Направляющийся к нам звук кажется выше, чем есть на самом деле. В то же время удаляющийся от на сигнал слышится ниже. Такое необычное искажение восприятия звука мы встречаем каждый день. Объясняем, что такое эффект Доплера простыми словами и рассказываем, как он применяется в музыке.
Удивительный эффект: один и тот же звук звучит по-разному для стоящего на месте и бегущего вперёд человека. Представьте, что вы стоите рядом с падающим деревом, а ваш друг бежит к месту падения. Треск дерева будет звучать для вас ниже, чем для длинноного товарища. Причина искажения восприятия звука для двух людей — эффект Доплера, феномен, открытый австрийским физиком Кристианом Доплером в середине XIX века.
Эффект Доплера вряд ли проявится во время записи в студии, однако мы постоянно сталкиваемся с ним, когда работаем со звуком на сцене клуба или открытой площадки. Перемещение относительно источника звука всегда приводит к искажению сигналов — об этом важно помнить при настройке оборудования.
Что такое эффект Доплера?
Действие эффекта Доплера встречается нам ежедневно. Например, когда мимо нас проезжает сигналящая машина, звук сигнала сначала кажется высоким, а затем становится низким. Когда звук движется в нашу сторону, он кажется выше, чем есть на самом деле. Когда сигнал удаляется от нас, то слух воспринимает его ниже.
Чтобы понять, как работает эффект Доплера, взглянем на синусоидальную звуковую волну:
Расстояние между пиками (вершинами или гребнями) показывает длину звуковой волны. Разделив скорость волны на её длину, мы получим частоту звука — количество времени, проходящего между пиками. Чем выше частота, то есть чем чаще колебания волны и количество изгибов в ней, тем более высокий звуковой сигнал мы слышим.
Представьте сигналящую машину, направляющуюся в вашу сторону. Из-за движения автомобиля каждый следующий пик звуковой волны располагается всё ближе к вам, что создаёт иллюзию очень близкого расположения пиков друг к другу. Как итог, слуху кажется, что звуковая волна колеблется очень быстро — сигнал слышится очень высоким.
Когда автомобиль проезжает мимо, иллюзия запускается в обратную сторону. Отдаление от нас создаёт впечатление увеличения расстояния между пиками. Такое искусственное удлинение звуковой волны обманывает слух, который воспринимает звук значительно ниже.
Вращающийся динамик
В 1930-х годах изобретатель Дональд Лесли, работавший в компании по продаже и ремонту электронных органов Хаммонда, искал способ обогатить звучание инструмента. Лесли считал, что при всех достоинствах электрооргана он проигрывает обычному органу из-за особенностей звучания. Лесли был уверен: орган распространяет звук во все стороны, из-за чего звучит намного живее, объёмнее и интереснее.
Постепенно изобретатель пришёл к идее Rotary Speaker — вращающегося динамика. В один из дней мужчина обнаружил интересный эффект: при вращении динамика на малой скорости создаётся эффект хоруса, при вращении на большой скорости — эффект вибрато. Причиной такого поведения звука стали недочёты в конструкции корпуса и динамиков, но Лесли не стал устранять проблему — получившийся звук слишком нравился изобретателю.
Позднее Лесли обратился напрямую в Hammond и предложил им оснастить электроорганы вращающимся динамиком Лесли. Удивительно, но фирма Лоуренса Хаммонда отклонила предложение, после чего Лесли основал компанию Leslie и начал самостоятельное производство. Вращающиеся динамики Leslie позиционировались как аксессуар для различных электроорганов, расширяющий его звуковые возможности.
Постепенно особенное звучание вращающегося динамика обрело популярность в музыкальной индустрии, а сам эффект стали называть в честь изобретателя — Leslie. При этом, несмотря на открытия Лесли, в основе его открытия лежит всё тот же эффект Доплера: когда динамик отворачивается от нас, нам кажется, что звуковая волна удлиняется, когда динамик поворачивается к нам — мы слышим иллюзию короткой звуковой волны.
Вращающийся вентилятор
В быту эффект Доплера можно встретить, если сесть под вращающийся потолочный вентилятор и начать играть на гитаре или петь. При отражении сигнала от вращающихся лопастей звук начнёт менять высоту.
Попытки настроить инструмент под вентилятором не увенчаются успехом — отражённые и оригинальные звуковые волны столкнутся в пространстве, что исказит восприятие звука. Поэтому настраиваться в жаркий день, стоя под вентилятором, нужно только с помощью тюнера.
Эффект Доплера в музыке
Ряд музыкантов и композиторов использовали эффект Доплера в своём творчестве. Среди ярких примеров — 22-минутная синтезаторная сюита Kraftwerk «Autobahn». На отметке 3:17 в композиции появляется синтезаторный эффект, имитирующий проносящиеся по автобану машины.
Похожий звук немецкие электронщики также использовали в композиции «Trans-Europe Express».
Музыкальный экспериментатор Джони Воид превратил звук сирены скорой помощи в мелодию для своей композиции «Doppler». Эффект также можно встретить в творчестве Джими Хендрикса, The Beatles, Queen и Pink Floyd — эти группы имитировали Доплера с помощью уже упомянутого эффекта вращающегося динамика.