Как се образува звукът от ръкопляскане

Всеки път, когато аплодираме на концерт, ръцете ни извършват физическа "магия", озадачавала учените от десетилетия. Изследователи от университета Корнел най-накрая разбраха как точно пляскането с ръце създава своя отличителен звук - и това е далеч по-сложен звук, отколкото може би си мислите.

Повечето хора предполагат, че звуците от пляскане идват от пляскане на кожа в кожа, като две парчета месо, които се удрят едно в друго. Но това революционно проучване, публикувано в Physical Review Research, разкрива, че острият трясък на аплодисментите всъщност работи като малък музикален инструмент, скрит в дланите ви.

Ръцете ни са тайни музикални инструменти

Когато пляскате с ръце, създавате това, което учените наричат ​​"резонатор на Хелмхолц", който произвежда звук на същият принцип, както ако духнем над отвора на бутилка. Всеки път, когато духнем над горната част на празна бутилка и чуем този нисък, кух тон, демонстрираме този ефект. Въздухът се движи навътре и навън през тесния отвор на бутилката, докато голямата кухина вътре действа като акустична пружина.

Учените знаят за този ефект от над 150 години, но досега никой не е проучвал как се проявява при човешкото пляскане с ръце. В проучването са участвали десет души на възраст между 18 и 70 години, които са пляскали с ръце по различни начини, докато сложна апаратура е записвала всеки детайл с помощта на високоскоростни камери, чувствителни микрофони и сензори за налягане.

Когато ръцете се съберат в чашковидна форма, те задържат въздух в малка камера между дланите. Отворът между палеца и показалеца действа като тясната шийка на резонатора. Когато ръцете се сблъскат, задържаният въздух се компресира и изстрелва през този отвор като малка струя, създавайки характерния звук от пляскане.

Въздушните струи се движат по-бързо, отколкото бихте очаквали

Използвайки бебешка пудра, за да направят въздушния поток видим, учените успели да видят струята въздух, изстрелваща се между ръцете на хората в момента на всяко пляскане. Тази струя се движи със скорост между 13 и 90 метра в секунда, което е достатъчно бързо, за да бъде класифицирана като турбулентен поток. Изследователите установяват, че струята въздух има число на Рейнолдс между 8000 и 103 000, което показва турбулентен поток.

Изследователите заключават, че "звукът от пляскането с ръце не се генерира нито от вибрацията на твърдия материал след сблъсъка, нито от турбулентността на струята, а от резонанса на Хелмхолц, предизвикан от първоначалното появяване на струята в шийката на затворената с ръце камера“.

Различните позиции на ръцете създават различни тонове, точно както бутилките с различен размер създават различни тонове. Затворените ръце произвеждат по-дълбоки звуци, защото създават по-големи въздушни кухини, докато пляскането с плоски длани генерира по-високи честоти. Аплодисментите с длани и пръсти създават най-високите тонове от всички.

Скритата сложност на аплодисментите

Аплодисментите всъщност са като свирене на два инструмента едновременно. Освен основния ефект на въздушната камера, изследователите установяват, че браздите между пръстите също могат да създават звук, работейки като малки органни тръби. Някои хора произвеждат два отличителни честотни пика: един по-нисък, с по-широка честотна лента, и един по-висок, с по-тясна честотна лента.

Изследователите обикновено обясняват, че "ниският пик (<1000 Hz) е свързан с резонанса на сърдечната честота, докато високият пик (>1000 Hz) е свързан с излъчването на звук от браздите между пръстите, когато пръстите влизат в контакт с другата ръка."

Свойствата на материала също имат значение. По-меките ръце създават различни звуци от по-твърдите, не поради промени в тона, а поради това колко бързо звукът заглъхва. По-меката тъкан абсорбира повече акустична енергия, което прави аплодисментите по-приглушени и кратки.

Скоростта влияе на силата на звука по предсказуем начин. Колкото по-бързо пляскаме, толкова по-високо е налягането в кухината на дланта ни и толкова по-силен е полученият звук. Изследователите установяват квадратична зависимост между налягането в кухината на ръката и скоростта на пляскане.

Учените тестват своите теории с помощта на компютърни симулации и потвърждават, че техният резонаторен модел може точно да предскаже честотите на пляскането. Те дори могат да проектират изкуствени ръце с конкретни размери на кухината и шийни отвори, за да произвеждат пляскане с предварително определени тонове.

Отвъд научното любопитство

Това откритие има практическо приложение, което надхвърля задоволяването на научното любопитство. "Това е нещо, което е толкова широко разпространено, но не е добре разбрано“, казва водещият автор Иконг Фу (Yicong Fu), докторант в Университета Корнел. "Ние пляскаме с ръце постоянно, но не сме се замисляли дълбоко върху това. Това е целта на проучването – да обясни света с по-дълбоко познание и разбиране.“

Архитектите използват пляскане с ръце, за да тестват акустиката в стаите, защото то осигурява бърз и постоянен източник на звук. Точното разбиране на това как работи пляскането може да подобри тези акустични измервания и да помогне за разработването на по-добри системи за разпознаване на звука или да подпомогне музикалните образователни програми, които използват ритмично пляскане.

Изследователите отбелязват, че тяхната работа "разширява познанията за акустиката на пляскането с ръце и предлага прозрения за синтеза, обработката и разпознаването на звуковите сигнали. Освен това тези открития могат да улеснят евтината акустична диагностика в архитектурата и да подобрят ритмичните звукови модели в музикалното и езиковото образование.

Може би най-забележителното в това проучване е, че то разкрива, че от хилядолетия хората несъзнателно създават сложни акустични инструменти с телата си. Всеки път, когато аплодираме представление или празнуваме победа, демонстрираме принципите на флуидната динамика и акустичната физика, за чието пълно разбиране на учените са им били необходими десетилетия.

"Това е науката, която стои зад ежедневието ни“, коментира Гуоцин Лиу (Guoqin Liu), изследовател, работил по проучването. "Всички аплодираме, но в същото време е интересно, че аплодисментите на всеки човек имат различен звук, различна честота и различен резонанс. Всички аплодираме, понякога ежедневно. Но разбирането на науката, която стои зад това, е нещо ново и именно това се опитахме да направим.“

Справка: Revealing the sound, flow excitation, and collision dynamics of human handclaps, Yicong Fu, Akihito Kiyama,  Guoqin Liu, Likun Zhang and Sunghwan Jung; Phys. Rev. Research 7, 013259 – Published 11 March, 2025  DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013259 

Източник: This Is What Really Creates The Sound When You Clap — And It’s Not Skin Slapping, StudyFinds

Още по темата

30/11/2023

Земята

Разкрито е откъде идват "магическите" свойства на пещерата на дяволската църква

28/09/2020

Животът

Забранените цветове, които никой не може да види, и свръхестествените, които всеки може

30/03/2018

Животът

Защо пукат кокалчетата? Ново изследване обръща дебата

27/08/2017

Физика

Какво чуваме, когато поставим раковина до ухото си?