דגם תלת מימד מדויק של סטונהנג 'מוכיח שיש לו אקוסטיקה נהדרת

דגם תלת מימד מדויק של סטונהנג 'מוכיח שיש לו אקוסטיקה נהדרת


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

חוקרים בבריטניה יצרו דגם מיני של אחד המונומנטים הפרהיסטוריים המפורסמים ביותר בעולם על מנת להבין את האקוסטיקה שלו. הם בנו העתק של סטונהנג 'וביצעו עליו סדרת בדיקות כדי להבין כיצד התנהגו צלילים במגלית. הם קבעו כי לאנדרטה הניאוליתית יש אקוסטיקה מצוינת, וזה עוזר להם להבין טוב יותר את מעגל האבן המפורסם.

אקדמאים מאוניברסיטת סלפורד שיתפו פעולה עם מומחים ממורשת אנגלית בפרויקט. יצירת המגלית העתיקה הייתה אתגר יוצא דופן. הוא כלל במקור 157 אבנים עומדות, במעגל, אך כיום ישנן רק 100. המשמעות הייתה שהחוקרים נאלצו להסתמך על תובנותיהם של ארכיאולוגים שעזרו להם לשחזר את "האנדרטה הפרה-היסטורית כפי שהייתה נראית 4,000 שנים לפני כן, כולל אבנים שחסרות כעת "על פי ה"גרדיאן". הם גם השתמשו בנתוני סריקת לייזר שהתקבלו מהאתר המקורי על מנת להפוך את עבודתם למציאותית יותר.

סטונהנג 'מיניאטורי

המודל שנוצר באוניברסיטת סלפורד הוא 1/12 ה בגודל המגלית המקורית. כדי לשחזר את אנדרטת האבן המומחים השתמשו במדפסות תלת מימד לייצור העתקים של האבנים. לאחר יצירת דגמים תלת מימד, יוצרו מהם תבניות סיליקון. לאחר מכן השתמשו בתבניות ליציקת האבנים העשויות טיח שהיה מעורב בפולימר. כדי להפוך אותם לחיקויים אותנטיים הם רוססו באמצעות צבע רכב אפור.

דגם סטונהנג 'עם תנוחת השמש ליפוך החורף. ( טרבור קוקס / אוניברסיטת סלפורד )

נבנה מגלית עם טווח של 2.3 מטר. לשכפול הזה "יש יתרון על העתקים אחרים של סטונהנג ', כמו ההיקף המלא ליד מריהיל, וושינגטון, על בסיס התבססות על נתוני סריקת לייזר" על פי ה"גרדיאן ". יתר על כן, רבות מהאבנים המשמשות באנדרטת מריהיל אינן בעלות הצורה הנכונה, מכיוון שהן מסותפות בעבודת יד ואינן רבייה מדויקת.

סביבת הסאונד של סטונהנג '

על מנת לבחון את האקוסטיקה של המודל הצוות הציב אותו בחדר האקוסטי של אוניברסיטת סלפורד ובדק אותו במשך תקופה של שבעה ימים. הם השתמשו בשיטה "המשמשת במשחקי וידיאו ויצירת סאונד VR, אחת המכונה 'אוורליזציה'", מדווח ה"דיילי מייל ".

על מנת להבטיח שהאקוסטיקה תועד במדויק על החוקרים להגדיל את התדירות בפקטור של 12, הנמצא בטווח שאינו יכול להישמע על ידי האוזן האנושית. זה היה כדי לדמות את הסביבה הקולית של המגלית המקורית והגודל המלא.

בדיקת צליל בגודל 12x התדירות של מודל בקנה מידה 1:12 של סטונהנג '. ( טרבור קוקס / אוניברסיטת סלפורד )

לאחר מכן נמדדו הצלילים, בדרך כלל הקלטות, בעת שהם עברו דרך המודל של המגהלית. כמה טכנולוגיות חדשות שימשו לקביעת אופן התנהגות הקולות באנדרטת האבן וגם אפשרה לחוקרים לשמוע את הצלילים.

הדיילי מייל מצטט את פרופסור טרבור קוקס, מנהל הפרויקט, "זה המקבילה הקולית להדמיה. אנו יכולים למעשה למקם מקור צליל בחלל ".

  • מדענים מגלים כיצד הומינידים קדומים שמעו את העולם
  • מדוע התרבות מתפתחת לעתים באמצעות פרצי חדשנות פתאומיים?
  • האם אוריון היה האדון השמימי של סטונהנג '?

תוצאות RT ממודל סטונהנג 'עבור 12 מהעמדות שנמדדו. התמונה מציגה גם את המקור והמקלט המשמשים לבדיקות האולטראסאונד. ( טרבור קוקס / אוניברסיטת סלפורד )

החוקרים מאמינים כעת שהם מבינים את הסביבה האקוסטית של המגלית בסביבות 2,200 לפני הספירה. נראה שסטונהנג 'לא היה רק ​​פלא חזותי, אלא גם פלא קולי לאנשים פרהיסטוריים.
חדשות ה- BBC מצטטת את קוקס "בהתחשב בכך שהאנג 'אין גג ויש הרבה רווחים בין האבנים, האקוסטיקה דומה יותר לחדר סגור ולא לחלל חיצוני". מסקנות המחקר באוניברסיטת סלפורד הושוו גם למסקנה שנערכה בהעתק בקנה מידה מלא במריהיל והתוצאות היו דומות מאוד.

תעלומת סטונהנג '

סטונהנג 'נבנה בדרום מערב אנגליה על פני תקופה של שנים רבות. האנג 'הראשון נבנה אולי לפני כ -5000 שנה. קבוצות אנשים עוקבות התכנסו כדי לבנות את המגלת האבן המדהימה הזו. הוא האמין שהם השתמשו בטכנולוגיית גלגלת פשוטה כדי להעביר את קוביות הגרניט המסיביות למקומן, במה שהיה הישג הנדסי יוצא דופן.

תפקידו של סטונהנג 'הוא נושא לוויכוח. יש הסבורים כי מדובר באתר פוליטי או דתי ואחרים כי מדובר במצפה אסטרונומי פרהיסטורי. תכונות השמיעה יוצאות הדופן של מעגל האבן היו אידיאליות לטקסים וטקסים מסתוריים. נראה שזה תומך במי שטוען שמעגל האבן שימש למטרות דתיות.


סטונהנג 'בגודל' ברז השדרה 'מגלה כיצד באמת נשמעה האנדרטה העתיקה

זה לקח 9 חודשים לבנות את הדגם בקנה מידה מושלם.

אבני העמידה הענקיות במעגל החיצוני של סטונהנג ' פעל כמגבר ונתן הדהוד לשיפור הדיבור והמוזיקה בטקסים שנערכו אלפי שנים לפני שהופיעה האקוסטיקה המודרנית, על פי מחקר חדש.

אפקטים קוליים דרמטיים - כולל ההד החוזר של הדהוד - לא היו מוכרים לרוב האנשים שהתאספו שם, אמרו החוקרים, אם כי כמה מהם עשויים לחוות השפעות דומות בתוך מערות ובקניונים.

הממצאים עוזרים להסביר חלק מתעלומה ארוכת שנים של אַרכֵיאוֹלוֹגִיָה - מה הייתה ההשפעה של אתרים ומבנים עתיקים, כגון מעגלי אבן, תאי קבורה ומקדשים עתיקים, על צלילים?

במקרה של סטונהנג ', שנבנה לראשונה לפני כ -5,000 שנה במישור סליסברי בדרום מערב אנגליה, "ההגברה הייתה יכולה לסייע בתקשורת דיבור, והדהוד שיפר את הצלילים המוסיקליים", כתבו החוקרים במחקר שפורסם בגיליון אוקטובר של ה כתב העת למדעי ארכיאולוגיה.

המחקר שלהם מבוסס על בחינות מפורטות של מודל קנה מידה מדויק מבחינה גיאומטרית בגודל אחד עשרה בגודלו של סטונהנג ', כפי שהוא כנראה נראה ונשמע בתקופת שיאו, לפני כ -4,200 שנה.

בצירוף מקרים מוזר, הדגם הוא בדיוק באותו גודל כמו קשת סטונהנג 'המיניאטורית שהופיעה על הבמה בסרט "This is Spinal Tap" מ -1984. חובבי הקולנוע עשויים לזכור שזה קרה לאחר שחבר מבולבל בלהקת הרוק שם זהה ציין שהאבנים צריכות להיות בגובה 18 סנטימטר (45 סנטימטר) במקום 5.5 רגל (18 רגל), שזה בערך גובהו של אחת מסטונהנג 'האמיתית. קשתות.

החוקר הראשי טרבור קוקס, פרופסור להנדסה אקוסטית באוניברסיטת סלפורד שליד מנצ'סטר באנגליה, מקבל בדיחות "טפיחה של השדרה" בכל פעם שמחקריו מוזכרים. "זה עולה כל פעם," אמר.


תוכן

תלמי, באלכסנדריה שבמצרים, [1] מצא מערכת יחסים בנוגע לזוויות שבירה, אך זה לא היה מדויק עבור זוויות לא קטנות. תלמי היה בטוח שמצא חוק אמפירי מדויק, חלקית כתוצאה משינוי קל של הנתונים שלו כך שיתאימו לתיאוריה (ראה: הטיית אישור). [2] Alhazen, שלו ספר האופטיקה (1021), התקרב לגילוי חוק השבירה, אם כי לא עשה צעד זה. [3]

החוק שנקרא בסופו של דבר על שם סנל תואר לראשונה במדויק על ידי המדען הפרסי אבן סאהל בבית המשפט בבגדד בשנת 984. בכתב היד על מראות ועדשות בוערות, השתמש סהל בחוק כדי להפיק צורות עדשות הממקדות אור ללא סטייה גיאומטרית. [5]

החוק התגלה מחדש על ידי תומאס האריוט בשנת 1602, [6] אשר אולם לא פרסם את תוצאותיו למרות שהתכתב עם קפלר בנושא זה ממש. בשנת 1621, האסטרונום ההולנדי וילברורד סנליוס (1580–1626) - סנל - גזר צורה שקולה מבחינה מתמטית, שנותרה שלא פורסמה במהלך חייו. רנה דקארט גזר באופן עצמאי את החוק באמצעות טיעוני שימור מומנטום היוריסטי במונחים של חטאים בחיבורו משנת 1637. דיופטיקה, והשתמש בו כדי לפתור מגוון בעיות אופטיות. כשדחה את הפתרון של דקארט, הגיע פייר דה פרמט לאותו פתרון המבוסס אך ורק על עקרון הזמן המינימלי שלו. דקארט הניח שמהירות האור היא אינסופית, אולם בגזירת חוק סנל הוא גם הניח שככל שהמדיום צפוף יותר, כך מהירות האור גדולה יותר. פרמאט תמך בהנחות הפוכות, כלומר, מהירות האור היא סופית, ונגזרתו תלויה במהירות האור איטית יותר במדיום צפוף יותר. [7] [8] הנגזרת של פרמאט ניצלה גם את המצאת הנאותות שלו, הליך מתמטי השווה לחשבון דיפרנציאלי, למציאת מקסימה, מינימה ומשיקים. [9] [10]

בספר המתמטיקה המשפיע שלו גֵאוֹמֶטרִיָה, דקארט פותר בעיה שעליה עבד אפולוניוס מפרגה ופפוס מאלכסנדריה. בהינתן n שורות L ונקודה P (L) בכל שורה, מצא את מוקד הנקודות Q כך שאורכי קטעי הקו QP (L) עונים על תנאים מסוימים. לדוגמה, כאשר n = 4, בהתחשב בשורות a, b, c ו- d ונקודה A על a, B על b וכן הלאה, מצא את מוקד הנקודות Q כך שהמוצר QA*QB שווה למוצר QC*QD. כאשר הקווים אינם כולם מקבילים, פאפוס הראה כי הלוקוסים הם חרוטים, אך כאשר דקארט נחשב ל- n גדול יותר, הוא השיג עקומות מעוקבות ומעלות יותר. כדי להראות שהקימורים המעוקבים מעניינים, הוא הראה שהם צמחו באופן טבעי באופטיקה מחוק סנל. [11]

על פי Dijksterhuis, [12] "ב De natura lucis et proprietate (1662) אייזק ווסיוס אמר שדקארט ראה את העיתון של סנל ורקח הוכחה משלו. כעת אנו יודעים שאישום זה אינו ראוי, אך הוא אומץ פעמים רבות מאז. "הן פרמט והן הויגנס חזרו על האשמה זו שדקארט העתיק את סנל. בצרפתית חוק סנל נקרא" לה לוי דה דקארט "או" לוי דה סנל- דקארט ".

בשנת 1678 שלו Traité de la Lumière, כריסטיאן הויגנס הראה כיצד ניתן להסביר את חוק החטאים של סנל על ידי או לגזור ממנו את טבע הגל של האור, באמצעות מה שבאנו לקרוא לו עקרון Huygens – Fresnel.

עם התפתחות התיאוריה האופטית והאלקטרומגנטית המודרנית, חוק סנל העתיק הובא לשלב חדש. בשנת 1962, בלמברגן הראה שבגבול המדיום הלא לינארי, יש לכתוב את חוק סנל בצורה כללית. [13] בשנים 2008 ו -2011 הוכח כי גם משטחי פלסמונית משנים את כיווני ההשתקפות והשבירה של קרן האור. [14] [15]

כאשר האור עובר את הגבול בין אמצעי התקשורת, בהתאם למדדי השבירה היחסיים של שתי אמצעי התקשורת, האור יישבר לזווית פחותה או גדולה יותר. זוויות אלה נמדדות ביחס ל- שורה נורמלית, המיוצג בניצב לגבול. במקרה של אור הנוסע מאוויר למים, האור היה נשבר לעבר הקו הנורמלי, מכיוון שהאור מואט באור מים הנוסע בין מים לאוויר היה נשבר הרחק מהקו הרגיל.

השבירה בין שני משטחים מכונה גם הָפִיך מכיוון שאם כל התנאים היו זהים, הזוויות יהיו זהות עבור אור המתפשט בכיוון ההפוך.

חוק סנל נכון בדרך כלל רק לגבי מדיה איזוטרופית או ספקולרית (כגון זכוכית). במדיה אנוסוטרופית כגון גבישים מסוימים, כפירה דו -כיוונית עשויה לפצל את הקרן הנשברת לשתי קרניים, רגיל אוֹ o-מטרה העוקבת אחר חוק סנל, והאחר יוצא דופן אוֹ ה-מטר אשר אינו עשוי להיות מישוריים עם קרן האירוע.

כאשר האור או גל אחר המעורבים הוא מונוכרומטי, כלומר בתדר יחיד, ניתן לבטא את חוק סנל גם במונחים של יחס של אורכי גל בשתי המדיות, λ 1 < displaystyle lambda _ <1>> ו- λ 2 < displaystyle lambda _ <2>>:

ניתן לגזור את חוק סנל בדרכים שונות.

גזרה מעיקרון פרמה עריכה

חוק סנל ניתן להפיק מעיקרון פרמה, הקובע שהאור עובר את הנתיב שאורך פחות זמן. על ידי לקיחת הנגזרת של אורך הנתיב האופטי, הנקודה הנייחת מוצאת נותנת את הנתיב שהאור לוקח. (ישנם מצבים של אור המפר את העיקרון של פרמאט בכך שאינו בוחל את נתיב הזמן הפחות, כמו בהשתקפות במראה (כדורית).) באנלוגיה קלאסית, אזור מדד השבירה התחתון מוחלף בחוף, אזור השבירה הגבוהה יותר. אינדקס ליד הים, והדרך המהירה ביותר להצלה על החוף להגיע לאדם הטובע בים היא לרוץ בשביל שעוקב אחר חוק סנל.

כפי שמוצג באיור מימין, נניח שמדד השבירה של המדיום 1 והבינוני 2 הם n 1 < displaystyle n_ <1>> ו- n 2 < displaystyle n_ <2>> בהתאמה. אור נכנס למדיום 2 מאמצעי 1 דרך נקודה O.

מהירויות הפאזה של האור בינוני 1 ובינוני 2 הן

תן T להיות הזמן הדרוש לאור לעבור מנקודה Q דרך נקודה O לנקודה P.

כאשר a, b, l ו- x מסומנים בתרשים הימני, x הוא הפרמטר המשתנה.

כדי למזער זאת, ניתן להבדיל בין:

נגזרת מהעקרון של Huygens Edit

לחלופין, ניתן לגזור את חוק סנל באמצעות התערבות בכל נתיבי גל האור האפשריים ממקור לצופה - הוא גורם להפרעות הרסניות בכל מקום למעט אקסטרה של פאזה (כאשר הפרעה היא קונסטרוקטיבית) - שהופכות לנתיבים בפועל.

נגזרת מהמשוואות של מקסוול עריכה

דרך נוספת להפיק את חוק סנל כוללת יישום של תנאי הגבול הכלליים של משוואות מקסוול לקרינה אלקטרומגנטית.

גזרה משימור האנרגיה והתנופה עריכה

עריכת טופס וקטורי

וקטור הכיוון המוחזר הזה מצביע חזרה לכיוון הצד של פני השטח שממנו הגיע האור.

כעת החל את חוק סנל על יחס החוטים כדי להפיק את הנוסחה של וקטור הכיוון של הקרן שנשברה:

r = < frac >>> = 0.9> c = cos ⁡ θ 1 = 0.707107, 1 - r 2 (1 - c 2) = cos ⁡ θ 2 = 0.771362 < displaystyle c = cos theta _ <1> = 0.707107,

ניתן לשמור את ערכי הקוסינוס ולהשתמש בהם במשוואות Fresnel לחישוב עוצמת הקרניים המתקבלות.

כאשר האור עובר ממדיום בעל אינדקס שבירה גבוה יותר לאחד בעל מדד שבירה נמוך יותר, נראה כי חוק סנל דורש במקרים מסוימים (בכל פעם שזווית ההיארעות גדולה מספיק) שסינוס זווית השבירה יהיה גדול מאחד. זה כמובן בלתי אפשרי, והאור במקרים כאלה משתקף לחלוטין על ידי הגבול, תופעה המכונה השתקפות פנימית טוטאלית. זווית ההיארעות הגדולה ביותר האפשרית שעדיין מביאה לקרן נשברת נקראת זווית קריטית במקרה זה הקרן המופסקת עוברת לאורך הגבול בין שני אמצעי התקשורת.

לדוגמה, שקול קרן אור הנעת ממים לאוויר עם זווית שכיחות של 50 °. מדדי השבירה של מים ואוויר הם בערך 1.333 ו -1 בהתאמה, כך שחוק סנל נותן לנו את הקשר

שאי אפשר לספק. הזווית הקריטית θביקורת הוא הערך של θ1 עבורו θ2 שווה ל 90 °:

במדיות רבות של התפשטות גל, מהירות הגל משתנה בתדירות או באורך הגל של הגלים זה נכון להתפשטות אור ברוב החומרים השקופים מלבד ואקום. אמצעי תקשורת אלה נקראים פיזור. התוצאה היא שהזוויות שנקבעו בחוק סנל תלויות גם בתדר או באורך גל, כך שקרן של אורכי גל מעורבים, כגון אור לבן, תתפשט או תתפזר. פיזור אור כזה בזכוכית או במים עומד בבסיס מקורם של קשתות ותופעות אופטיות אחרות, שבהן אורכי גל שונים מופיעים כצבעים שונים.

במכשירים אופטיים פיזור מוביל לסטייה כרומטית טשטוש תלוי בצבע שלפעמים הוא האפקט המגביל את הרזולוציה. הדבר נכון במיוחד בשבירת טלסקופים, לפני המצאת עדשות אובייקטיביות אכרומטיות.

במדיום מוליך, היתר ומדד השבירה הם בעלי ערך מורכב. כתוצאה מכך, כך גם זווית השבירה וגל וקטור. זה מרמז כי בעוד המשטחים של השלב האמיתי הקבוע הם מטוסים שהנורמלים שלהם הופכים זווית השווה לזווית השבירה עם הממשק לנורמלי, אך משטחי המשרעת הקבועה, לעומת זאת, הם מישורים המקבילים לממשק עצמו. מכיוון ששני מטוסים אלה אינם תואמים באופן כללי זה את זה, אומרים כי הגל אינו הומוגני. [18] הגל השבור נחלש בצורה אקספוננציאלית, עם יחס מעריכי למרכיב הדמיוני של מדד השבירה. [19] [20]


מאמרים קשורים

"מודל בקנה מידה זה, המשלב טכניקות מיפוי ארכיאולוגיות להבנה טובה יותר של פריסת האתר המקורי, יאפשר לנו גישה לתובנות חדשות לגמרי לגבי מה שאבותינו היו שומעים במעגלי האבן", הוסיף.

״כדי להבין מרחב אנחנו צריכים לא רק לדעת איך הוא נראה אלא גם איך הוא נשמע. תחשוב על כל טקס מודרני וזה כרוך בסאונד, וזה ניחוש סביר שאנשים היו מדברים ומוצרים מוזיקה בתוך או בסביבת האנג '.

כדי לשחזר את הצורות והמיקומים המקוריים של האבנים, החוקרים החלו להשתמש בנתוני סריקת לייזר של התצורה המודרנית של סטונהנג ', שצולמה על ידי אנגליה ההיסטורית בשנת 2011.

הם שילבו מידע זה עם סינתזה של המחקר הארכיאולוגי האחרון בהיסטוריה של האנדרטה העתיקה.

"יש רמזים לאן היו האבנים, כגון מילוי חורים שבהן הן עמדו," אמר פרופסור קוקס.

כדי לייצר את הדגמים עצמם, הצוות השתמש בתערובת של הדפסה תלת מימדית וטכניקות דפוס מיוחדות.

הדגם יוצר באמצעות הדפסה תלת מימדית וטכניקות דוגמנות מותאמות אישית, ומייצג כיצד האנדרטה הייתה נראית במקור - עם כל 157 האבנים

חוקרים שילבו נתוני סריקת לייזר עם סינתזה של המחקר הארכיאולוגי האחרון בהיסטוריה של האנדרטה העתיקה

"המודל שאוניברסיטת סלפורד עזרה לנו לפתח עובר כל השבוע בדיקות בתוך התא האקוסטי של האוניברסיטה", אמר פול בריאן, מנהל ההדמיה הגיאו -מרחבית ההיסטורית של אנגליה.

לאחר שהניחו את המודל בתא אקוסטי מיוחד, החוקרים משתמשים בטכניקה המשמשת במשחקי וידאו וביצירת צליל VR, אחת המכונה 'אוורליזציה'.

״זהו המקבילה הקולית להדמיה. אנו יכולים למעשה למקם מקור צליל בחלל ", אמר פרופסור קוקס.

'לשם ​​כך אנו זקוקים להקלטה של ​​המקור, הקול שלי למשל, ומדידה של האופן שבו הצליל משתנה תוך כדי תנועה בחלל, המגיע מהמודל.'

'שלב את אלה ואני מועבר בחזרה לסטונהנג' בשנת 2,200 לפני הספירה! '

כאשר פרופסור קוקס הכניס את קולו למודל הסקאלה, הוא זכה לאיכות מלכותית ומהדהדת באמצעות האקוסטיקה של האנדרטה.

"באופן מפתיע, בהתחשב בכך שלסטונהנג 'אין גג ויש הרבה רווחים בין האבנים, האקוסטיקה דומה יותר לחדר סגור, כמו לקולנוע, ולא לחלל חיצוני וזה באמת משפר את השירה", אמר פרופסור קוקס.

חוקרים מקווים שמבחני קול עם המודל יחשפו כיצד האקוסטיקה של מבנה האבן תמכה בטקסים וטקסים עוד בשנת 2200 לפני הספירה.

יצירת מודל אקוסטי נחוצה כדי להבין כיצד בדיוק היה מתנהג צליל סביב סטונהנג 'בזמן השימוש המקורי, שכן הוא סבור כי רבות מהאבנים המקוריות שהרכיבו את האנדרטה חסרות כעת

בדיקות נוספות אמורות לגלות כיצד יתכנו תכונות הצליל של סטונהנג 'בתמיכת טקסים וטקסים מתקופת האבן.

״אני בספק אם הוא נועד לאקוסטיקה שלו. אבל ברגע שזה יוצר, זה היה מקום מאוד יוצא דופן ", אמר פרופסור קוקס ל- MailOnline.

"עוד בתקופת הזוהר שלה היו מעט מאוד מרחבים מהדהדים סגורים, למעט מערות."

"גם אם האקוסטיקה לא תוכננה בכוונה, זה יהיה מדהים אם הם לא ינצלו את האקוסטיקה ברגע שהיא נבנתה."

כדי לשחזר את הפריסה המקורית של האבנים, החוקרים החלו להשתמש בנתוני סריקת לייזר של התצורה המודרנית של סטונהנג ', שצולמה על ידי אנגליה ההיסטורית בשנת 2011

חוקרים השתמשו בנתוני סריקת לייזר של כל אחת מאבני הנותרים של האנדרטה, שצולמה על ידי אנגליה ההיסטורית בשנת 2011. בתמונה, סריקה תלת מימדית של חלק מסטונהנג '

חוקרים השתמשו בנתוני סריקת לייזר של כל אחת מאבני הנותרים של האנדרטה, שצולמה על ידי אנגליה ההיסטורית בשנת 2011. בתמונה, סריקה תלת מימדית של חלק מסטונהנג '

מודלים בקנה מידה פיזי הם טכניקה נפוצה בעת עיצוב מבנים-כגון אולמות קונצרטים-שבהם אקוסטיקה חשובה.

עם זאת, זו הפעם הראשונה שמישהו דגם את סטונהנג 'בצורה כזאת ופרטי פרטים.

על מנת לעצב את הצליל בצורה הנכונה בסטונהנג 'המוקטן, על החוקרים להגדיל את תדירות צלילי הבדיקה שלהם בגורם 12-לדחוף אותם לאולטרסאונד, מעל לטווח השמיעה האנושי.

טכניקות חדישות משמשות למדידת התנהגות הצלילים הללו ותרגומן לצלילים שאנו יכולים לשמוע.

"אנו מקווים כי מה שנשמע מהניסוי הזה הוא פריצת דרך היסטורית שתסייע לענות על כמה מהשאלות הרבות ללא מענה סביב האבנים העתיקות המסתוריות הללו", אמר בריאן.

כאשר פרופסור קוקס הכניס את קולו למודל הסקאלה, הוא זכה לאיכות מלכותית ומהדהדת באמצעות האקוסטיקה של האנדרטה

"באופן מפתיע, בהתחשב בכך שלסטונהנג אין גג ויש הרבה רווחים בין האבנים, האקוסטיקה דומה יותר לחדר סגור, כמו לקולנוע, ולא לחלל חיצוני וזה באמת משפר את השירה", אמר פרופסור קוקס.

בדיקות נוספות אמורות לגלות כיצד יתכנו תכונות הצליל של סטונהנג 'בתמיכת טקסים וטקסים מתקופת האבן

דגם קנה מידה 1:12 סטונהנג 'נוצר על ידי חוקרים מאוניברסיטת סלפורד, בראשות המהנדס האקוסטי טרבור קוקס, בשיתוף פעולה עם אנגליה ההיסטורית, המפקחת על האתר הארכיאולוגי המפורסם מבוסס וילטשייר.

הבנייה של סטונהנג 'דורשת תמימות גדולה

סטונהנג 'נבנה אלפי שנים לפני שהומצאה מכונות.

הסלעים הכבדים שוקלים למעלה מכמה טונות כל אחד.

על פי ההערכות, חלק מהאבנים מקורן במחצבה בוויילס, במרחק של כ -240 קילומטרים (225 ק"מ) מאנדרטת וילטשייר.

כדי לעשות זאת היה דורש מיומנות גבוהה, ומומחים סבורים שהמהנדסים הקדומים השתמשו במערכת גלגלת מעל מסוע של עץ.

היסטוריונים חושבים כעת שטבעת האבנים נבנתה במספר שלבים שונים, כאשר הראשונה הושלמה לפני כ -5,000 שנה על ידי בריטים נאוליתים שהשתמשו בכלים פרימיטיביים, אולי עשויים מקרני צבאים.

מדענים מודרניים מאמינים כיום כי סטונהנג 'נוצרה על ידי מספר שבטים שונים לאורך זמן.

לאחר שהבריטים הניאוליתיים - ילידי האיים הבריטיים כנראה - החלו בבנייה, היא נמשכה מאות שנים מאוחר יותר על ידי צאצאיהם.

עם הזמן הצאצאים פיתחו אורח חיים קהילתי יותר וכלים טובים יותר שעזרו בהקמת האבנים.

נראה כי עצמות, כלים וחפצי אמנות אחרים שנמצאו באתר תומכים בהשערה זו.


אוראליזציות

המחקר כאן בסלפורד יצר אווריזציה תלת מימדית מלאה של החלל כדי לאפשר לחוות איך היה נשמע סטונהנג '.

תגובות דחף אקוסטי (טביעת הרגל האקוסטית) נלכדו באתר באמצעות טכניקה מיוחדת הדורשת מיקרופון המסוגל למדוד לחץ, ומהירות חלקיקים בשלושה צירים אורתוגונליים, X, Y ו- Z. זה מספק מידע אקוסטי על החלל כמו השעה וכיוון הגעת ההשתקפויות. טכניקות דומות נפוצות כיום בייצור אודיו בצורה של reverbs.

כדי לעבד את שדה הקול בסביבה סוחפת השתמשנו בטכנולוגיה של Wave Field Synthesis (WFS) שפותחה על ידי עמיתי CSE, ד"ר איאן דראם ומר רוב אולדפילד. המערכת שפותחה משתמשת בטבעת של 64 מגברים ורמקולים, כל אחד מהם נשלט בנפרד באמצעות אלגוריתם מחשב. פיתחנו מערכת עיבוד היברידית המבוססת על עקרונות WFS ועקרונות אמביזון. השיטה שפותחה היא חדשה אך מבוססת על מושג פשוט:

‘ מקורות צליל יבשים מוצגים כמקורות ממוקדים תוך שימוש בעקרונות סינתזת שדות גל. מקורות ממוקדים ב- WFS מכילים את ההתנהגות הנכונה של חזיתות הגל כדי לתת למאזין רושם מדויק של לוקליזציה של המקור בתוך החלל. המערכת אינה תלויה במיקום המאזין, כלומר מאזין יכול לנוע בחופשיות מבלי לאבד את הכיוון הנכון של מקור הקול. המערכת מאפשרת גם תנועה בזמן אמת של מקורות אלה. ניתן לראות הדמיה של מקור ממוקד כאן:

התגובה האקוסטית של החלל מתקבלת באמצעות כיווץ אותות המקור היבש ותגובות הדחף התלת -ממדי (IR) הנמדדות באתר. מכשירי IR אלה מכילים את המידע הכיווני לצליל ואנרגיה ישירה, שהשתקף מהמשטחים. יש לעבד את מספרי ה- IR על מנת להסיר את המידע הצליל הישיר ’ מאחר וזה כבר קיים במרחב ההשמעה בצורה של המקורות הממוקדים.

מאזין בתוך מערכת העיבוד כפוף אפוא לרמזים הכיוונים הנכונים הנוצרים מחזיתות הגל המשוחזרות עבור המקורות הממוקדים וההשתקפות הסביבתיות התקפות של החלל. המערכת יוצרת סביבה מדויקת מבחינה תפיסתית, שבה כל מקורות הצליל שנבחרו ממוקמים בתוך החלל והיא עונה להם ומספקת את ההשתקפויות וההדהוד הנכונים. המערכת מספקת למעשה את החוויה השמיעה של הימצאות בתוך המעגל.

עבור ההדגמות הזמינות כאן, האורליזציות עובדו לצורך רבייה בינאורית (רבייה באמצעות אוזניות). העיקרון המיושם דומה לזה שהוסבר עבור WFS. אולם הוא ספציפי לרבייה בינאורית:

  1. מקורות צליל נוצרים מתוך הקלטות קול יבשות ’ ומיקומים במיקום בשדה האזנה עם שימוש בפונקציות העברה קשורות של Head Related (HRTF). כְּלוֹמַר. כדי למקם מקור 30 מעלות ימינה מול המאזין, האות למקור מפותל (פעולה מתמטית) עם HRTFs הנמדדים ב -30 מעלות הן לאוזניים ימין והן שמאל של סימולטור ראש ופלג גוף עליון.
  2. הסביבה המהדהדת, שהוסרה מהמידע הצלילי הישיר שלה, נמצאת בתאי ה- IR הנמדדים מהאתר. עבור כל כיוון של 5 מעלות, המשקל הנכון של תגובות הדחף בכיוון X ו- Y מסתובב עם ה- HRTFs המתאימים לשתי האוזניים ולאחר מכן מתערבב באות המקור.

לאחר מכן מכיל האאורליזציה את הרמזים הנכונים לאות המקור היבש ולאנרגיה המוחזרת מהחלל הסובב אותו. יש להאזין לדגימות האודיו הבאות מעל לאוזניות באיכות טובה לקבלת תוצאה מציאותית יותר.


מחקר חדש מעריך את האקוסטיקה הפרהיסטורית של סטונהנג '

נבנה לפני יותר מ -4,000 שנה, סטונהנג 'היא אנדרטה פרהיסטורית בווילדשייר, אנגליה, שיכולה הייתה להיות מקום קבורה ומקום לטקסים. ולמרות שלעולם לא נדע את תפקידה האמיתי, מהנדסים אקוסטיים באוניברסיטת סלפורד במנצ'סטר עשויים להמעיט כמה רמזים על ידי בניית מודל בקנה מידה אקוסטי של 1:12 כדי לקבוע כיצד הצליל הושפע מ -157 האבנים המקוריות שנבנו בשנת 2200 לפני הספירה. .


תמונות באדיבות מרכז המחקר לאקוסטיקה/אוניברסיטת סלפורד, מנצ'סטר

תוצאות המחקר שנערך באוניברסיטת סלפורד במנצ'סטר מובילות להבנה כיצד האבנים המופיעות באתר משפרות את הצליל והדיבור המוזיקלי, מה שהופך את הצליל לברור למשתתפים באמצעות הקרנת קולותיהם. המחקר מצביע על כך שהצלילים שנוצרו בתוך מעגל האבן מיועדים לנוכחים בפועל באותה סביבה אינטימית, ולא ישודרו באופן נרחב יותר לאנשים מבחוץ. הדבר מעיד על סתירה באשר למספר האנשים הרב הנדרש להובלה ולבניית האתר עם מספר האנשים המועט.

בניית ובדיקת המודל הייתה מאוד זמן רב, עבודה של אהבה, אך היא נתנה את התובנה המדויקת ביותר לגבי האקוסטיקה הפרהיסטורית עד כה, ו rsquo מעיר פרופסור טרבור קוקס, מנהיג הפרויקט באוניברסיטת סלפורד. עם כל כך הרבה אבנים שחסרות או נעקרות, האקוסטיקה המודרנית של סטונהנג 'שונה מאוד מזו של הפרהיסטוריה. & rsquo

דגם 1:12 נבנה באמצעות תערובת של הדפסה תלת מימדית ודפוס מיוחד. מכיוון שסטונהנג הוגדרה מחדש מספר פעמים בהיסטוריה, המהנדסים יצרו סידורים שונים לבדיקה שהראו כי שינויים אלה לא השפיעו על הצליל באופן דרסטי. הדבר איפשר למהנדסים להסיק כי הצליל אינו מניע עיקרי בבנייה, אך ככל הנראה יישור אסטרונומי.

בחינת האקוסטיקה של דגם בקנה מידה של סטונהנג 'נתנה כמה תובנות חדשות כיצד ניתן היה להשתמש באנדרטה בפרהיסטוריה. אמר סוזן גריני, היסטוריון נכסים בכיר למורשת אנגלית. התוצאות מראות שמוסיקה, קולות או קולות הקשה שהושמעו באנדרטה יכולים באמת להישמע רק על ידי העומדים בתוך מעגל האבן, מה שמרמז שכל הטקסים שהתקיימו היו אירועים אינטימיים. מרגש לראות כיצד טכניקות מודרניות של סריקת לייזר, הדפסה תלת מימדית ודוגמנות אקוסטיות יכולות לספר לנו על העבר הרחוק. & Rsquo


נחשפה אקוסטיקה מאתר עתיק

טרבור קוקס, פרופסור להנדסה אקוסטית באוניברסיטת סלפורד באנגליה, שהיה חלק מצוות המחקר, אמר: "הבעיה עם הדגמים האחרים שיש לנו היא שהאבנים אינן בדיוק הצורה והגודל הנכונות, וכיצד הצליל מתקשר עם האבנים תלוי באופן קריטי בצורות. "

סטונהנג 'התלת מימדית בגודל 1:12 בגודל האמיתי בפועל, במהלך היפוך החורף. מקור: טרבור קוקס/טוויטר

הצוות השתמש בעבודות ארכיאולוגיות על מנת לבנות מחדש את האנדרטה הפרה-היסטורית וכיצד היא הייתה נראית לפני 4,000 שנה.

במקור היה לסטונהנג ' 157 אבנים, רק היום 100 לְהִשָׁאֵר. בהעתק זה, הצוות בנה את המודל באמצעות היישור המקורי של 157 אבנים.

כיצד הצוות בנה גרסה המתאימה יותר לסטונהנג 'בפועל?

עבור #אקוסטיקאים להלן תוצאות ה- RT המקדימות ממודל סטונהנג 'עבור 12 מהעמדות שמדדנו. התמונה מציגה גם את המקור והמקלט בו אנו משתמשים לצורך בדיקת האולטרסאונד @salfordscience pic.twitter.com/LYk10XlaMZ

& mdash טרבור קוקס (@trevor_cox) 11 ביולי 2019

לפי קוקס, "אתה מדפיס אותם בתלת מימד ואז אתה יוצר מהם תבניות סיליקון, ואז אתה יוצק אותם בתערובת גבס-פולימר, ואז אתה מצייר אותם בצבע רכב". הוא הוסיף, "הרסתי את רצפת חדר האוכל שלי".


מודל בקנה מידה של "סטונהנג 'לגו" חושף את נוף הקול הייחודי של האנדרטה הפגאנית

הערות הקוראים

שתף את הסיפור הזה

מדענים בנו מודל בקנה מידה של סטונהנג ', המבנה המגלתי המפורסם של אבנים בווילטשייר שבאנגליה, ושימשו אותו לשחזור כיצד הצליל היה משתקף ממשטחי האבנים. They found that the arrangement of the stones likely would have amplified speech and enhanced music but only if one was within the circle, according to a recent study in the Journal of Archaeological Science.

Dubbed "Stonehenge Lego," the scale model is the work of acoustical engineer Trevor Cox of the University of Salford in England and several colleagues. (Fun fact: way back in 2007/2008, Cox conducted a yearlong study to identify the top 10 worst sounds. The sound of someone vomiting topped the list, followed by microphone feedback, wailing babies, and a train scraping along the track rails.) This latest paper builds on their preliminary findings last year. They've since been working on testing the acoustics of different configurations of the stones that would have existed at different times in the monument's long history.

Further Reading

Recreating historical "soundscapes" is part of a relatively young field known as acoustic archaeology (or archaeoacoustics). For instance, researchers have sought to understand how acoustics may have influenced the outcome of key Civil War battles, like the Battle of Seven Pines on May 31, 1862. Another effect of interest to acoustic archaeologists is the chirping sound—reminiscent of the call of the quetzal, a brightly colored exotic bird native to the region—when you clap your hands at the bottom of one of the massive staircases of the Mayan Temple of Kukulkan at Chichen Itza in central Mexico.

These soundscapes can have practical applications. Case in point: last year, the famed Notre Dame Cathedral in Paris was badly damaged in a fire. Fortunately, French acousticians had made detailed measurements of Notre Dame's "soundscape" over the last few years. Another scientist, Andrew Tallon, had used laser scanning to create precisely detailed maps of the interior and exterior. All that data will be instrumental in helping architects factor acoustics into their reconstruction plans, in hopes of preserving the cathedral's unique soundscape.

Further Reading

Stonehenge, too, has been known to exhibit unusual acoustic effects it hums in strong winds, for instance. And in 2017, researchers from London's Royal College of Art found that its igneous bluestones produce a loud clanging noise when struck, which those who built the monument may have associated with mystical or healing powers. That could explain why some of those stones were transported such long distances most were likely quarried in a Welsh town called Maenclochog (translation: "ringing rock"). Apparently, the local townspeople used the bluestones as church bells until the 18th century.

Acousticians have measured the properties of the monument as it exists today, but "the sound is very different from the past because so many stones are now missing or displaced," Cox et al. wrote in their latest paper. There is actually a full-scale model of Stonehenge in Maryhill, Washington, that is closer to its prehistoric formation, and scientists have measured its acoustical properties as well. But Cox et al. believe their scale model more accurately takes into account the shape and size of the actual stones.

"The problem with the other models we have is that the stones aren't quite the right shape and size, and how the sound interacts with the stones depends critically on the shapes," Cox told The Guardian last year. "Those blocks at Maryhill are all very rectangular, whereas real Stonehenge, when you look at it, they are all a bit more amorphous because they are made out of stones that have been hand chiselled."

Cox et al. relied upon laser scans of the site itself, along with existing archaeological evidence, to build their model, which is 1/12th the size of the real thing—as large a replica as the university's acoustic chamber could accommodate. The outer circle of standing sarsen stones likely numbered 30 originally. Today, there are five standing sarsen stones included in a total of 63 complete stones, along with 12 fragmented stones. Archaeologists have estimated a total of 157 stones were placed at the site some 4,200 years ago.

To make their model, Cox and his colleagues 3D-printed 27 stones of varying shapes and sizes. "You 3D print them and then you make silicon moulds out of them, and then you cast them in a plaster-polymer mix, and then you paint them in car paint," Cox told The Guardian. "I ruined my dining room floor." Then they placed the model into the sound chamber to make their measurements.

As we've reported previously, there is a definitive relationship between the quality of a room's acoustics, the size of the chamber, and the amount of absorption surfaces that are present. This is captured in a well-known formula for calculating reverberation time, still the critical factor for gauging a space's acoustical quality. Reverberation is not the same as an echo, which is what happens when a sound repeats. Reverb is what happens indoors when sound can't travel sufficient distance to produce those echoing delays. Instead, you get a continuous ring that gradually "decays" (fades).

Further Reading

Acousticians typically measure so-called "impulse responses" on location and store them digitally for later use. Clap your hands inside an empty concert hall or church. That's the impulse. (A starting pistol or a popping balloon are also good impulses.) The sound reflections you hear are the building's response. Record both impulse and response, then compare the acoustic profile with a recording of just the impulse for reference, and you can extract a model of the room's reverberations.

That's basically what Cox et al. have done with their scale model of Stonehenge. They placed several microphones and speakers throughout the structure, both inside the circle and just outside of it. Then they played chirping sounds of both high and low frequencies through the speakers, and the reflections of the sounds off the model stones were captured and recorded by the microphones.

They found that the reverberation time lasted about 0.6 seconds inside the circle for mid-frequency sounds—ideal for amplifying human speech, or the sounds of musical instruments like drums. (For comparison, your living room probably has a reverb of about 0.4 seconds. A large concert hall typically has a reverberation time of about two seconds, while a cathedral like Notre Dame has a very long reverb of roughly eight seconds.) But those sounds were not projected beyond the circle into the surrounding area, and there were no echoes, since the inner groups of stones served to muddle and scatter the sounds reflected off the outer circle.

Cox and his co-authors are careful to point out that the acoustical properties of Stonehenge were not necessarily the primary driver of the monument's unique design. "It seems improbable that sound was a primary driver in the design and arrangement of the stones at Stonehenge," they wrote. "Other considerations were more likely to be important, including the astronomical alignments, the incorporation of two different groups of stones, the replication of similar timber monuments, and the creation of an impressive and awe-inspiring architecture structure."

This latest study "shows that sound was fairly well contained within the monument and, by implication, [Stonehenge] was fairly well insulated from sounds coming in," archaeologist Timothy Darvill of Bournemouth University in England—who is not affiliated with the new research—told Science News, adding that the unique acoustical properties "must have been one of the fundamental experiences of Stonehenge."


It Turns Out That Stonehenge Had Excellent Acoustics

There’s been all sorts of scholarly theories about the purpose of Stonehenge over the years, but it turns out that the one characteristic rarely looked at is its acoustics. A research team from the University of Salford in England reproduced the historic site in 1/12th size and placed it inside an anechoic chamber to discover that its acoustic properties were profound and unexpected.

Similar experiments had actually been done before but never reproduced the same results because of the shape of the stones, which as it turns out, is critical. In this study, the exact shapes were reproduced via 3D printing and laser measurement. Not only that, all 157 of the original stones were included, instead of the 100 that are currently left standing.

Considering that the structure was built 4,000 years ago, it’s pretty amazing that the acoustics were given any thought. The researchers discovered that speech intelligibility inside the circle was excellent, as was the natural sounding reverb that was achieved. Since most people back then wouldn’t have been familiar with reverb in any manner (unless they visited a large cave) this would have been the perfect setting for a political or religious ceremony.

If you want to hear what it sounds like, check out the sound file below. You’ll hear the dry anechoic chamber versus the Stonehenge model.

And yes, the size is about the same as used in the Spinal Tap movie!


צפו בסרטון: מדפסת תלת מימד


הערות:

  1. Dait

    I congratulate, what words ..., bright idea

  2. Razvan

    בינינו, אני ממליץ לך לנסות את google.com

  3. Dosho

    It was interesting to read, but it was written a little dryly. קרא עוד :)

  4. Blagdan

    אני ממליץ לך להסתכל על האתר, עם מספר עצום של מאמרים בנושא שמעניין אותך.

  5. Narcissus

    Likely is not present

  6. Guramar

    זה לא מדאיג אותי.



לרשום הודעה