Акустический пароль — почти реальность: хлопки в ладоши оказались сродни резонатору Гельмгольца

Хлопки в ладоши — это распространённое поведение людей в разные времена и во многих культурах. Аплодисментами, например, выражают одобрение или хлопками отбивают ритм музыки. Специалисты в области акустики часто используют хлопки в ладоши вместо дорогостоящего оборудования для проверки звуковых характеристик в помещениях. И хотя основной физический механизм явления прост, лежащие в его основе нюансы до сих пор были изучены не вполне.


Ранее, в 2020 году, греческие учёные опубликовали в журнале Physical Review Research экспериментальное подтверждение гипотезы о том, что хлопки в ладоши, по сути, действуют подобно акустическому приспособлению, известному как резонатор Гельмгольца. В общем, аплодисменты могут звучать неоднородно, с нюансами и разнообразно.

Инженеры Николаос Пападакис и Георгиос Ставрулакис из Технического университета Крита тогда обратились к 24 студентам с просьбой хлопать в ладоши в разных местах однократно. Но не единожды, а на разные лады. При каждом хлопке нужно было изменять положение рук 11 различными способами, например, меняя угол наклона ладоней по отношению друг к другу или чтобы определённое количество пальцев одной руки соприкасалось с пальцами или ладонью другой.

Самый громкий хлопок в 85,2 децибела получался, если руки располагались под углом 45 градусов друг к другу, а ладони частично перекрывали друг друга. Если же нужно было добиться более широкого диапазона частот, то ладони надо было полностью накладывать друг на друга, выгнув чашами, словно стискивая между двумя «куполами» воздушный карман. Причём вторая конфигурация не создавала такой же ударной волны, как первая.

Пападакис и Ставрулакис пришли к выводу, что если при хлопке держать руки вытянутыми или сложенными в купол, то получится эквивалент резонатора Гельмгольца. Тут самое время напомнить, что речь идёт о явлении резонанса воздуха в полости. Хороший пример такого звучания — гудение пустой бутылки от потока воздуха, направленного внутрь горлышка, или «шорох волн», который слышен, если приложить морскую раковину или кружку к уху. Собственно оригинальный резонатор Гельмгольца — медный сосуд сферической формы с открытой горловиной, изобретённый немецким исследователем Германом фон Гельмгольцем в 1850 году для анализа акустических сигналов.



Похожие опыты с резонансом Гельмгольца проделали недавно Иконг Фу из Корнеллского университета (США) и его соавторы. Они пригласили десять добровольцев, чтобы те хлопнули в микрофон по 20–30 раз, складывая руки тремя способами: чашечкой, только лишь ладонями друг об друга и с соприкосновениями пальцев. Экспериментаторы просили использовать детскую присыпку, чтобы полёт пылинок рисовал возникающий поток воздуха. При этом они замеряли аппаратурой возникающее при хлопках давление и снимали происходящее на высокоскоростную видеокамеру. Учёные также сделали мягкие полимерные копии рук, эластичностью похожие на человеческую кожу, и использовали их для сравнения звуков, возникающих при хлопанье в ладоши.

Зафиксированные частоты соответствовали прогнозам компьютерной модели резонатора Гельмгольца. Тем самым удалось подтвердить, что хлопки в ладоши действуют как резонатор, а не как простой звук от столкновения плотных предметов.

Частота звуковой волны зависела от положения рук. Например, хлопки сложенными чашечкой ладонями давали более низкие частоты, чем хлопки распрямлёнными ладонями, потому что в первом случае создавалась более крупная резонирующая полость. Чем быстрее хлопали в ладоши, тем громче был первоначальный звук, а чем ниже была эластичность кожи, тем дольше длился звук.

Короче говоря, эксперименты подтвердили теоретическую концепцию и улучшили фундаментальное понимание хлопков в ладоши, заявили в заключение авторы из США.

В практическом смысле выводы могут способствовать недорогой акустической диагностике внутри зданий и улучшить ритмические характеристики при изучении и исполнении музыки.

Дальше — больше: однажды, вероятно, появится возможность распознавать человека по характерным хлопкам в ладоши и использовать их в качестве акустического пароля для электронных устройств.