебаний, которые совершали бы частицы при распространении каждой из волн в отдельности. Следовательно, волны накладываются одна на другую, не изменяя друг друга. Это явление называют принципом суперпозиции волн.

В случае, когда колебания, обусловленные отдельными волнами в каждой из точек среды, обладают разностью фаз и имеют одинаковую частоту, волны называются когерентными. Когерентные волны излучаются когерентными источниками. Когерентными источниками называют точечные источники, размерами которых можно пренебречь, излучающие в пространство волны с постоянной разностью фаз. При сложении когерентных волн возникает явление интерференции.

Интерференция – это явление наложения когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение энергии волны в пространстве. Возникает интерференционная картина, заключающаяся в том, что колебания в одних точках усиливают, а в других — ослабляют друг друга.

Наиболее часто интерференция возникает при наложении двух встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Возникающая в результате такой интерференции волна называется стоячей. Практически стоячие волны возникают при отражении волн от преград. Падающая на преграду волна и встречная — отраженная, складываясь, образуют стоячую волну.

Пусть вдоль оси X распространяются прямая и обратная плоские волны, уравнения которых имеют вид

В данном случае результирующее колебание получается путем алгебраического сложения:

Воспользовавшись тригонометрическим тождеством

перепишем (6.22) в виде

Выражение (6.23) — уравнение стоячей волны.

Амплитуда стоячей волны

Из (6.24) видно, что амплитуда, зависящая от x, может достигать максимального и минимального значений.

1) при kx = ± np (n = 0, 1, 2, ¼) амплитуда максимальна: A = 2x. Точки, в которых амплитуда смещения удваивается, называются пучностями стоячей волны;

2) при kx = ± (2n + 1)p амплитуда обращается в нуль. Эти точки называются узлами стоячей волны.

Расстояние между соседними (узлам) – длина стоячей волны l. Длина стоячей волны

Рис.6.2

Таким образом, длина стоячей волны равна половине длины бегущей волны.

Графически стоячая волна выглядит так, как показано на рис.6.2.

В соседних полуволнах колебания частиц имеют противоположную фазу, или, как говорят, сдвиг по фазе составляет p. В отличие от бегущей волны в пределах одной полуволны колебания всех точек происходят в одной и той же фазе, но с различной амплитудой.

Очень часто стоячие волны используют для определения скорости распространения волн. Это достигается с помощью так называемого интерферометра.

Рис.6.3

В звуковом интерферометре источником звука (источником волны) является мембрана или пьезоэлектрическая пластинка — 1 (рис.6.3). Имеется отражатель (рефлектор) — 2. Перемещая рефлектор, получают систему стоячих звуковых волн. Если при перемещении рефлектора на расстояние L возникло n узлов, то скорость распространения звука будет равна

То есть для определения скорости распространения волны (звуковой волны) необходимо измерить длину стоячей волны l и частоту звуковых колебаний.

| следующая лекция ==>
Лекция 5. Ангармонические колебания | Из (7.1) следует, что при

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 4427 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Волновое уравнение

Уравнение любой волны есть решение некоторого дифференциального уравнения, называемого волновым.

Найдем общий вид волнового уравнения. Для этого продифференцируем дважды уравнение плоской волны ?, = Л cos(co/ — кг) по времени t и всем координатам. Учтем при этом, что и = со /к. Окончательно получим для волнового уравнения:

Всякая функция, удовлетворяющая уравнению (2.4.14), описывает некоторую волну, причем корень квадратный из величины, обратной коэффициенту /v 2 при производной по времени, есть фазовая скорость волны.

Используя оператор Лапласа уравнение

(2.4.14) можно записать в виде

Эффект Доплера

Известно, что при приближении к неподвижному наблюдателю быстро движущегося электропоезда его звуковой сигнал кажется более высоким, а при удалении от наблюдателя — более низким, чем сигнал того же электропоезда, но неподвижного.


Эффект Доплера, названный в честь австрийского физика К. Доплера (1803—1853), представляет собой изменение частоты волн, регистрируемой приемником, которое происходит вследствие движения источника этих волн и приемника.

Источник, двигаясь к приемнику, как бы сжимает пружину — волну (рис. 2.4.7).

Рис. 2.4.7. Эффект Доплера — изменение частоты волны, регистрируемой приемником от движущегося источника

Данный эффект наблюдается при распространении звуковых волн (iакустический эффект) и электромагнитных волн (оптический эффект).

Акустический эффект Доплера

Рассмотрим несколько случаев проявления акустического эффекта Доплера.

1. Пусть приемник звуковых волн П в газообразной (или жидкой) среде неподвижен относительно нее, а источник И удаляется от приемника со скоростью ии вдоль соединяющей их прямой (рис. 2.4.8, а).

Рис. 2.4.8. Несколько случаев проявления эффекта Доплера

Источник смещается в среде за время, равное периоду Т0 его колебаний, на расстояние— частота колебаний источника. Поэтому при движений источника длина волны в среде А, отлична от ее значения А при неподвижном источнике:

где v — фазовая скорость волны в среде.

Частота волны, регистрируемая приемником,

Если вектор vH скорости источника направлен под произвольным углом 0, к радиусу-вектору R, соединяющему неподвижный приемник с источником (рис. 2.4.8, б), то

2. Если источник неподвижен, а приемник приближается к нему со

скоростью ип вдольсоединяющей их прямой (рис. 2.4.8, в), то длина

волны в среде Однако скорость распространения волны

относительно приемника равна v + va, так что частота волны, регистрируемая приемником,

В том случае, когда скорость vn направлена под произвольным углом 02 к радиусу-вектору R, соединяющему движущийся приемник с неподвижным источником (рис. 2.4.8, г), имеем

3. В самом общем случае, когда и приемник, и источник звуковых волн движутся относительно среды с произвольными скоростями (рис. 2.4.8, д), частота волны, регистрируемая приемником,

Оптический эффект Доплера

При движении источника и приемника электромагнитных волн относительно друг друга также наблюдается эффект Доплера, т.е. изменение частоты волны, регистрируемой приемником. В отличие от рассмотренного нами эффекта Доплера в акустике, закономерности этого явления для электромагнитных волн можно установить только на основе специальной теории относительности.

Соотношение, описывающее эффект Доплера для электромагнитных волн в вакууме, с учетом преобразований Лоренца имеет вид

При небольших скоростях движения источника волн относительно приемника релятивистская формула эффекта Доплера совпадает с классической формулой.

Если источник движется относительно приемника вдоль соединяющей их прямой, то наблюдается продольный эффект Доплера.

В случае сближения источника и приемника (0 = тс)

Мастер Йода рекомендует:  Обзор репутационного агентства 100Review.ru

а в случае их взаимного удаления (0 = 0)

Кроме того, из релятивистской теории эффекта Доплера следует существование поперечного эффекта Доплера, наблюдаемого при 0 = л/2 и 0 = Зл/2, т.е. в тех случаях, когда источник движется перпендикулярно линии наблюдения (например, источник движется по окружности, в центре которой находится приемник):

Поперечный эффект Доплера необъясним в классической физике, это чисто релятивистский эффект.

Как видно из формулы (2.4.19), поперечный эффект пропорционален отношению и 2 /с 2 , следовательно, он значительно слабее продольного, который пропорционален и/с [см. формулу (2.4.18)].

Эффект Доплера нашел широкое применение в науке и технике. Особенно большую роль это явление играет в астрофизике. На основании доплеровского смещения линий поглощения в спектрах звезд и туманностей можно определять лучевые скорости t/cos0 этих объектов по отношению к Земле: при v«с по формуле

В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл (1889—1953) обнаружил явление, получившее название космологического красного смещения и состоящее в том, что линии в спектрах излучения внегалактических объектов смещены в сторону меньших частот (больших длин волн). Оказалось, что для каждого объекта относительное смещение частоты z = (v — v)/v (где v — частота линии в спектре неподвижного источника, v — наблюдаемая частота) совершенно одинаково по всем частотам.

Космологическое красное смещение есть не что иное, как эффект Доплера. Оно свидетельствует о том, что Метагалактика расширяется так, что внегалактические объекты удаляются от нашей Галактики. Под Метагалактикой понимают совокупность всех звездных систем. В современные телескопы можно наблюдать часть Метагалактики, оптический радиус которой R = 1,12 -10 23 км. Явление расширения Метагалактики было теоретически предсказано еще в 1922 г. советским ученым А.А. Фридманом (1888—1925) на основе развития общей теории относительности.

Хаббл установил закон, согласно которому относительное красное смещение z галактик растет пропорционально расстоянию г до них (рис. 2.4.9).

Рис. 2.4.9. Зависимость скорости удаления галактик от расстояния до них Закон Хаббла можно записать в виде

где Н — постоянная Хаббла. По современным оценкам, значение Н = 73,2 км/(с- Мпк), 1 пк (парсек) — расстояние, которое свет проходит в вакууме за 3,27 года (1 пк

Чем дальше находится галактика, тем больше ее красное смещение, и поэтому больше скорость ее удаления.

В 1990 г. на борту шаттла «Дискавери» был выведен на орбиту космический телескоп имени Хаббла (рис. 2.4.10).

Рис. 2.4.10. Космический телескоп «Хаббл»

Астрономы давно мечтали о телескопе, который работал бы в видимом диапазоне, но находился за пределами земной атмосферы, сильно мешающей наблюдениям. «Хаббл» не только не обманул возлагавшихся на него надежд, но даже практически превзошел все ожидания. Он фантастически расширил поле зрения человечества, заглянув в немыслимые глубины Вселенной. За время своей работы космический телескоп передал на землю 700 тыс. великолепных фотографий (рис. 2.4.11). Он, в частности, помог астрономам определить точный возраст нашей Вселенной (13,7 млрд лет) и подтвердить существование в ней странной, но оказывающей огромное влияние формы энергии — темной энергии; доказал существование сверхмассивных черных дыр; удивительно четко заснял падение кометы на Юпитер; показал, что процесс формирования планетных систем является широко распространенным в нашей Галактике; обнаружил небольшие протогалактики, зарегистрировав излучение, испущенное ими, когда возраст Вселенной составлял менее 1 млрд лет.

Рис. 2.4.11. Фотография Галактики

На эффекте Доплера основаны радиолокационные лазерные методы измерения скоростей различных объектов на Земле (например, автомобиля, самолета и др.). Лазерная анемометрия (учение об измерении ветра) является незаменимым методом изучения потока жидкости или газа. Хаотическое тепловое движение атомов светящегося тела также вызывает уширение линий в его спектре, которое возрастает с увеличением скорости теплового движения, т.е. с повышением температуры газа. Это явление можно использовать для определения температуры раскаленных газов.

Механические волны

Когда в каком-нибудь месте твердой, жидкой или газообразной среды происходит возбуждение колебаний частиц, результатом взаимодействия атомов и молекул среды становится передача колебаний от одной точки к другой с конечной скоростью.

Волна – это процесс распространения колебаний в среде.

Виды механических волн

Различают следующие виды механических волн:

Поперечная волна: частицы среды смещаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения механической волны.

Пример: волны, распространяющиеся по струне или резиновому жгуту в натяжении (рисунок 2 . 6 . 1 );

Продольная волна: частицы среды смещаются в направлении распространения механической волны.

Пример: волны, распространяющиеся в газе или упругом стержне (рисунок 2 . 6 . 2 ).

Интересно, что волны на поверхности жидкости включают в себя и поперечную, и продольную компоненты.

Укажем важное уточнение: когда механические волны распространяются, они переносят энергию, форму, но не переносят массу, т.е. в обоих видах волн переноса вещества в направлении распространения волны не происходит. Распространяясь, частицы среды совершают колебания около положений равновесия. При этом, как мы уже сказали, волны переносят энергию, а именно энергию колебаний от одной точки среды к другой.

Рисунок 2 . 6 . 1 . Распространение поперечной волны по резиновому жгуту в натяжении.

Рисунок 2 . 6 . 2 . Распространение продольной волны по упругому стержню.

Модель твердого тела

Характерная черта механических волн – их распространение в материальных средах в отличие, например, от световых волн, способных распространяться и в пустоте. Для возникновения механического волнового импульса необходима среда, имеющая возможность запасать кинетическую и потенциальную энергии: т.е. среда должна иметь инертные и упругие свойства. В реальных средах эти свойства получают распределение по всему объему. К примеру, каждому небольшому элементу твердого тела присуща масса и упругость. Самая простая одномерная модель такого тела представляет из себя совокупность шариков и пружинок (рисунок 2 . 6 . 3 ).

Рисунок 2 . 6 . 3 . Простейшая одномерная модель твердого тела.

В этой модели инертные и упругие свойства разделены. Шарики имеют массу m , а пружинки – жесткость k . Такая простая модель дает возможность описать распространение продольных и поперечных механических волн в твердом теле. При распространении продольной волны шарики смещаются вдоль цепочки, а пружинки растягиваются или сжимаются, что есть деформация растяжения или сжатия. Если подобная деформация происходит в жидкой или газообразной среде, ее сопровождает уплотнение или разрежение.

Отличительная особенность продольных волн заключается в том, что они способны распространяться в любых средах: твердых, жидких и газообразных.

Если в указанной модели твердого тела один или несколько шариков получают смещение перпендикулярно всей цепочке, можно говорить о возникновении деформации сдвига. Пружины, получившие деформацию в результате смещения, будут стремиться вернуть смещенные частицы в положение равновесия, а на ближайшие несмещенные частицы начнет оказываться влияние упругих сил, стремящихся отклонить эти частицы от положения равновесия. Итогом станет возникновение поперечной волны в направлении вдоль цепочки.

В жидкой или газообразной среде упругая деформация сдвига не возникает. Смещение одного слоя жидкости или газа на некоторое расстояние относительно соседнего слоя не приведет к появлению касательных сил на границе между слоями. Силы, которые оказывают воздействие на границе жидкости и твердого тела, а также силы между соседними слоями жидкости всегда направлены по нормали к границе – это силы давления. Аналогично можно сказать и о газообразной среде.

Таким образом, появление поперечных волн невозможно в жидкой или газообразной средах.

В плане практического применения особый интерес представляют простые гармонические или синусоидальные волны. Они характеризуются амплитудой A колебания частиц, частотой f и длиной волны λ . Синусоидальные волны получают распространение в однородных средах с некоторой постоянной скоростью υ .

Запишем выражение, показывающее зависимость смещения y ( x , t ) частиц среды из положения равновесия в синусоидальной волне от координаты x на оси O X , вдоль которой распространяется волна, и от времени t :

y ( x , t ) = A cos ω t — x υ = A cos ω t — k x .

В приведенном выражении k = ω υ – так называемое волновое число, а ω = 2 π f является круговой частотой.

Бегущая волна

Рисунок 2 . 6 . 4 демонстрирует «моментальные фотографии» поперечной волны в момент времени t и t + Δ t . За промежуток времени Δ t волна перемещается вдоль оси O X на расстояние υ Δ t . Подобные волны носят название бегущих волн.

Рисунок 2 . 6 . 4 . «Моментальные фотографии» бегущей синусоидальной волны в момент времени t и t + Δ t .

Длина волны λ – это расстояние между двумя соседними точками на оси O X , испытывающими колебание в одинаковых фазах.

Расстояние, величина которого есть длина волны λ , волна проходит за период Т . Таким образом, формула длины волны имеет вид: λ = υ T , где υ является скоростью распространения волны.

С течением времени t происходит изменение координаты x любой точки на графике, отображающем волновой процесс (к примеру, точка А на рисунке 2 . 6 . 4 ), при этом значение выражения ω t – k x остается неизменным. Спустя время Δ t точка А переместится по оси O X на некоторое расстояние Δ x = υ Δ t . Таким образом:

ω t — k x = ω ( t + ∆ t ) — k ( x + ∆ x ) = c o n s t или ω ∆ t = k ∆ x .


Из указанного выражения следует:

υ = ∆ x ∆ t = ω k или k = 2 π λ = ω υ .

Становится очевидно, что бегущая синусоидальная волна имеет двойную периодичность – во времени и пространстве. Временной период является равным периоду колебаний T частиц среды, а пространственный период равен длине волны λ .

Волновое число k = 2 π λ – это пространственный аналог круговой частоты ω = — 2 π T .

Сделаем акцент на том, что уравнение y ( x , t ) = A cos ω t + k x является описанием синусоидальной волны, получающей распространение в направлении, противоположном направлению оси O X , со скоростью υ = — ω k .

Когда бегущая волна получает распространение, все частицы среды гармонически колеблются с некоторой частотой ω . Это означает, что как и при простом колебательном процессе, средняя потенциальная энергия, являющаяся запасом некоторого объема среды, есть средняя кинетическая энергия в том же объеме, пропорциональная квадрату амплитуды колебаний.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что, когда бегущая волна получает распространение, появляется поток энергии, пропорциональный скорости волны и квадрату ее амплитуды.

Скорость распространения волны

Бегущие волны движутся в среде с определенными скоростями, находящимися в зависимости от типа волны, инертных и упругих свойств среды.

Скорость, с которой поперечные волны распространяются в натянутой струне или резиновом жгуте, имеет зависимость от погонной массы μ (или массы единицы длины) и силы натяжения T :

Скорость, с которой продольные волны распространяются в безграничной среде, рассчитывается при участии таких величин как плотность среды ρ (или масса единицы объема) и модуль всестороннего сжатия B (равен коэффициенту пропорциональности между изменением давления Δ p и относительным изменением объема Δ V V , взятому с обратным знаком):

Таким образом, скорость распространения продольных волн в безграничной среде, определяется по формуле:

При температуре 20 ° С скорость распространения продольных волн в воде υ ≈ 1480 м / с , в различных сортах стали υ ≈ 5 – 6 к м / с .

Если речь идет о продольных волнах, получающих распространение в упругих стержнях, запись формулы для скорости волны содержит не модуль всестороннего сжатия, а модуль Юнга:

Для стали отличие E от B незначительно, а вот для прочих материалов оно может составлять 20 – 30 % и больше.

Рисунок 2 . 6 . 5 . Модель продольных и поперечных волн.

Стоячая волна

Предположим, что механическая волна, получившая распространение в некоторой среде, встретила на пути некое препятствие: в этом случае характер ее поведения резко изменится. К примеру, на границе раздела двух сред с различающимися механическими свойствами волна частично отразится, а частично проникнет во вторую среду. Волна, пробегающая по резиновому жгуту или струне, отразится от зафиксированного конца, и возникнет встречная волна. Если у струны зафиксированы оба конца, появятся сложные колебания, являющиеся итогом наложения (суперпозиции) двух волн, получающих распространение в противоположных направлениях и испытывающих отражения и переотражения на концах. Так «работают» струны всех струнных музыкальных инструментов, зафиксированные с обоих концов. Схожий процесс возникает при звучании духовых инструментов, в частности, органных труб.

Если волны, распространяющиеся по струне во встречных направлениях, обладают синусоидальной формой, то при определенных условиях они образуют стоячую волну.

Допустим, струна длины l зафиксирована таким образом, что один из ее концов расположен в точке x = 0 , а другой – в точке x 1 = L (рисунок 2 . 6 . 6 ). В струне имеется натяжение T .

Рисунок 2 . 6 . 6 . Возникновение стоячей волны в струне, зафиксированной на обоих концах.

По струне одновременно пробегают в противоположных направлениях две волны с одинаковой частотой:

  • y 1 ( x , t ) = A cos ( ω t + k x ) – волна, распространяющаяся справа налево;
  • y 2 ( x , t ) = A cos ( ω t — k x ) – волна, распространяющаяся слева направо.

Точка x = 0 — один из зафиксированных концов струны: в этой точке падающая волна y 1 в результате отражения создает волну y 2 . Отражаясь от зафиксированного конца, отраженная волна входит в противофазу с падающей. В соответствии с принципом суперпозиции (что есть экспериментальный факт) колебания, созданные встречными волнами во всех точках струны, суммируются. Из сказанного следует, что итоговое колебание в каждой точке определяется как сумма колебаний, вызванных волнами y 1 и y 2 в отдельности. Таким образом:

y = y 1 ( x , t ) + y 2 ( x , t ) = ( — 2 A sin ω t ) sin k x .

Приведенное выражение является описанием стоячей волны. Введем некоторые понятия, применимые к такому явлению как стоячая волна.

Узлы – точки неподвижности в стоячей волне.

Пучности – точки, расположенные между узлами и колеблющиеся с максимальной амплитудой.

Если следовать данным определениям, для возникновения стоячей волны оба зафиксированных конца струны должны являться узлами. Указанная ранее формула отвечает этому условию на левом конце ( x = 0 ) . Чтобы условие было выполнено и на правом конце ( x = L ) , необходимо чтобы k L = n π , где n является любым целым числом. Из сказанного можно сделать вывод, что стоячая волна в струне появляется не всегда, а только тогда, когда длина L струны равна целому числу длин полуволн:

l = n λ n 2 или λ n = 2 l n ( n = 1 , 2 , 3 , . . . ) .

Набору значений λ n длин волн соответствует набор возможных частот f

f n = υ λ n = n υ 2 l = n f 1 .

В этой записи υ = T μ есть скорость, с которой распространяются поперечные волны по струне.

Каждая из частот f n и связанный с ней тип колебания струны называется нормальной модой. Наименьшая частота f 1 носит название основной частоты, все прочие ( f 2 , f 3 , … ) называются гармониками.

Рисунок 2 . 6 . 6 иллюстрирует нормальную моду для n = 2 .

Стоячая волна не обладает потоком энергии. Энергия колебаний, «запертая» в отрезке струны между двумя соседними узлами, не переносится в остальные части струны. В каждом таком отрезке происходит периодическое (дважды за период T ) преобразование кинетической энергии в потенциальную и обратно, подобно обычной колебательной системе. Однако, здесь имеется различие: если груз на пружине или маятник имеют единственную собственную частоту f 0 = ω 0 2 π , то струна характеризуется наличием бесконечного числа собственных (резонансных) частот f n . На рисунке 2 . 6 . 7 показано несколько вариантов стоячих волн в струне, зафиксированной на обоих концах.

Рисунок 2 . 6 . 7 . Первые пять нормальных мод колебаний струны, зафиксированной на обоих концах.

Согласно принципу суперпозиции стоячие волны различных видов (с разными значениями n ) способны одновременно присутствовать в колебаниях струны.

Рисунок 2 . 6 . 8 . Модель нормальных мод струны.

Эффект Доплера для чайников: суть явления, применение, формула

Эффект Доплера – важнейшее явление в физике волн. Прежде чем перейти напрямую к сути вопроса, немного вводной теории.

Колебание – в той или иной степени повторяющийся процесс изменения состояния системы около положения равновесия. Волна — это колебание, которое способно удаляться от места своего возникновения, распространяясь в среде. Волны характеризуются амплитудой, длиной и частотой. Звук, который мы слышим — это волна, т.е. механические колебания частиц воздуха, распространяющиеся от источника звука.

Вооружившись сведениями о волнах, перейдем к эффекту Доплера. А если хотите узнать больше о колебаниях, волнах и резонансе — добро пожаловать в отдельную статью нашего блога.

Суть эффекта Доплера

Самый популярный и простой пример, объясняющий суть эффекта Доплера – неподвижный наблюдатель и машина с сиреной. Допустим, вы стоите на остановке. К вам по улице движется карета скорой помощи со включенной сиреной. Частота звука, которую вы будете слышать по мере приближения машины, не одинакова.

Сначала звук будет более высокой частоты, когда машина поравняется с остановкой. Вы услышите истинную частоту звука сирены, а по мере удаления частота звука будет понижаться. Это и есть эффект Доплера.

Частота и длина волны излучения, воспринимаемого наблюдателем, изменяется вследствие движения источника излучения.

Если у Кэпа спросят, кто открыл эффект Доплера, он не задумываясь ответит, что это сделал Доплер. И будет прав. Данное явление, теоретически обоснованное в 1842 году австрийским физиком Кристианом Доплером, было впоследствии названо его именем. Сам Доплер вывел свою теорию, наблюдая за кругами на воде и предположив, что наблюдения можно обобщить для всех волн. Экспериментально подтвердить эффект Доплера для звука и света удалось позднее.

Выше мы рассмотрели пример Эффект Доплера для звуковых волн. Однако эффект Доплера справедлив не только для звука. Различают:

  • Акустический эффект Доплера;
  • Оптический эффект Доплера;
  • Эффект Доплера для электромагнитных волн;
  • Релятивистский эффект Доплера.

Именно эксперименты со звуковыми волнами помогли дать первое экспериментальное подтверждение этому эффекту.

Экспериментальное подтверждение эффекта Доплера

Подтверждением правильности рассуждений Кристиана Доплера связано с одним из интересных и необычных физических экспериментов. В 1845 году метеоролог из Голландии Христиан Баллот взял мощный локомотив и оркестр, состоящий из музыкантов с абсолютным слухом. Часть музыкантов – это были трубачи – ехали на открытой площадке поезда и постоянно тянули одну и ту же ноту. Допустим, это была ля второй октавы.

Другие музыканты находились на станции и слушали, что играют их коллеги. Абсолютный слух всех участников эксперимента сводил вероятность ошибки к минимуму. Эксперимент длился два дня, все устали, было сожжено много угля, но результаты того стоили. Оказалось, что высота звука действительно зависит от относительной скорости источника или наблюдателя (слушателя).

Первые эксперименты по подтверждению эффекта Доплера

Применение эффекта Доплера

Одно из наиболее широко известных применений – определение скорости движения объектов при помощи датчиков скорости. Радиосигналы, посылаемые радаром, отражаются от машин и возвращаются обратно. При этом, смещение частоты, с которой сигналы возвращаются, имеет непосредственную связь со скоростью машины. Сопоставляя скорость и изменение частоты, можно вычислять скорость.

Эффект Доплера широко применяется в медицине. На нем основано действие приборов ультразвуковой диагностики. Существует отдельная методика в УЗИ, называемая доплерографией.

Эффект Доплера также используют в оптике, акустике, радиоэлектронике, астрономии, радиолокации.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Открытие эффекта Доплера сыграло важную роль в ходе становления современной физики. Одно из подтверждений теории Большого взрыва основывается на этом эффекте. Как связаны эффект Доплера и Большой взрыв? Согласно теории Большого взрыва, Вселенная расширяется.

При наблюдении удаленных галактик наблюдается красное смещение – сдвиг спектральных линий в красную сторону спектра. Объясняя красное смещение при помощи эффекта Доплера, можно сделать вывод, согласующийся с теорией: галактики удаляются друг от друга, Вселенная расширяется.

Красное и синее смещение при приближении и отдалении объектов

Формула для эффекта Доплера

Когда теорию эффекта Доплера подвергали критике, одним из аргументов оппонентов ученого был факт, что теория помещалась всего на восьми листах, а вывод формулы эффекта Доплера не содержал громоздких математических выкладок. На наш взгляд, это только плюс!

Пусть u – скорость приемника относительно среды, v – скорость источника волн относительно среды, с — скорость распространения волн в среде, w0 — частота волн источника. Тогда формула эффекта Доплера в самом общем случае будет выглядеть так:

Здесь w – частота, которую будет фиксировать приемник.

Релятивистский эффект Доплера

В отличие от классического эффекта Доплера при распространении электромагнитных волн в вакууме для расчета эффекта Доплера следует применять СТО и учитывать релятивистское замедление времени. Пусть света – с, v – скорость источника относительно приемника, тета – угол между направлением на источник и вектором скорости, связанным с системой отсчета приемника. Тогда формула для релятивистского эффекта Доплера будет иметь вид:


Сегодня мы рассказали о важнейшем эффекте нашего мира – эффекте Доплера. Хотите научиться решать задачи на эффект Доплера быстро и легко? Спросите у специалистов студенческого сервиса, и они охотно поделятся своим опытом! А в конце — еще немного про теорию Большого взрыва и эффект Доплера.

Эффект Доплера что это такое? Определение эффекта, примеры и формула расчета

Вы наверняка замечали, что звук гудка проезжающего мимо вас автомобиля или поезда меняется, в зависимости от того, приближаются они к вам или отдаляются от вас. Это нетрудно заметить, но труднее понять и объяснить, что и смог сделать в 1842 году австрийский математик и физик Кристиан Доплер. Именно это объяснение сделало его всемирно известным учёным, а его открытию суждено было изменить не только физику, но и астрономию, космологию, медицину, да и повседневную жизнь тоже.

1. Определение эффекта Доплера

Что же происходит и в чём причина этого эффекта?

Нам хорошо известно, что звук — это механические упругие волны. Основными характеристиками любой волны являются:

  • длина волны;
  • период колебаний в волне;
  • частота колебаний в волне;
  • амплитуда;
  • скорость волны.

Мы будем говорить сейчас о трёх из них — длине волны, скорости волны и частоте колебаний, которые связаны друг с другом формулой где λ — длина волны, v — скорость волны, а ν — частота колебаний. Если, к примеру, находящийся в воде поплавок начнёт совершать вертикальные колебания, то по воде начнут расходиться круги, расстояние между которыми и будет равно длине волны. Поплавок, в данном случае, представляет собой неподвижный источник волн, то есть, совершая колебания, он, тем не менее, остаётся на том же месте по отношению к неподвижному относительно Земли наблюдателю. Но совсем иначе будет выглядеть волновая картина, если источник волн будет либо приближаться, либо удаляться от наблюдателя.

Проводя наблюдения за волнами на воде, Доплер заметил, что когда источник волн приближается к наблюдателю, то длина волны становится немного меньше, а следовательно, частота становится немного больше, то есть количество гребней перед движущимся источником волн больше, чем позади него. Именно поэтому звук приближающегося автомобиля или поезда будет более высоким. С другой стороны, когда источник волн удаляется от наблюдателя, то длина волны становится немного больше, а следовательно, частота становится немного меньше, то есть количество гребней волны позади движущегося источника меньше, чем впереди него. Именно поэтому звук удаляющегося от нас автомобиля или поезда будет более низким. В этом и состоит суть эффекта Доплера — изменение длины волны или её частоты при движении источника волны к наблюдателю или от него. И это изменение можно довольно легко подсчитать, зная скорость движения источника волн и их длину или частоту в случае, если источник неподвижен относительно наблюдателя.

2. Эксперименты

Чтобы увидеть эффект Доплера своими глазами или услышать своими ушами вовсе не нужны специальные лаборатории или сложные установки. Вот описание двух простых экспериментов, в ходе которых можно его наблюдать.

Возьмите свисток и прикрепите к нему длинную гибкую трубку так, чтобы можно было свистеть в свисток при помощи этой трубки. Если держать трубку и свисток неподвижно и дуть в трубку, то будет слышаться ровный свист, а если раскрутить трубку со свистком, не прекращая дуть в неё, то можно будет услышать как меняется звук свистка при приближении к вам и отдалении от вас. Это и будет наглядным подтверждением эффекта Доплера.

Второй эксперимент осуществить сложнее, но именно его осуществил в 1845 году голландский метеоролог и химик Христофор Бёйс-Баллот. Суть эксперимента сводилась к тому, что в поезде размещались музыканты-трубачи, которые должны были играть одну и ту же ноту, а на станции, мимо которой проезжал этот поезд, другая группа музыкантов должна была внимательно слушать как меняется тон этого звука при приближении и удалении поезда. Музыканты — люди с очень хорошим слухом, и им как никому другому проще всего определить это изменение, что они успешно и выполнили, подтвердив экспериментально открытый Доплером эффект.

Но самый простой способ убедиться в существовании этого эффекта — прислушаться к сирене машины скорой помощи в момент, когда она приближается к вам и в момент, когда она, проехав мимо вас, удаляется. Звук сирены будет отличаться, хотя никаких изменений в работе сирены на самом деле не происходит. Это и есть эффект Доплера для звуковых волн.

3. Формула и применение

Как уже было сказано, зная скорость источника волн по отношению к неподвижному наблюдателю можно определить регистрируемую приёмником частоту волны. Формулу, позволяющую это сделать, нетрудно вывести, зная, что (здесь v — скорость волн в данной среде, ν — частота испускаемых источником волн), и, если источник приближается к неподвижному наблюдателю со скоростью u относительно среды, то и тогда частота, которую будет регистрировать неподвижный приёмник, будет равна:

Если же сам приёмник движется относительно среды со скоростью u1, то частота регистрируемых им волн будет равна:

Если же и источник, и приёмник движутся относительно друг друга, то:

Эффект Доплера, как вы, наверное, уже догадались, возникает не только при распространении звуковых волн, но и вообще любых волн, в том числе и электромагнитных, одним из видов которых является видимый свет. Если бы наш глаз был сверхчувствителен, то мы могли бы заметить, что как и в случае со звуком, если источник света приближается к наблюдателю, то длина волны становится меньше, а частота больше, и наоборот, если источник света удаляется от наблюдателя, то длина волны увеличивается, а частота уменьшается. То есть свет зелёной лазерной указки при стремительном её приближении к нам наблюдался бы как слегка голубоватый, а при удалении от нас был бы более жёлтым. Но наш глаз различить этого не может, зато точные приборы могут и этот эффект позволил учёным сделать одно очень важное наблюдение — спектры наблюдаемых нами звёзд немного сдвинуты по частоте в меньшую сторону, что называется «красным смещением» и является доказательством того, что галактики удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. Это, пожалуй, самое важное применение эффекта Доплера в фундаментальной науке. Но эффект Доплера и связанные с ним формулы нашли очень широкое применение не только в астрономии. Прежде всего, стоит сказать о медицине. В ультразвуковой диагностике эффект Доплера применяется для исследования внутренних органов человека. А также, именно эффект Доплера лежит в основе действия полицейских радаров, определяющих скорость автомобиля, и камер, следящих за скоростным режимом на дорогах. Эффект Доплера применяется в метеорологии, воздушной навигации, при расчётах траекторий спутников, системах навигации.

Эффект в виде волны

С концепцией «Волнового эффекта» познакомился совсем недавно из книги Ирвина Ялома. И как-то она меня сразу воодушевила J

Такая новая, необычная идея, но в тоже время очень старая и хорошо знакомая… по всей видимости хорошо забытая. Спасибо Ирвин за напоминание!

Все мы знаем, что насколько бы великими, знаменитыми, могущественными бы мы не были, нам не удастся сохранить память о себе или о своих делах в веках. Возможно кого-то из нас будут помнить долго, но когда-нибудь забудут. Забудут всё – кем мы были, что мы делали, чего хотели и т.д. А то «долго» что нас будут помнить с точки зрения вселенное – одно мгновение.

Но кое-что мы всё таки оставляем после себя. Это наш «волновой эффект».

Речь здесь идёт о том, что каждый человек, не зная и не думая об этом, распространяет вокруг себя концентрические круги влияния, которое может затрагивать других людей на протяжении многих лет, из поколения в поколение. Это влияние в свою очередь передаётся от одних людей к другим, как рябь на поверхности пруда. Колебания продолжаются и продолжаются, и даже когда мы уже не можем их видеть, они идут на наноуровне.

Таким образом мы все, сознаём это или нет, постоянно оставляем свой след, распространяем «концентрические круги» вокруг своих личностей.

Как мне кажется очень полезно сознавать своё влияние на мир, на других людей. Понимать что наши мысли, наши действия не исчезают безвозвратно, а растворяются в мире и сливаясь с «волновым эффектом», порождённым другими людьми, остаются на всегда и определённым, пусть даже очень малым, образом влияют на мысли и поступки других людей.

Теперь размышляя о «волновом эффекте» мне невольно вспоминается Кастанедовский «человеческий дух».

Если воин хочет отдать долг за все то добро, которое для него сделали, и у него нет возможности сделать это по отношению к конкретному человеку, который когда-то помог ему, он может сделать свой вклад в человеческий дух. Это может быть очень немного, но, сколько бы он ни вложил, этого всегда будет более чем достаточно.

Есть и другие цитаты на тему «человеческого духа». Из них видно, что Дон Хуан, да и сам Кастанеда постоянно стремятся сделать некий «вклад в человеческий дух», отдать ему «долг». К «человеческому духу» они относятся с большим внимание и какой-то трепетной нежностью.

Только теперь, в свете «волнового эффекта», мне становится понятно причина этого трепетного отношения. И я сам чувствую этот трепет!

Уже только ради «человеческого духа» хочется прожить свою жизнь как можно более честней, осознанней, искренней. Хочется, чтобы мои «концентрические круги» содержали в себе именно эти качества и сделали мир хоть немного светлее и добрее.

Эффекты имитации

На этой странице

Эффекты сторонних разработчиков в этой категории, включенные в After Effects:

Эффекта действия шара CC

Эффект пузырьков CC

Эффект мороси CC

Эффект волос CC

Эффект Mr. Mercury CC

Эффект систем частиц II CC

Эффект частиц для слоя World CC

Эффект пикселей Полли CC

Эффект ливня CC

Эффект разбрасывания CC

Эффект снегопада CC

Эффект звездной вспышки CC

Эффекты «CC Дождь» и «CC Снег» устарели. Более новые версии — «СС Падающий дождь» и «СС Снегопад».

Общие элементы управления «Освещение» и «Материал»

Некоторые эффекты имитации используют ряд общих элементов управлений. Эффект «Вытеснение карт» также использует многие элементы управления, которые также используются эффектом «Танец карт».

Элементы управления «Освещение»

Задает используемый тип освещения. Элемент управления «Удаленный источник» имитирует солнечный свет и отбрасывает тени в одном направлении, при этом лучи света падают на объект практически под любым углом. Элемент управления «Источник точки» аналогичен лампочке и отбрасывает тени во всех направлениях. Элемент управления «Первое композиционное освещение» использует первый слой освещения в композиции, который может использовать различные настройки.

Задает мощность освещения. Чем больше данное значение, тем более ярким будет слой. Другие параметры освещения влияют также и на общую интенсивность освещения.

Задает цвет освещения.

Определяет положение освещения в пространстве оси X, Y. Для интерактивного выбора положения нажмите ALT (Windows) или OPTION (Mac OS) и перетащите точку эффекта для освещения.

Определяет положение освещения в пространстве оси Z. При выборе отрицательных значений освещение перемещается за слой.

Распределяет освещение по слою. При увеличении этого значения освещение добавляется равномерно во все объекты, что предотвращает полную заливку тени черным. При выборе для параметра «Окружающее освещение» значения «Чистый белый», а для всех остальных элементов управления — значения 0, объект полностью освещен и все 3D-тени удаляются из сцены.

Элементы управления «Материал»

Элементы управления «Материал» задают значения отражения.

Задают определяющие форму тени объектов. Построение тени зависит от угла, под которым свет падает на поверхности, и не зависит от положения зрителя.

Мастер Йода рекомендует:  Что обо мне знают соцсети и можно ли заставить их забыть

Учитывает положение зрителя. Моделирует отражение источника освещения обратно на зрителя. Может создавать иллюзию зеркального блеска. Для получения реалистичных эффектов можно применить этот элемент управления, постепенно увеличивая значения, чтобы замаскировать переход от версий слоя с фильтрацией к версиям без фильтрации.

Управляет зеркальным блеском. Поверхности с зеркальным блеском создают мелкие и плотные отражения, а более матовые и тусклые поверхности распространяют свет по более обширной области. Зеркальная подсветка представляет собой цвет входящего освещения. Поскольку освещение, как правило, белое или не совсем белое, обширная подсветка может уменьшить насыщенность изображения путем добавления белого в цвет поверхности.

Как правило, рекомендуется использовать следующую процедуру для коррекции освещения: «Задать положение света» и «Диффузное отражение» для определения общего уровня освещенности и построения теней в сцене. После этого скорректируйте параметры «Зеркальное отражение» и «Резкость подсветки», чтобы определить интенсивность и распространение подсветки. И, наконец, настройте параметр «Окружающее освещение» для заливки теней.

Эффект «Танец карт»

Информацию о свойствах, общих для эффектов имитации см. в разделе Общие элементы управления «Освещение» и «Материал».

Этот эффект создает внешний вид хореографии для карт, разделяя слои на множество карт и контролируя все геометрические аспекты карт с помощью второго слоя. Например, эффект «Танец карт» может имитировать выступающие скульптурные элементы, толпу, которая делает «волну», или буквы, плывущие по поверхности пруда.

На своем веб-сайте Крис Звар представляет пример проекта, в котором используется эффект «Танец карт» и слой-фигура с операцией «Повтор» для имитации разделения цвета по полутонам для любого изображения или видео.

Этот эффект работает с цветом 8 бит на канал.

Примените эффект «Танец карт» к слою, чтобы использовать его для лицевой стороны карт. Чтобы задать представление, можно использовать элементы управления вращением или перспективой или совместить перспективу эффекта в любой из сцен, используя связывание точек отслеживания.

Например, можно выбрать слой градиента оттенков серого по вертикали (черный сверху, белый снизу) в меню «Слой градиента 1», после чего выберите «Интенсивность 1» и меню «Источник вращения по оси Х». Эффект «Танец карт» использует значение интенсивности градиента для анимации вращения карт по оси Х. Он присваивает числовое значение центральному пикселю каждой из карт на слое градиента, учитывая интенсивность этого пикселя. Чистый белый цвет имеет значение 1, чисто черный — значение -1, 50 % серого — 0. Эффект «Танец карт» затем умножает это значение на значение «Множитель вращения по оси Х» и выполняет вращение каждой карты на полученное значение. Если значение «Множитель вращения по оси Х» равно 90, карты в верхнем ряду вращаются почти на 90° назад, карты в нижнем ряду — почти на 90° вперед, а карты в средних рядах — на меньшую величину. Карты в области 50 % серого не вращаются.


Если требуется, чтобы половина карт в слое поступала справа, а вторая половина — слева, необходимо создать слой градиента, наполовину черный, наполовину — белый. Задайте градиент как источник для положения на оси Х и задайте значение «Множитель вращения по оси Х» равным 5, и выполните его анимацию до 0. Карты в черной области изначально отображаются слева, а карты в белой области — справа.

Элементы управления «Строки», «Столбцы», «Слой» и «Порядок»

Строки и столбцы

Определяет взаимодействие с номерами строк и столбцов. Элемент управления «Независимый» активирует ползунки «Строки» и «Столбцы». Элемент управления «Столбцы после строк» активирует только ползунок «Строки». Если выбран этот параметр, количество столбцов всегда совпадает с количеством строк.

Количество строк, до 1000.

Количество столбцов, до 1000, если не выбрано значение «Столбцы после строк».

Строки и столбцы всегда распределяются равномерно по слою, поэтому прямоугольные фрагменты мозаики необычной формы не отображаются вдоль краев слоя, если только не используется альфа-канал.

Слой, который отображается в сегментах, на оборотной стороне карт. Можно использовать любой слой из композиции, даже если переключатель «Видео» для него выключен. Если слой содержит эффекты или маски, сначала необходимо выполнить предварительную композицию слоя.

Слой градиента 1

Первый контрольный слой, используемый для создания танца карт. Можно использовать любой слой. Слой оттенков серого обеспечивают наиболее прогнозируемый результат. Слой градиента выступает в качестве карты смещения при анимации карт.

Слой градиента 2

Второй слой управления.

Порядок вращения карт вокруг нескольких осей, если используется несколько осей вращения.

Порядок выполнения преобразований («Масштаб», «Поворот» и «Положение»).

Элементы управления «Положение», «Поворот» и «Масштаб»

«Положение» (X, Y, Z), «Поворот» (X, Y, Z) и «Масштаб» (X, Y) задают свойства трансформирования, которые требуется скорректировать. Поскольку «Танец карт» относится к 3D-эффектам, эти свойства можно задавать отдельно для каждой оси карт. Но поскольку карты сами по себе относятся к 2D-объектам, у них нет собственной глубины, следовательно, отсутствует масштабирование по оси Z.

Задает канал слоя градиента, который будет использоваться для управления трансформированием. Например, выберите значение «Интенсивность 2», чтобы использовать значение интенсивности слоя градиента 2.

Объем трансформирования, примененный для карт.

Базовое значение, с которого начинается трансформирование. Добавляется к значению трансформирования (значение центрального пикселя карты, умноженное на значение «Множитель»), чтобы можно было начать трансформирование с точки, отличной от 0.

Элементы управления «Система камеры» и «Положение камеры»

Задает, будут ли использоваться свойства эффекта «Положение камеры», свойства эффекта «Связывание точек отслеживания» или композиционная камера по умолчанию и положения освещения для рендеринга 3D-изображений карт.

«Поворот по оси Х», «Поворот по оси Y», «Поворот по оси Z»

Поворачивает камеру вокруг соответствующей оси. Эти элементы управления используются для просмотра карт сверху, сбоку, сзади или под любым другим углом.

Положение по осям X и Y

Положение камеры вдоль осей X и Y.

Положение по оси Z

Положение камеры вдоль оси Z. При выборе меньших значений камера перемещается ближе к картам, а при выборе более высоких значений — удаляется от них.

Коэффициент масштабирования. При выборе меньших значений масштаб увеличивается.

Порядок поворота камеры вокруг трех осей, а также поворот камеры до или после выбора ее положения с помощью других элементов управления «Положение камеры».

Элементы управления «Связывание точек отслеживания»

Элемент управления «Связывание точек отслеживания» относится к другой системе управления камерой. Этот элемент управления используется как вспомогательный при композиции результата эффекта в сцену на плоской поверхности с наклоном в отношении кадра.

«Верхний левый угол», «Верхний правый угол», «Нижний левый угол», «Нижний правый угол»

Точка присоединения каждого из углов слоя.

Автоматическое фокусное расстояние

Определяет перспективу эффекта во время анимации. Если параметр «Автоматическое фокусное расстояние» не выбран, заданное фокусное расстояние используется для поиска положения и ориентации камеры, при котором углы слоя помещаются на точки отслеживания. Если это невозможно, слой заменяется контуром, отрисованным между точками отслеживания. Если выбран параметр «Автоматическое фокусное расстояние», по возможности используется фокусное расстояние, требуемое для совмещения точек отслеживания. Если параметр не выбран, он интерполирует верное значение из близлежащих кадров.

Переопределяет другие параметры, если получены неудовлетворительные результаты. Если значение фокусного расстояния не соответствует желаемому фокусному расстоянию в том случае, если бы точки отслеживания фактически находились в этой конфигурации, изображение будет выглядеть нестандартно (странно наклоненным, например). Однако если известно фокусное расстояние, с которым требуется выполнить совмещение, проще всего вручную задать значение фокусного расстояния, чтобы получить корректный результат.

Эффект «Каустические кривые»

Информацию о свойствах, общих для эффектов имитации см. в разделе Общие элементы управления «Освещение» и «Материал».

Этот эффект имитирует каустические кривые — отражения света в глубине толщи воды, созданные путем рефракции света сквозь поверхность воды. Эффект «Каустические кривые» создает это отражение и создает реалистичные водные поверхности при использовании эффектов «Мир волн» и «Радиоволны».

На веб-сайте Creative COW Эран Стерн предоставляет видеоруководство, в котором демонстрируются способы использования эффекта «Каустические кривые» с эффектом «Мир волн».

Эффект «Каустические кривые» пропускает маски и альфа-каналы на том слое, к которому он применяется. Можно выполнить предварительную композицию слоя с использованием эффекта и применить к слою предварительной композиции маску. Также можно выполнить предварительную композицию слоя с маской и применить эффект к слою предварительной композиции в зависимости от желаемого результата. (См. раздел Создание предварительных композиций, вложенных композиций и предварительный рендеринг.)

Этот эффект работает с цветом 8 бит на канал.

Чтобы получить максимально реалистичные результаты от применения эффекта «Каустические кривые», следует выполнять рендеринг слоя «Дно» отдельно, с включенной функцией «Рендеринг каустических кривых» и значением «Непрозрачность поверхности», равным 0. После этого выполните предварительный рендеринг и используйте результирующий слой в качестве слоя «Дно» для другого эффекта «Каустические кривые» при выключенной функции «Рендеринг каустических кривых». С помощью этого процесса можно выполнить смещение, масштабирование или другую обработку слоя «Дно» в предварительной композиции и сымитировать, таким образом, освещение, поступающее не непосредственно сверху вниз.

Элементы управления «Снизу»

Элементы управления «Снизу» задают внешний вид нижней части толщи воды.

Задает слой в нижней части толщи воды. Этот слой представляет собой изображение, искаженное эффектом (кроме тех случаев, когда значение «Непрозрачность поверхности» равно 100 %).

Увеличивает или уменьшает размер слоя дна. Если края слоя дна видимы из-за рефракции света сквозь волны, следует увеличить масштаб нижнего слоя. Уменьшение масштаба полезно для разбиения слоя в целях создания сложной текстуры.

Задает способ разбиения на мозаику слоя дна в уменьшенном масштабе. Одновременно использует только один фрагмент мозаики, выключая разбиение в целом. Эффект «Мозаика» использует стандартный способ разбиения, который подразумевает состыковку правого края фрагмента мозаики в одном слое дна с левым краем фрагмента мозаики в другом слое дна. Этот параметр рекомендуется использовать, если слой дна содержит повторяющуюся текстуру (логотип, например), которая будет считываться определенным образом. Параметр «Зеркально отображенный» состыковывает каждый из краев фрагмента мозаики в слое дна с отраженной копией фрагмента. Этот параметр можно использовать для устранения жесткого края при состыковке двух фрагментов мозаики.

Если размер слоя отличается

Задает способ обработки слоя дна, размер которого меньше размера композиции.

Задает объем размытия, применяемый к слою дна. Чтобы увеличить резкость слоя дна, задайте для этого элемента управления значение 0. При выборе более высоких значений нижний слой выглядит размытым, особенно в местах с большей глубиной воды.

Элементы управления «Вода»

Задает слой, используемый в качестве поверхности воды. Эффект «Каустические кривые» использует яркость этого слоя как карту высоты для создания 3D-поверхности воды. Светлые пиксели имеют большую высоту, темные — меньшую. Можно использовать слой, созданный с помощью эффекта «Мир волн» или «Радиоволны». Выполните предварительную композицию слоя, прежде чем применить для него эффект «Каустические кривые».

Корректирует относительную высоту волн. При выборе более высоких значений получаются более крутые волны и более резкое смещение поверхности. При выборе более низких значений поверхность эффекта «Каустические кривые» сглаживается.

Задает округлость волн путем размытия слоя поверхности воды. При выборе высоких значений детализация удаляется. При выборе низких значений отображаются дефекты слоя поверхности воды.

Задает глубину. Незначительные пертурбации в неглубокой воде в умеренной степени искажают вид дна, однако, те же пертурбации в глубокой воде искажают вид весьма существенно.

Влияет на искривление света при прохождении через жидкость. При выборе значения 1 дно не искажается. При выборе значения по умолчанию 1,2 выполняется точная имитация воды. Чтобы добавить искажение, следует увеличить значение.

Задает цвет воды.

Определяет, какой объем слоя дна видим сквозь воду. Если требует эффект мутной воды, следует увеличить значение «Непрозрачность поверхности» и «Интенсивность света». При выборе значения 0 жидкость полностью прозрачна.

Задайте для параметра «Непрозрачность поверхности» значение 1,0, чтобы впоследствии в воде отражалось небо. Используя соответствующую карту текстуры, можно использовать этот прием для создания эффекта жидкой ртути.

Интенсивность каустических кривых

Отображает каустические кривые, скопления света на поверхности дна, вызванные линзовым эффектом волн. Этот элемент управления изменяет внешний вид всех объектов: темные точки на волнах становятся значительно темнее, а светлые — значительно светлее. Если значение для этого элемента управления не задано, эффект искажает слой дна при прохождении над ним волн, но не выполняет рендеринг эффекта освещения.

Элементы управления «Неба»

Задает слой над водой. Увеличение или уменьшение масштаба слоя неба. Если края слоя неба видимы, следует увеличить масштаб слоя. Уменьшение масштаба полезно для разбиения слоя в целях создания сложной текстуры.

Задает способ разбиения на мозаику слоя неба уменьшенного масштаба. Одновременно использует только один фрагмент мозаики, выключая разбиение в целом. Эффект «Мозаика» использует стандартный способ разбиения, который подразумевает состыковку правого края фрагмента мозаики в одном слое с левым краем фрагмента мозаики в другом слое. Этот параметр рекомендуется использовать, если слой содержит повторяющуюся текстуру (логотип, например), которая будет считываться определенным образом. Параметр «Зеркально отображенный» состыковывает каждый из краев фрагментов мозаики в слое с отраженной копией фрагмента. Этот параметр можно использовать для устранения жесткого края при состыковке двух фрагментов мозаики.

Если размер слоя отличается

Задает способ обработки слоя, размер которого меньше размера композиции. Параметр «Интенсивность» определяет непрозрачность слоя неба. Параметр «Конвергенция» определяет, насколько близко отображается слой воды, контролируя предела искажения неба волнами.

Эффект «Пена»

Этот эффект создает пузырьки, которые плывут, сцепляются и лопаются. Элементы управления используются для настройки эффектов атрибутов пузырьков (неподвижность, вязкость, срок жизни и прочность). Можно точно определить, как частицы пены взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, а также задать отдельный слой, который будет выступать в качестве карты, точно определяя место потока пены. Например, можно создать поток частиц вокруг логотипа и выполнить заливку логотипа пузырьками.

Этот эффект работает с цветом 8 бит на канал.

Также можно заменить пузырьками все изображения или фильм. Например, можно создать муравейник, стаю птиц или толпу людей.


Эффект «Пена» быстро выполняет покадровый рендеринг, однако при самых незначительных корректировках исходных настроек возможно существенное изменение вывода в имитацию на несколько секунд. При корректировке элементов управления «Физика», чем дальше вы продвинулись по имитации, тем больше времени занимает рендеринг корректировок, поскольку все корректировки приводят к перерасчету имитации до ее начала. Не для каждого кадра расчет занимает столько времени. Как только эффект «Пена» адаптируется к изменения, скорость рендеринга вновь повысится.

Элементы управления «Вид»

Отображает пузырьки, не выполняя их полный рендеринг. Режим «Черновик» позволяет быстро выполнить предпросмотр поведения пузырьков. Режим «Черновик» — единственный метод предпросмотра краев вселенной, выравнивания карты потока и расположения, ориентации и размера продюсера. Эллипсы синего цвета представляют пузырьки. Эллипс красного цвета представляет точку продюсера. Красный прямоугольник представляет вселенную пузырьков.

Черновик + схема количества краски

При выборе этого параметра отображается каркас представления «Черновой», наложенный на представление карты потока в оттенках серого.

Отображает финальный вывод анимации.

Элементы управления «Продюсер»

Элементы управления «Продюсер» задают расположение для создания пузырьков, а также скорость их создания:

Центр области, из которой могут быть произведены пузырьки.

«Размер продюсера по оси Х», «Размер продюсера по оси Y»

Скорректируйте ширину и высоту области, из которой могут быть произведены пузырьки.

Настраивает вращение (ориентацию) области, из которой могут быть произведены пузырьки. Параметр «Ориентация продюсера» не оказывает существенного влияния, если значения «Размер продюсера по оси Х» и «Размер продюсера по оси Y» совпадают.

Масштаб точки продюсера

Определяет соотнесенность точки продюсера и всех связанных с ней ключевых кадров с вселенной (параметр выбран) или с экраном (параметр не выбран) при увеличении или уменьшении масштаба. Например, если для точки продюсера выбрано расположение в верхнем левом углу слоя, после чего масштаб этого слоя уменьшен, точка продюсера остается в верхнем левом углу экрана, пока не будет выбрана команда «Масштаб точки продюсера». При выборе команды «Масштаб точки продюсера» точка перемещается вместе с вселенной при уменьшении масштаба и устанавливается ближе к центру экрана.

Определяет скорость создания пузырьков. Этот элемент управления не влияет на количество пузырьков в каждом кадре. Скорее, эта скорость представляет собой среднее число пузырьков, создаваемых раз в 30 секунд. При выборе более высоких значений генерируется больше пузырьков.

Если в одной точке отображается большое количество пузырьков в одно и то же время, некоторые из них могут лопаться. Если требуется большой объем пены, следует увеличить значения параметров «Размер продюсера по оси Х» и «Размер продюсера по оси Y», чтобы пузырьки не лопались сразу, соприкасаясь друг с другом.

Элементы управления «Пузырьки»

Задает среднее значение для зрелых пузырьков. Параметры «Отклонение размера», «Скорость роста пузырька» и «Случайное начальное число» также влияют на размер пузырька в любом конкретном кадре.

Задает диапазон возможных размеров пузырьков. Этот элемент управления использует значение «Размер» как среднее значение и создает пузырьки с размером больше среднего и меньше среднего, используя для этого заданный здесь диапазон. Например, при выборе значения «Размер» по умолчанию 0,5 и значения «Отклонение размера» по умолчанию 0,5 создаются размеры пузырьков в диапазоне от 0 до 1 (от 0,5 до – 0,5 = 0 и 0,5 + 0,5 = 1).

Задает максимальный срок жизни пузырька. Это значение не является абсолютным. Если бы оно было таковым, все пузырьки лопнули бы по истечение одинакового срока, как если бы налетели на стену. Скорее, это значение представляет собой целевой срок жизни. Некоторые пузырьки лопаются раньше, а другие могут продержаться до конца.

Скорость образования пузырьков

Определяет скорость достижения пузырьком своего полного размера. Когда пузырек выпускается из точки продюсера, он, как правило, имеет небольшой размер. Если это значение задано слишком высоким, и указана небольшая область продюсера, пузырьки лопаются при соприкосновении друг с другом, и эффект создает меньшее количество пузырьков, чем ожидается.

Определяет степень вероятности того, что пузырек лопнет до достижения лимита срока своей жизни. При уменьшении значения «Прочность» для пузырька возрастает вероятность того, что он лопнет раньше при воздействии таких факторов, как ветер и карты потока. Выбор более низких значений оптимален для мыльных пузырей. Высокие значения рекомендуется выбирать для анимации объектов по типу «стая».

Выберите малое значение и задайте высокое значение «Скорость всплывания», чтобы создать цепную реакцию лопающихся пузырьков.

Элементы управления «Физика»

Элементы управления «Физика» определяют движение и поведение пузырьков:

Задает скорость пузырька при выходе его из точки продюсера. На эту скорость влияют другие параметры «Физика».

Низкие значения исходной скорости в сочетании со значением размера продюсера по умолчанию существенно влияют на результаты, так как пузырьки отталкиваются друг от друга. Чтобы обеспечить дополнительный контроль исходной скорости, следует увеличить значения «Размер продюсера по оси Х» и «Размер продюсера по оси Y»

Задает исходное направление, в котором движется пузырек после выхода из точки продюсера. Остальные пузырьки и другие элементы управления «Физика» также влияют на направление.

Задает скорость ветра, который подталкивает пузырьки в направлении, заданном значением «Направление ветра».

Задает направление, в котором смещаются пузырьки. Примените анимацию для этого элемента управления, чтобы создать эффекты турбулентных потоков ветра. Ветер влияет на пузырьки, если значение скорости ветра больше 0.

Применяет незначительное произвольное усилие к пузырькам, вызывая их хаотическое перемещение.

Произвольно изменяет форму пузырька с идеально округлой на более естественную эллиптическую.

Определяет, будут ли пузырьки отталкиваться друг от друга, слипаться друг с другом или проходить сквозь друг друга. При выборе значения 0 пузырьки не сталкиваются, а проходят сквозь друг друга. Чем выше значение «Отталкивание», тем больше вероятность, что пузырьки будут взаимодействовать друг с другом при столкновении.

Определяет, как лопающиеся пузырьки влияют друг на друга. Лопающийся пузырек влияет на остальные пузырьки вокруг него, оставляя после себя отверстие, которое могут заполнять пузырьки, отталкивая остальные пузырьки или вынуждая их лопаться. Чем выше это значение, тем больше лопающиеся пузырьки влияют на остальные пузырьки.

Задает скорость замедления пузырьков после выхода из точки продюсера и контролирует скорость потока пузырьков. Высокое значение вязкости создает сопротивление по мере отдаления пузырьков от точки продюсера, из-за чего их движение замедляется. Если установлено достаточно высокое значение вязкости, движение пузырьков останавливается. Чем выше плотность вещества, тем выше значение вязкости. Например, чтобы создать эффект перемещения пузырьков в масле, следует задать относительно высокое значение вязкости, чтобы обеспечить достаточное сопротивление при перемещении пузырьков. Чтобы создать эффект пузырьков, плывущих в воздухе, необходимо выбрать относительно низкое значение вязкости.

Вынуждает пузырьки сцепляться друг с другом, что делает их менее подверженными действию остальных элементов управления «Физика» (например, «Направление ветра»). Чем выше значение «Неподвижность», тем более вероятно, что пузырьки будут формировать кластеры. Используйте значения «Неподвижность» и «Вязкость» для формирования кластера пузырьков.

Элементы управления «Масштаб» и «Размер вселенной»

Увеличивает или уменьшает масштаб центра вселенной пузырьков. Чтобы создать крупные пузырьки, необходимо увеличить значение «Масштаб», а не значение «Размер», так как большие размеры пузырьков могут быть нестабильными.

Задает границы вселенной пузырьков. После того как пузырьки полностью покинут вселенную, они лопаются и исчезают навсегда. По умолчанию вселенная имеет размер слоя. При выборе значений больше 1 создается вселенная, которая растягивается за пределы границ слоя. Используйте более высокие значения, чтобы заставить пузырьки заходить с внешней стороны кадра, или предоставить возможность уменьшения масштаба и возврата пузырьков в изображение. При выборе значения меньше 1 выполняется обрезка пузырьков до достижения ими края слоя. Например, чтобы поместить пузырьки в определенную область (например, внутрь фигуры маски), следует задать значение «Размер вселенной» немного больше, чем размер маски, чтобы удалить все лишние пузырьки и ускорить процедуру рендеринга.

Элементы управления «Рендеринг»

Элементы управления «Рендеринг» задают внешний вид пузырьков, включая текстуру и отражение:

Задает относительную прозрачность пузырьков при их пересечении. Параметр «Прозрачный» выполняет плавное смешение пузырьков друг с другом, из-за чего пузырьки просматриваются сквозь друг друга. Параметр «Предыдущий сплошной наверху» отображает следующий пузырек под предыдущим и устраняет его прозрачность. Этот параметр используется для имитации пузырьков, плывущих в направлении зрителя. Параметр «Следующий сплошной наверху» отображает следующие пузырьки поверх предыдущих и также устраняет прозрачность. Этот параметр используется для создания эффекта скатывания пузырьков вниз по склону.

Задает текстуру пузырька. Используйте предварительно заданную текстуру или создайте собственную. Чтобы просмотреть текстуру, убедитесь в том, что для параметра «Вид» задано значение «После рендеринга». Чтобы создать собственную текстуру, выберите «Определяется пользователем» и в меню «Слой текстуры пузырьков» выберите слой, который будет использоваться как пузырек.

Предварительно заданные текстуры пузырька представляют собой изображения 64 x 64 предварительного рендеринга. При увеличении масштаба до значения выше 64×64 пузырек выглядит размытым. Чтобы избежать этого эффекта размытости, следует использовать настраиваемый пузырек с более высоким разрешением.

Текстурный слой «Пузырьки»

Задает слой, который требуется использовать как изображение пузырька. Чтобы использовать этот элемент управления, выберите параметр «Определяется пользователем» в меню «Текстура пузырька». Чтобы этот слой отображался только как пузырек, установите переключатель видео для слоя на панели «Таймлайн» в положение «Выкл.».

Можно использовать любой тип файла, который поддерживается в After Effects. Если планируется увеличение масштаба или использование больших размеров пузырька, во избежание размытия убедитесь в том, что слой имеет достаточно высокое разрешение. Следует помнить, что элемент не обязательно должен быть стандартным пузырьком. Можно создавать кровяные клетки, морских звезд, насекомых, космических пришельцев и летающих обезьянок. Если этот слой находится в композиции, он может быть пузырьком.

Определяет направление вращения пузырька. Параметр «Фиксированный» выпускает пузырьки из продюсера правой стороной вверх и сохраняет такое положение. Этот элемент управления используется в том случае, если пузырек содержит встроенные светлые области и тени, как все предварительно определенные пузырьки. Параметр «Физическая ориентация» ударяет и перекручивает пузырьки, создавая, таким образом, эффект хаотического движения. Параметр «Скорость пузырька» разворачивает пузырек в направлении движения. Эту настройку, в частности, рекомендуется использовать для анимаций по типу «стая».

Задает слой, который отражается в пузырьках. Если требуется использовать этот слой только для отражения, установите переключатель видео для слоя в положение «Выкл.».

Определяет объем отражения выбранной схемы среды в пузырьках. Чем более высокое выбрано значение, тем больше отражение заслоняет собой исходную текстуру пузырька. Отражения отображаются только на непрозрачных пикселях, поэтому пузырьки с высоким объемом непрозрачности (например, шаблон настроек «Брызги») не обладают большой отражающей способностью.

Определяет объем искажения схемы среды при ее совмещении с пузырьками. При выборе значения 0 плоскость схемы проецируется поверх всех пузырьков в сцене. По мере увеличения значения отражение искажается в соответствии со сферической формой каждого пузырька.

Элементы управления «Карта потока»

Элементы управления «Карта потока» задают карту, которой следует поток пены:

Схема количества краски

Задает слой, используемый для управления направлением и скоростью движения пузырьков. Используйте слой неподвижного изображения. При выборе фильма в качестве слоя карты потока используется только первый кадр. Схема количества краски представляет собой карту высоты, основанную на значении яркости: «Белый» — высокое значение, «Черный» — низкое. Значение «Белый» не является бесконечно увеличиваемым. При достаточно быстром прохождении пузырька он может проскакивать белые препятствия. Убедитесь в том, что к карте применено легкое размытие. Из-за резких краев могут возникать непредвиденные результаты. Например, чтобы пузыри пролетали через каньон, необходимо создать карту потока с белым ободком каньона, черным каньоном и размытыми серыми стенками. Используйте ветер, чтобы сместить пузырьки в выбранном направлении потока, и стенки каньона, в которые их требуется включить. Также можно использовать плавный градиент на дне каньона, чтобы контролировать направление потока.

Если пузырьки не соответствуют карте, используйте элемент управления «Имитация». Кроме того, попробуйте применить легкое размытие к карте потока, чтобы обеспечить отсутствие чрезмерно резких краев.

Крутизна схемы количества краски

Определяет разницу между белым и черным при использовании этих цветов для определения крутизны. При случайном рикошете пузырьков от карты потока следует уменьшить это значение.

Подгонка схемы количества краски

Определяет соотнесенность карты потока со слоем или с вселенной. Карта потока изменяет свой размер в соответствии с любыми заданными значениями. Рекомендуется использовать этот элемент управления для увеличения вселенной, и при этом карта потока разрабатывается для конкретного слоя; или чтобы создавать пузырьки за пределами кадра и воздействовать на них картой потока по мере попадания в кадр.

Повышает точность и, следовательно, реалистичность имитации. Однако чем выше это значение, тем больше времени занимает рендеринг композиции. Параметр «Нормальное», как правило, обеспечивает качественный результат и требует меньше всего времени для рендеринга. При выборе параметра «Высокое» обеспечиваются более качественные результаты, однако время рендеринга увеличивается. Параметр «Интенсивный» увеличивает время рендеринга, но при этом обеспечивает наиболее предсказуемое поведение пузырьков. Используйте этот параметр, если пузырьки не соответствуют карте потока. Это зачастую позволяет устранить проблемы, связанные с ошибочным поведением, которые могут возникать в отношении мелких пузырьков, пузырьков, движущихся с высокой скоростью, и крутых уклонов.

Эффект «Площадка для частиц»

Эффект «Площадка для частиц» позволяет применять анимацию к большому числу сходных объектов (например, пчелиный улей или метель). Используйте инструмент «Пушка», чтобы создать поток частиц, исходящих из отдельной точки в слое, или используйте инструмент «Сетка» для создания плоскости частиц. Параметры «Разбиение слоя на составные части» и «Разбиение частицы на составные части» можно использовать для создания новых частиц из существующих слоев или частиц. На одном слое можно использовать любые комбинации инструментов создания частиц.

На веб-сайте omino Дэвид Ван Бринк предоставляет пошаговое видеоруководство и загружаемый пример проекта, в котором демонстрируется ряд доступных операций с помощью эффекта «Площадка для частиц», включая способы использования инструмента сопоставления свойств без данных «Кинетическое трение».

На веб-сайте Videomaker Брайан Петерсон представляет руководство, в котором демонстрируется использование эффекта «Площадка для частиц» для создания стаи птиц.

Этот эффект работает с цветом 8 бит на канал.

Начните с создания потока или плоскости частиц или с разбиения существующего слоя на частицы. После получения слоя частиц можно определить их свойства (например, скорость, размер и цвет). Можно заменить точечные частицы по умолчанию на изображения из существующего слоя, чтобы создать, например, метель полностью из одного слоя снежинки. Также можно использовать текстовые символы в качестве частиц. Например, можно пропустить слова по экрану или создать море текста, в котором несколько букв меняют свой цвет, создавая сообщение.

Используйте инструменты «Пушка», «Сетка», «Разбиение слоя на составные части» и «Разбиение частицы на составные части». Используйте элементы управления «Карта слоя», чтобы задать слой вместо каждой из точечных частиц по умолчанию. Используйте элементы управления «Гравитация», «Отталкивание» и «Стена», чтобы определить общее поведение частиц. Используйте элементы управления «Инструмент сопоставления свойств» для определения свойств частиц. Используйте инструмент «Параметры», чтобы задать параметры, включая параметры замены точек текстовыми символами.

Ввиду сложности эффекта «Площадка для частиц» для вычислений, предпросмотра и рендеринга может потребоваться много времени.

Использование эффекта «Площадка для частиц»

Эффект «Площадка для частиц» выполняет рендеринг со сглаживанием, если для слоя, к которому он применяется, настроено качество «Наилучшее». Этот эффект также применяет размытие движущихся частиц в движении, когда и переключатель слоя «Размытие в движении», и переключатель композиции «Включить размытие в движении» установлены в положение «Вкл.».


Если слой используется как источник частиц, эффект «Площадка для частиц» игнорирует все изменения, внесенные в этот слой в рамках данной композиции (например, изменение значений «Положение»). Вместо этого эффект использует слой в его исходном состоянии. Чтобы сохранить изменения для слоя при выборе его в качестве источника частиц, следует выполнить предварительную композицию слоя и использовать слой предварительной композиции как слой управления. (См. раздел Составные эффекты и слои управления.)

Содержимое частицы и генераторы частиц

Эффект «Площадка для частиц» может создавать три типа частиц: точки, слой или текстовые символы. Можно задать только один тип частиц для каждого генератора частиц.

Создание частиц с использованием инструментов «Пушка», «Сетка», «Разбиение слоя на составные части» и «Разбиение частицы на составные части». Инструмент «Сетка» создает частицы в организованном формате четки с прямыми строками и столбцами. Инструменты разбиения создают частицы в произвольном порядке, как, например, искры от костра.

Генераторы частиц задают атрибуты частиц в момент их создания. После создания на поведение частиц влияют элементы управления «Гравитация», «Отталкивание», «Стена», «Разбиение» и «Сопоставление свойств». Например, если требуется закрепление частиц на пересечениях сетки, можно использовать параметр «Статическое трение» в инструменте сопоставления постоянный свойств, чтобы удержать частицы на месте. В противном случае частицы сразу после создания начинают удаляться от исходных расположений на сетке.

Элементы управления «Пушка»

Инструмент «Пушка» по умолчанию включен. Чтобы использовать другой метод создания частиц, необходимо сначала отключить инструмент «Пушка», установив значение «Частиц в секунду» равным нулю. Инструмент «Пушка» используется для создания частиц в непрерывном потоке.

Определяет координаты (X, Y), из которых создаются частицы.

Задает размер радиуса цилиндра для инструмента «Пушка». Отрицательные значения создают круглый цилиндр, а положительные значения — квадратный цилиндр. Для узконаправленного источника (например, бластер) следует задать низкое значение. Для широконаправленного источника (стая рыб, например) укажите высокое значение.

Мастер Йода рекомендует:  Стратегии построения бренда компаний, предлагающих профессиональные услуги

Задает частоту создания частиц. При выборе значения 0 частицы не создаются. При выборе высокого значения увеличивается плотность потока частиц. Если непрерывная работа инструмента «Пушка» не требуется, задайте ключевые кадры для этого элемента управления таким образом, чтобы значение было равно 0 тогда, когда создавать частицы не требуется.

Задает угол, при котором выстреливаются частица.

Распространение в произвольном направлении

Задает объем произвольного отклонения направления каждой из частиц от направления пушки. Например, при указании разброса в 10 градусов частицы выстреливаются в произвольных направлениях в пределах +/–5° от направления пушки. Для узконаправленного сфокусированного потока (например, бластер) задайте низкое значение. Для быстро расширяющегося источника задайте высокое значение. Можно задать значение до 360°.

Задает начальную скорость частиц (в пикселях в секунду) по мере их выхода из пушки.

Распространение с произвольной скоростью

Задает объем произвольной скорости частиц. Более высокое значение дает большую вариативность скорости частиц. Например, если значение «Скорость» задано равным 20, а значение «Распространение с произвольной скоростью» — равным 10, частицы выходят из пушки на скорости в пределах 15-25 пикселей в секунду.

Задает цвет точек или текстовых символов. Этот элемент управления не действует, если в качестве источника частиц используется слой.

Задает радиус точек (в пикселях) или размер текстовых символов (в точках). Этот элемент управления не действует, если в качестве источника частиц используется слой.

Элементы управления «Сетка»

Инструмент «Сетка» создает непрерывную плоскость частиц из набора пересечений сетки. Движение частиц сетки полностью определяется настройками «Гравитация», «Отталкивание», «Стена» и «Сопоставление свойств». По умолчанию элемент управления «Сила» параметра «Гравитация» активен, поэтому частицы сетки движутся в направлении нижней части кадра.

При использовании инструмента «Сетка» новая частица отображается в каждом кадре на каждом пересечении сетки. Скорректировать это значение частоты нельзя, однако, если требуется отключить инструмент «Сетка» или запретить ему создавать частицы в указанное время, настройте для элемента управления «Радиус частицы/Размер шрифта» значение 0 или используйте ключевые кадры для анимации значения элементов управления «Частицы по диагонали» или «Частицы вниз». Чтобы увеличить число частиц, отображаемый в каждом кадре, следует увеличить значения параметров «Частицы по диагонали» и «Частицы вниз».

По умолчанию инструмент «Пушка» включен, а инструмент «Сетка» отключен. Если используется инструмент «Сетка» и требуется запретить инструменту «Пушка» создавать частицы, необходимо отключить инструмент «Пушка», настроив для параметра «Частиц в секунду» значение 0.

Определяет координаты (X, Y) центра сетки. Если создается частица сетки, она центрируется по пересечению сетки независимо от того, является ли частица точкой, слоем или текстовым символом. Если в качестве частиц используются текстовые символы, параметр «Использовать сетку» в диалоговом окне «Редактирование текста сетки» включен по умолчанию, помещая каждый символ в свое собственное пересечение сетки, поэтому стандартный межбуквенный интервал, межсловный пробел и кернинг не применяются. Если требуется отображение текстовых символов в расположении сетки со стандартным интервалом, следует использовать выравнивание текста, а не параметр «Использовать сетку».

Задайте размеры сетки (в пикселях).

«Частицы по диагонали», «Частицы вниз»

Задайте число частиц для распределения по горизонтали и по вертикали по области сетки. Частицы создаются только при выборе значения 1 или выше.

Если элементы «Ширина», «Высота», «Частицы по диагонали» и «Частицы вниз» недоступны, это означает, что параметр «Использовать сетку» в диалоговом окне «Редактировать текст сетки» был отключен.

Задает цвет точек или текстовых символов. Этот элемент управления не действует, если в качестве источника частиц используется слой.

«Радиус частицы/размер шрифта»

Задает радиус точек (в пикселях) или размер текстовых символов (в точках). Этот элемент управления не действует, если в качестве источника частиц используется слой.

«Разбиение слоя на составные части» и «Разбиение частицы на составные части»

Инструмент «Разбиение слоя на составные части» выполняет разбиение слоя на новые частицы, а инструмент «Разбиение частицы на составные части» выполняет разбиение частицы на еще большее количество новых частиц. Кроме эффектов разбиения, инструменты разбиения обеспечивают также имитацию фейерверков или быстрое увеличение количества частиц.

Используйте следующие рекомендации для управления частицами, полученными в результате разбиения:

Выполнено одно разбиение слоя для каждого кадра. По умолчанию, в результате создается непрерывный поток частиц на всей протяженности композиции. Если требуется запустить или остановить разбиение слоя, следует применить анимацию элемента управления «Радиус новых частиц», используя для этого ключевые кадры, чтобы значение было нулевым тогда, когда не требуется создавать частицы.

Если источником слоя является вложенная композиция, можно задать другие значения непрозрачности или точек входа и выхода для слоев в рамках вложенной композиции, чтобы сделать слой с разбиением прозрачным в различных точках времени. Инструмент разбиения слоя не создает частицы в тех точках, где источник слоя является прозрачным.

Чтобы изменить положение слоя с разбиением следует выполнить предварительную композицию слоя с учетом его нового расположения (используйте параметр «Переместить все атрибуты в новую композицию»), после чего использовать слой предварительной композиции в качестве слоя с разбиением.

При разбиении частиц новые частицы наследуют расположение, скорость, прозрачность, масштаб и вращение исходных частиц.

После разбиения слоев или частиц элементы управления «Гравитация», «Отталкивание», «Стена» и «Сопоставление свойств» определяют движение частиц.

Некоторые параметры сопоставления постоянных свойств и свойств без данных могут обеспечить наиболее реалистичный результат разбиения. Например, можно изменить параметр «Непрозрачность», чтобы обеспечить затухание результирующих частиц, или изменить каналы цвета «Красный», «Зеленый» и «Синий», чтобы заставить результирующие частицы изменять цвет по мере их видимого остывания.

Разбиение слоя на составные части

(Только инструмент «Разбиение слоя на составные части») Задает слой, для которого требуется выполнить разбиение. Чтобы видео перестало отображаться в момент отображения частиц, необходимо отключить видео для слоя или выполнить обрезку точки выхода слоя.

Радиус новых частиц

Задает радиус частиц, полученных в результате разбиения. Это значение должно быть меньше значения радиуса исходного слоя или частицы.

Задает максимальную скорость (в пикселях в секунду) диапазона, в пределах которого эффект «Площадка для частиц» изменяет скорость результирующих частиц. При выборе более высоких значений создается более рассеянное или «облачное» разбиение. При выборе более низких значений новые частицы удерживаются ближе друг к другу, и частицы с разбиением могут напоминать ореол или взрывную волную.

Определяет, на какие частицы действуют инструменты «Разбиение слоя на составные части» и «Разбиение частицы на составные части».

Элементы управления «Карта слоя»

По умолчанию инструменты «Пушка», «Сетка», «Разбиение слоя на составные части» и «Разбиение частицы на составные части» создают точечные частицы. Чтобы заменить точки на слой в композиции, следует использовать элемент управления «Карта слоя». Например, если в качестве слоя источника частиц используется фильм, содержащий один взмах крыла птицы, After Effects заменяет все точки экземпляром этого фильма, создавая стаю птиц. Слоем источника частиц может быть неподвижное изображение, сплошной элемент или вложенная композиция After Effects.

Многокадровый слой — любой слой, содержащий источник, изменяемый во времени (например, фильм или композиция). При сопоставлении новых частиц многокадровому слою следует использовать элемент управления «Тип смещения по времени», чтобы задать способ использовать кадров в слое. Например, для сопоставления неизменяемого изображения частице используется значение «Абсолютный»; для сопоставления анимации последовательности кадров частице — значение «Относительный». Можно распределить значения «Абсолютный» и «Относительный» в произвольном порядке по частицам.

При выборе слоя для параметра «Карта слоя», эффект «Площадка для частиц» игнорирует все изменения, внесенные в этот слой в рамках данной композиции. Вместо этого эффект использует слой в его исходном состоянии. Чтобы сохранить трансформирования, эффекты, маски, параметры растеризации, выражения или изменения ключевых кадров для слоя, который используется как источник частиц, следует выполнить его предварительную композицию.

Задает слой, который требуется использовать как частицы.

Тип смещения по времени

Задает способ использования кадров в многокадровом слое. Например, если используется слой, содержащий фильм взмаха птичьих крыльев, и выбрано значение «Относительный» для параметра «Тип смещения по времени» со значением смещения 0, взмахи крыльев для всех экземпляров птицы будут синхронизированы. Это выглядит реалистично для марширующего отряда, но не для стаи птиц. Чтобы каждая из птиц начинала взмах крыльями в различных кадрах слоя, используется значение «Относительное произвольное».

Начинает воспроизведение слоя в кадре с учетом заданного значения параметра «Смещение по времени» относительно текущего времени слоя эффекта, а затем поэтапно продвигается к текущему времени в слое эффекта «Площадка для частиц». Если значение параметра «Смещение по времени» задано равным 0, все частицы отображают кадр, соответствующий текущему времени слоя эффекта. При выборе значения параметра «Смещение по времени» 0,1 (и для композиции задана кадровая частота 30 кадр/с), каждая новая частица отображает кадр продолжительностью 0,1 с после предыдущего кадра частицы. Независимо от заданного значения смещения по времени первая частица всегда отображает кадр исходного слоя, соответствующий текущему времени слоя эффекта.

Отображает кадр из слоя с учетом заданного значения смещения по времени независимо от текущего времени. Выберите значение «Абсолютный», если частица должна отображать один и тот же кадр многокадрового исходного слоя на протяжении всего срока жизни вместо того, чтобы циклически обрабатывать различные кадры по мере продвижения слоя эффекта во времени. Например, если выбрано значение «Абсолютный» и для параметра «Смещение по времени» задано значение 0, каждая частица отображает первый кадр исходного слоя на протяжении всего срока жизни. Чтобы отобразить кадр, отличный от первого кадра, следует перемещать слой назад во времени до тех пор, пока кадр, который требуется отобразить, не будет соответствовать точке входа слоя эффекта «Площадка для частиц». Если значение смещения по времени задано равным 0,1, например, то каждая новая частица отображает кадр продолжительностью 0,1 с после кадра предыдущей частицы (или каждого третьего кадра анимации с кадровой частотой 30 кадр/с).

Начинает воспроизведение слоя с кадра, выбранного произвольно, в пределах диапазона между текущим временем слоя эффекта и заданным значением «Произвольное макс. время». Например, при выборе значения «Относительное произвольное» и выборе значения параметра «Произвольное макс. время» 1 каждая частица воспроизводится с выбранного произвольно кадра слоя в диапазоне от текущего времени и времени на 1 секунду позднее текущего. Если, с другой стороны, указано отрицательное значение произвольного максимального времени -1, значение «Произвольное макс. значение» устанавливается раньше текущего времени, чтобы перемещать диапазон, в пределах которого начинается воспроизведение новых частиц, вместе с перемещением текущего времени. Тем не менее, диапазон всегда расположен между текущим временем и временем на одну секунду раньше текущего.

Принимает произвольный кадр из слоя, используя значение времени в диапазоне от 0 до заданного значения «Произвольное макс. время». Выберите значение «Абсолютный произвольный», если требуется, чтобы частицы представляла различные отдельные кадры в многокадровом слое. Например, если выбрано значение «Абсолютный произвольный», и значение параметра «Произвольное макс. время» задано равным 1, все частица отображают кадр слоя от произвольного значения времени в диапазоне от 0 до 1 секунды в протяженности слоя.

Смещение по времени

Задает кадр, с которого начинается воспроизведение последовательных кадров из слоя.

Waves — волна под курсором

Эффекты при клике не столь популярны как hover effects, однако, сегодня мой взор упал на плагин под названием waves.

Название, как вы уже наверно догадались, говорящее, а значит: картинку мы получим в виде волны. Собственно, той самой концентрической волны, а в простом варианте – темной окружности, которая возникает, если потыкать пальцем в монитор (поверьте на слово – отпечатки жирных пальцев потом крайне проблематично стираются!). К сожалению эффект не реалистичен на 100%: в реальности мы увидим некий дребезг, а на старых мониторах ещё и радужное размытие.

Наш плагин waves в этом плане слегка упрощен, но эффект клика нажатия на кнопку получается весьма необычным. Физика явления концентрических волн соблюдена, и мы видим плавно расходящуюся окружность от точки клика.

К слову говоря, эффекты при клике довольно редкое явление, которое можно увидеть на сайтах, но если вы делаете сайт полностью ориентированный на ajax, то waves — вам пригодится. Плагин написан полностью на JavaScript и не требует подключения сторонних библиотек.

Waves можно применить как на кнопках, так и на картинках, и на блоках div, и на иконках. Как данный эффект работает — предлагаю ознакомиться в материалах демо, прикреплённых к этой статье. Думаю весьма интересно и красиво.

Приступая к работе, подключаем файлы стилей и самого скрипта.

Теперь мы его проинициализируем сразу же после загрузки страницы, делается это вызовам метода init() у объекта waves, в маем случае я добавлю в head HTML страницы такие строчки:

Добавляем HTML разметку кнопок:

И за разметкой добавляем скрипт, который будет навешивать нужный нам эффект:

Навешивание эффектов при клике происходит довольно просто. Для этого мы должны воспользоваться другим методам объекта waves attach(), в него передаётся два параметра:

  1. Указываем, на что навешиваем скрипт;
  2. Массив с классами, обеспечивающими эффект.


Подробнее об втором пункте (эффекты, которые есть у плагина):

  • waves-button – в стиле полу округлённого блока;
  • waves-float – обеспечивает плавное появление;
  • waves-circle – в стиле округлённого блока;
  • waves-block – в стиле стандартного блока.

Если вам не хватило стилей, то без проблем можно дописать нужный вариант и добивать его в массив второго параметра метода attach(). Плагин довольно гибкий в этом плане.

При инициализации плагина можно указать его настройки, их всего две: время волны при клике — duration и время задержки этого эффекта — delay.

Эффект в виде волны

Этот материал родился в процессе попыток разобраться с ручками регулировок на многочисленных приборах формирования и обработки гитарного звука. Хотелось какой-то осмысленности и понимания в тех процессах, что происходят с сигналом гитары. Поэтому пришлось окунуться в теорию, накушавшись каких-то знаний. Ясное дело, на какую-то глобальную истину все нижеизложенное не претендует и является частным случаем взглядов определенного человека в какой-то период жизни.

1829–1833 The Great Wave off Kanagawa (by Katsushika Hokusai)

Все в понимании этих процессов завязано на том, что звук, который мы слышим — это волна. Ну или синусоида. Есть какая-то нулевая ось, относительно которой происходят колебания. В чем-то этот процесс похож на колебания гитарной струны. Все звуки делятся на два типа: наши и враги музыкальные и немузыкальные (шумы). У них разные волны. В случае с музыкальным звуками волна имеет определенную переодичность колебания (с регулярной частотой), а у шумов волна представляет из себя хаос. Разумеется, в том, что мы слышим, постоянно намешано и музыкальных звуков и шума в разных пропорциях.

Волна музыкального звука и волна курильщика шума

Самый первый параметр звуковой волны — это амплитуда (Amplitude), то есть высота волны относительно нулевой оси. Амплитуда отображает такое свойство как громкость звука. Чем она больше, тем выше громкость и соответственно, наоборот.

Соответственно, если у нас сигнал затихает, то его амплитуда уменьшается, если сигнал, наоборот, нарастает, то его амплитуда растет.

Амплитуда затихающего сигнала

Разница между громкими и тихими звуками (амплитудами самой большой и самой маленькой) — это динамика, или динамический дипазон. Разные музыканты, разные инструменты, разные стили музыки и художественные задумки подразумевают потребность в разной динамике. Обычно в классической музыке динамика относительно большая, а, например, в хэви метал, наоборот, все достаточно ровно.

    Если говорить о динамике в гитарном роке, то ее хорошо можно услышать на примере игры Jimmy Page в песне Led Zeppelin “Since I’ve Been Loving You”. Полная противоположность по части динамики — гитарная партия Andy Summers в треке Police “Every Breath You Take”.

Тремоло (оно же амплитудное вибрато) — пульсирующий эффект основанный на колебаниях громкости сигнала (то есть на скачках амплитуды).

Также термином “тремоло” называют прием игры, когда ты часто извлекаешь одну и ту же ноту (например, переменным штрихом медиатором). В балалайке или мандолине (у которых очень мало сустейна) это, вообще, очень часто используемый прием. И этот прием обеспечивает одноименный звуковой эффект, поскольку ты вроде как слышишь одну ноту, но у нее постоянно скачет громкость от ударов медиатором (если речь о гитаре или мандолине).

    Классический пример исполнения тремоло на электрогитаре в песне Dick Dale “Misirlou” из знаменитого тарантиновского фильма “Криминальное Чтиво”.

Компрессор — это прибор, который работает с динамикой звучания (динамическая обработка), регулируя амплитуду аппаратным методом. Громкие звуки делаются тише, а тихие, наоборот, громче. В результате звук становится ровнее и динамика убивается, но зато появляется сустейн. Нужно это совсем не каждому музыканту, и подходит не для любой музыки. Хотя если у вас очень неровное звукоизвлечение (допустим, при игре пассажа на основе гаммы, все ноты получаются разной громкости), то компрессор способен это замаскировать.

Необработанный сигнал; скомпрессированный; скомпрессированный с выделенной атакой.

В результате работы компрессора у звука гитары могут более ярко проявится такие вещи как атака и сустейн. Обычно звуковой сигнал извлекаемой на гитаре ноты устроен таким образом: сначала после удара медиатором идет самое громкое значение амплитуды (пик), а потом сигнал постепенно затихает, стремясь к тишине. Посредством компрессии вы поднимаете громкость затухающих участков и сигнал не так быстро стремится к тишине и не так явно — он начинает длится дольше — это и есть сустейн. А атака создается за счет разницы между изначальным пиковым значением и последующим скомпрессированным. То есть компрессор не всегда срабатывает моментально, и иногда у вас есть какое-то время между тем как вы извлекли звук и компрессор начал его обрабатывать.

    Пример работы компрессора — гитарный звук John Frusciante в песне Red Hot Chili Peppers “Under The Bridge”.

Каждая звуковая волна имеет свою частоту колебаний (Frequency). Под частотой понимают количество колебаний волны за единицу времени.

Низкая частота и высокая частота

Частоту измеряют в герцах. 1 Гц — это одно колебание в секунду. Соответственно, 10 Гц — это десять колебаний в секунду и т.д.

На звуковой аппаратуре часто указывают диапазон частот, которые она воспроизводит. Например, наушники AKG Q701 имеют частотный диапазон от 10 до 39.800 Гц. Но человеческий слух, слышит не все существующие звуки. Обычно, это диапазон от 16 до 20.000 Гц, хотя, конечно, у разных людей слух развит по-разному.

Звуки, которые человек не слышит — это ультразвук (он выше предела слышимого) и инфразвук (ниже предела). То, что человек их не слышит — совсем не значит, что они не могут оказывать на него воздействие, поскольку волны и вибрации идут сквозь пространство. Некоторые мерзкие твари животные, кстати, какие-то из таких звуков слышат, и даже издают.

От частоты напрямую зависит высота звука. Низкая частота — это низы (они же басы), а высокая частота — это верхи. Соответственно, каждая нота имеет определенную частоту колебаний. В частности, Ля первой октавы — это 440 Гц.

Вибрато (оно же частотное вибрато) — это эффект, суть которого в периодическом изменении высоты звука (ниже/выше/ниже/выше). То есть меняется частота колебаний волны.

Вибрато можно осуществлять как педалями, так и руками (пальцевое вибрато, вибрато рычагом бриджа). А еще можно быстро крутить колок туда-сюда.

Суть этого эффекта в том, чтобы дублировать изначальный звуковой сигнал и внести в копию изменение частоты колебаний. После этого копия немного (на миллисекунды) сдвигается относительно оригинального сигнала по времени. В результате вы слышите что-то имитирующее эффект игры на двух гитарах. Инструменты невозможно идеально отстроить относительно друг друга и поэтому они не сливаются в одно единое целое, и вы можете слышать, что это две гитары (хор).

    Одним из самых больших фанатов хоруса является Andy Summers времен его работы в группе The Police.

Чистый звук совсем не случайно называют чистым. Потому что как правило, большинство звуков совсем не чистые. Подавляющая часть того, что мы слышим, даже если речь идет об одной ноте того или иного инструмента — это сложные звуки, в которых намешано в разных пропорциях много разных звуковых волн с разной частотой. Весь этот микс (количество, частоты и громкости) разных волн в одном звуке называется звуковым спектром и он же тембр.

Если говорить о более менее чистом звуке — то это камертон, или натуральный флажолет на 12-ом ладу первой струны. В музыке как правило кристально чистый звук никому не нужен. Иначе бы все инструменты звучали одним тембром — мертвым и никак неокрашенным.

Понятие звукового спектра является фундаментальным. Именно спектр (смесь частот в разных пропорциях) определяет изначальный тембр того или иного инструмента. Безусловно на колебания струны и формирование спектра/тембра (помимо самой струны с ее материалами, степенью износа, конструкцией, калибром и др.) влияет как сам инструмент (конструкция и материалы), так и то, как вы извлекаете звук (пальцы, тот или иной медиатор, технические приемы и т.д.). Струна колеблется (во всех отношениях и смыслах) по разному.

Звуковой спектр в звуках музыкальных инструментов состоит из основного тона и обертонов (то есть звуков, которые которые выше основного тона у них больше частота колебаний волны).

    Если частоту основного тона поделить на частоту обертона и у вас получится целое число (без знаков после запятой), то такой обертон называется гармоникой (гармонический обертон). Например, если взять за основной тон Ля 440 Гц, то он сам будет являться первой гармоникой (440/440=1), а обертон 220 Гц — второй гармоникой (440/220=2), обертон 110 Гц — четвертой гармоникой (440/110=4) и т.д. При этом все эти гармоники будут нотами Ля, но в разных октавах.

Абсолютно чистого звука электрогитары не существует. Изначально вся идея электрогитары состоит в том, чтобы бухнуть и громкость на максимум взять приблизительно чистый звук (послушайте, как звучит электрогитара без подключения) и набить его обертонами (гармониками и негармониками) и сделать из него целый спектр. Именно этим занимаются звукосниматели, усилители, кабинеты и разного рода эффекты обработки звука.

    Чем-то похожим увлекаются в McDonald’s — берут котлету в качестве основного тона и накладывают вокруг котлеты обертонов в виде хлеба, овощей, сыра, бекона, соуса. И все становится типа вкуснее.

И именно в этом заключена суть гитарного перегруза — намешать море других призвуков как дополнение к основному звуку. Поэтому на очень сильном перегрузе часто даже невозможно разобрать, что за ноты там играются. И если вы играете с перегрузом, то, разумеется, извлекая звук на одной струне вы более разборчиво звучите нежели при извлечении звука сразу из нескольких струн, поскольку в таком случае у вас увеличивается количество обертонов, которые наслаиваются друг на друга и зачастую мешают друг другу.

Также нужно отметить, что поскольку обертона всегда выше основного тона, то на низких струнах вы слышите больше обертонов, то есть при одинаковом уровне гейна, например, шестая и пятая струны перегружаются сильнее и звучат грязнее нежели первая или вторая.

Еще один момент в чистом/грязном звуке разных струн — это обмотка (оплетка) струн. Как правило, первые три струны идут без обмотки, а с четвертой по шестую — струны с обмоткой. (Хотя в джазе часто встречается и третья с обмоткой.) Струны без обмотки звучат чище, в них меньше обертонов, можно сказать, что их тембр — беднее.

Сам по себе перегруз (от английского overdrive) подразумевает искажения исходного сигнала (от английского distortion) и изначально он зародился в усилительной аппаратуре и к его возникновению могут быть причастны разные факторы:

  • На вход усилителя подан слишком сильный сигнал (например, использование “грелок” или мощных звукоснимателей).
  • Усилителю перестает хватать питания чтобы выдавать необходимую громкость без искажения (например, при выкручивании громкости на ламповом усилке).
  • Динамики колонок с точки зрения hi-fi сделаны некачественно (или повреждены), поэтому не могут без искажений воспроизводить звук нужной громкости.

Разумеется, по началу перегруз зародился и обнаружился случайно, а потом уже производители гитарного оборудования стали сознательно выпускать аппаратуру, заточенную под перегруз. Более того, начав с усилителей и колонок, люди додумались имитировать (а потом и развивать) их перегруз педалями. Существует три основных вида перегруза (которые могут быть намешаны в разных пропорциях).

  • Овердрайв — легкий перегруз лампового усилителя (и его имитация).
  • Дисторшен — сильный перегруз лампового усилителя (и его имитация).
  • Фузз — перегруз транзисторного усилителя (есть легенда, что изначально это был перегруз на входе микшерных пультов).

По части волны звукового спектра, перегруз — это клиппинг, то есть ограничение по амплитуде или срез шапки волны. Аппаратура не может выдать сигнал определенной громкости (амплитуды), поэтому она обрезает громкость (амплитуду) у какого-то порога, а то что остается выходит с искажениями.

Слабый перегруз (овердрайв) срезает пики волны мягко (плавно), дисторшен делает это резче, а фузз обращается с волной еще безжалостнее. Причем, когда речь идет об искажении волны, то происходит не только срез ее “пиков”, но и изменение самой формы волны. В частности, она может стать несимметричной относительно нулевой оси. Но у разных приборов все происходит по-разному. Поэтому на свете существует так много видов перегруза, которые так по-разному звучат, образуя разные волны.

Легкий овердрайв (переключатель гейна на примочке в положении LO)

Сильный овердрайв (переключатель гейна на примочке в положении HI)

С понятием перегруза рука об руку идет понятие хедрум (headroom, высота потолка). Этим термином обозначают запас по громкости, который у вас есть до того, как прибор начнет перегружать.

Соответственно, если взять два прибора на одной громкости, то чище будет звук у того, у кого хедрум больше (и волна плавнее). Разумеется, хедрум нужен далеко не всем. Некоторые люди, наоборот, стремятся к перегрузу на малых громкостях. Очень часто хедрум регулируется питанием — дали больше питания — выше хедрум, дали меньше — и хедрум ниже.

Ручка Variac установлена на 15V

Ручка Variac установлена на 7.5V

Ручка Variac установлена на 5V

Если представлять любой обычный звук как сложное явление в виде спектра, где намешано море разных более простых звуков (типа как разные газы в воздухе), эквалайзер является фактически микшером, который регулирует эту смесь, прибавляя громкости одним частям спектра, и убавляя громкость других. Таким образом, вы меняете тембр инструмента. Это можно назвать фильтром, который пропускает через себя спектр, меняя его составляющие. Представьте себе кучу разных волн. Эквалайзер меняет их амплитуды (громкости) относительно друг друга.

Разумеется, чем более насыщен ваш спектр (чем больше перегружен), тем больше всего можно сделать с помощью эквалайзера. И, наоборот, чем чище звук, тем меньше возможностей эквалайзера. В конце концов в случае абсолютно чистого звука c одной частотой эквалайзер превратится просто в ручку громкости.

Эквалайзером запросто можно испортить изначально хорошее звучание. Можно накрутить все так, что ваш спектр будет пересекаться в миксе со спектром другого инструмента. Можно убрать частоты основных нот, но зато выделив обертона, и вы будете “терять звук”. С помощью кривых рук вы можете добиться потрясающих результатов по части убийства звучания.

Эквалайзеры бывают графическими и параметрическими. Первые подразумевают работу с четко выделенными диапазонами частот. Вторые — более гибкие, поскольку они регулируют расположение и размер диапазона частот — то есть в них можно менять полосу (диапазон) частот, чью громкость ты можешь редактировать.

    Это можно сравнить с покупкой пиццы. Иногда тебе привозят пиццу, уже нарезанную на куски. Ты можешь работать с этими кусками — откусывать, уменьшая размер, либо увеличивать размер — класть на тот или иной кусок пиццы дополнительную колбасу, сыр, помидор. Но куски пиццы уже нарезаны на определенные размеры. Это графический эквалайзер. А в случае параметрического эквалайзера тебе достается нетронутая пицца, и ты сам выбираешь, где и какого размера отрезать кусок. Более того, ты даже можешь ничего не резать, сожрав ее целиком.

Salvador Dali «Tourbillon triumph»

Этот эффект является частным случаем применения эквалайзера. Суть его в том, что вы динамически (то есть на ходу) меняете звуковой спектр (он же тембр, он же набор частот) в режиме реального времени.

Изменяя положение педали, вы меняете соотношение частот в спектре (выделяя одни, и подавляя другие). Глобальное отличие от эквалайзера только в том, что настройки эквалайзера, как правило, не меняются в течении музыкального произведения, а вот смысл фильтра типа Wah Wah наоборот как раз и состоит в смене тембра. Причем разные модели Wah Wah имеют разные настройки (и возможности их регулировок) по части выбора полосы частот, ее ширины и глубины действия эффекта.

Поскольку звуковой спектр у перегруженного звука намного полнее, чем у чистого, то эффект Wah Wah намного эффективнее (богаче и заметнее) работает с перегруженным звуком. Там есть где развернуться со спектром.

Это во многом схожий с Wah Wah эффект. Его суть — динамическое (то есть непрерывное “на ходу”) изменение характеристик частот звукового спектра, однако, достигается этот эффект другим способом. И тут нужно опять вспомнить про волны. Phase — это фаза по-английски. Принцип работы фэйзера построен на том, что гитарный сингал изначально дублируется, и у копии оригинального сигнала (пропущенной через фазовый фильтр) происходит сдвиг по фазе колебания звуковой волны. Два сигнала (оригинальный и его «сдвинутая» копия) идут одновременно, и в моментах, когда эти две волны находятся в противофазе (пик одной совпадает с ямой другой), то они друг друга уничтожают и звук сходит нет. Но надо понимать, что речь идет о конкретных частотах, где происходит момент провофазы, а не о всем спектре, где у разных частот могут быть разные моменты по части фаз в оригинальном и дублированном сигналах.

Таким образом при включенном эффекте фейзера ваш итоговый сигнал постоянно колеблется — в его звуковом спектре пропадают (в моменты провофазы) и вновь появляются (когда нет противофазы) какие-то частоты. И, разумеется, продвинутые фейзеры имеют множество разных регулировок, касающихся того, как именно будет сдвигаться фаза дублированного звукового сигнала.

    Нет никаких сомнений в том, что популярное в советские времена выражение «сдвиг по фазе», обозначающее примерно тоже самое, что и «крыша поехала», было внедрено в сознание народных масс кем-то из отечественных физиков, изучавших вопросы фаз колебания тех или иных волн.

Это еще один эффект, в основе которого лежит процесс смешивания изначального звукового с его обработанной копией, которая сдвигается по времени (на 5-15 миллисекунд) относительного изначального сигнала, и в которой изменяются частота, форма, амплитуда и фаза колебаний.

Salvador Dali «Bed and Nightstands»

Добавить комментарий