Yeni bir üniversite mezunu, elementlerin yaydığı görünür ışığı sese çevirerek her biri için benzersiz, karmaşık sesler yarattı. Kredi: W. Walker Smith ve Alain Barker
Yeni bir üniversite mezunu, periyodik tablodaki elementlerin yaydığı görünür ışığı karmaşık seslere dönüştürmek için veri sonifikasyonunu kullandı ve interaktif, müzikal periyodik tablo. Araştırmacı W. Walker Smith, Indiana Üniversitesi’ndeki danışmanlarla işbirliği yaparak her bir elementin ışık verilerini nota karışımlarına dönüştüren ve renk dalga boylarının ayrı ayrı sinüs dalgalarına dönüştüğü bir bilgisayar kodu geliştirdi. Sonuç, basit akorlardan daha karmaşık kalıplara kadar bir dizi benzersiz ses oldu. Smith, bu teknolojiyi bir müzik aletine dönüştürmeyi ve Bloomington, Indiana’daki WonderLab Bilim, Sağlık ve Teknoloji Müzesi’nde potansiyel olarak kimya sınıflarında alternatif bir öğretim yöntemi sunan etkileşimli bir sergi oluşturmayı planlıyor.
Kimyada, He, Fe ve Ca’ya sahibiz – peki ya do, re ve mi? Elementlerin periyodik tablosuna bakıldığında akla ilk gelen şey, akıl almaz derecede güzel melodiler değildir. Bununla birlikte, yeni bir üniversite mezunu, veri sonifikasyonu adı verilen bir teknik kullanarak, elementlerin yaydığı görünür ışığı sese dönüştürdü ve her biri için benzersiz, karmaşık sesler yarattı. Bugün, araştırmacı etkileşimli, müzikli bir periyodik tabloya doğru ilk adımı bildiriyor.
Araştırmacı, sonuçlarını American Chemical Society’nin (ACS) bahar toplantısında sundu. ACS İlkbahar 2023, çok çeşitli bilim konularında 10.000’den fazla sunumun yer aldığı karma bir toplantıdır.
Daha önce, projenin tek araştırmacısı olan W. Walker Smith , müzik ve kimya tutkularını birleştirdi ve moleküllerin doğal titreşimlerini bir müzik bestesine dönüştürdü. Smith, “Sonra skandiyum gibi elementler tarafından salınan ışığın farklı dalga boylarının görsel temsillerini gördüm” diyor. “Muhteşem ve karmaşıklardı ve ‘Vay canına, bunları da müziğe dönüştürmek istiyorum’ diye düşündüm.”
Öğeler enerjilendiklerinde görünür ışık yayarlar. Bu ışık, her bir öğe için benzersiz olan parlaklık seviyelerine sahip birden çok ayrı dalga boyundan veya belirli renklerden oluşur. Ancak Smith, kağıt üzerinde, farklı elementler için dalga boyu koleksiyonlarının, özellikle binlerce ayrı renge sahip olabilen geçiş metalleri için görsel olarak ayırt edilmesinin zor olduğunu söylüyor. Işığı ses frekanslarına dönüştürmek, insanların elementler arasındaki farkları tespit etmesinin başka bir yolu olabilir.
Ancak, periyodik tablodaki elementler için ses yaratmak daha önce yapıldı. Örneğin, diğer bilim adamları, en parlak dalga boylarını geleneksel bir piyanodaki tuşlarla çalınan tek notalara atadılar. Ancak şu anda Indiana Üniversitesi’nde araştırmacı olarak görev yapan Smith, bu yaklaşımın bazı elementler tarafından salınan zengin dalga boyu çeşitliliğini yalnızca birkaç sese indirgediğini açıklıyor.
Element spektrumlarının karmaşıklığını ve nüansını olabildiğince korumak Smith, kimya bölümünde profesör olan Ph.D. David Clemmer ve Jacobs Müzik Okulu’nda profesör olan D.M.A. Chi Wang da dahil olmak üzere Indiana Üniversitesi’ndeki fakülte danışmanlarına mümkün olduğunca danıştı. Smith, onların yardımıyla, her bir öğenin hafif verilerini nota karışımlarına dönüştüren gerçek zamanlı ses için bir bilgisayar kodu oluşturdu. Ayrık renk dalga boyları, frekansı ışığınkine karşılık gelen ayrı ayrı sinüs dalgaları haline geldi ve genlikleri ışığın parlaklığıyla eşleşti.
Araştırma sürecinin başlarında Clemmer ve Smith, ışık ve ses arasındaki kalıp benzerliklerini tartıştılar. titreşimler. Örneğin, görünür ışık renklerinde menekşe, kırmızının frekansının neredeyse iki katına sahiptir ve müzikte frekansın bir ikiye katlanması bir oktava karşılık gelir. Bu nedenle, görünür ışık bir “ışık oktavı” olarak düşünülebilir. Ancak ışığın bu oktavı, işitilebilir aralıktan çok daha yüksek bir frekanstadır. Bu nedenle, Smith sinüs dalgalarının frekanslarını yaklaşık 10-12 oranında küçülterek, ses çıkışını insan kulağının ses perdesindeki farklılıklara en duyarlı olduğu bir aralığa sığdırdı.
Bazı öğelerin yüzlerce veya binlerce frekansı olduğundan, kod, bu notaların gerçek zamanlı olarak üretilmesine, birbirine karıştıkça armoniler ve vuruş kalıpları oluşturmasına izin verdi.Örneğin, kalsiyum, frekansların birbirleriyle etkileşiminden kaynaklanan bir ritimle birlikte çınlayan çanlar gibi ses çıkarır. Diğer bazı unsurların notalarını dinlemek, Smith’e sevimsiz korku filmlerinde kullanılan müziğe benzer, ürkütücü bir arka plan gürültüsünü hatırlattı. Çok sayıda renge sahip olmasına rağmen “vibrato ile majör bir akoru söyleyen meleksi bir koro” gibi ses çıkaran çinko elementi onu özellikle şaşırttı.
“Bazı notaların akortu yok ama Smith unsurların müziğe bu çevirisinde buna sadık kaldı” diyor Clemmer. Müzikal olarak mikrotonlar olarak bilinen bu ton dışı tonlar, geleneksel bir piyanonun tuşları arasında bulunan frekanslardan gelir. Aynı fikirde olan Wang, “Veri sonifikasyonu yaparken neyin korunmasının hayati önem taşıdığına ilişkin kararlar hem zorlayıcı hem de ödüllendirici. Ve Smith, müzikal açıdan bu tür kararları vererek harika bir iş çıkardı.”
Bir sonraki adım, Bloomington’daki WonderLab Bilim, Sağlık ve Teknoloji Müzesi’nde bir sergiyle bu teknolojiyi yeni bir müzik enstrümanına dönüştürmek. , Indiana. Smith, “Hem çocukların hem de yetişkinlerin bir öğeyi seçip görünür ışık spektrumunun bir görüntüsünü görmelerine ve aynı anda duymalarına olanak tanıyan etkileşimli, gerçek zamanlı bir müzikal periyodik tablo oluşturmak istiyorum” diyor. Bu sese dayalı yaklaşımın, kimya sınıflarında alternatif bir öğretim yöntemi olarak potansiyel değere sahip olduğunu, çünkü görme engelleri ve farklı öğrenme stilleri olan kişileri kapsadığını ekliyor.
28 Mart Salı günü, ACS Bahar 2023 sırasında Toplantıda Smith, elementlerden birkaçının ses kliplerinin yanı sıra daha büyük moleküllerin “kompozisyonlarının” yer aldığı “The Sound of Molecules” adlı gösteriyi seslendirdi.
Meeting: ACS Spring 2023
{2 }Başlık
Etkileşimli bir müzikal periyodik tablo tasarlama: görünür element emisyon spektrumlarının sonifikasyonu
Özet
Helyum elementi kulağa nasıl geliyor? Peki ya hidrojen? Bunlar saçma sorular gibi görünse de, kimyasal elementlerin görünür spektrumlarını seslere dönüştürmek için veri sonifikasyon süreci kullanılabilir. Elektrik veya ısı ile uyarıldıklarında, elementler elektron enerji seviyelerine bağlı olarak farklı dalga boylarında ışık yayarlar; bu, her elemente özgü bir tür “kimyasal ayak izi”dir. Farklı renkler olarak algıladığımız bu ışık frekansları, farklı ses frekansları elde etmek için ses aralığına ölçeklendirilebilir ve kimyasal elementlerin farklı seslerinin duyulmasını sağlar. Bu araştırma projesi, yüksek çözünürlüklü spektral veri kümelerinden temel tayfların müzikal ve görsel temsillerini birleştiren etkileşimli bir müzikal periyodik tablonun oluşturulmasını içeriyordu.
Etkileşimli periyodik tablo, Max/MSP kullanan bir programlama dili olan Max/MSP kullanılarak tasarlanmıştır. gerçek zamanlı ses ve görsel çıktılar oluşturmak için dijital sinyal işleme (DSP) algoritmaları. Bu, bir öğenin tüm spektral çizgilerinin aynı anda (“akor” olarak) veya tek tek çizgilerin art arda (“melodi” olarak) çalınmasına izin verir. Bu son derece disiplinlerarası proje, veri analizi, STEAM (STEM + Arts) eğitimi ve kamu bilimi erişimini kapsayan uygulamalara sahiptir. Bilimsel verilerin sonlandırılması, bu tür verilerin kör ve görme engelli insanlara erişimini genişletebilecek alternatif analiz yöntemleri sağlar. Sonifikasyon, ek bir işitsel bilgi katmanı sağlayarak geleneksel veri görselleştirme yoluyla veri analizini bile geliştirebilir ve sonifikasyona dayalı öğrenme modellerinin öğrencilerin katılımını ve protein katlanması gibi bilimsel kavramları anlamasını iyileştirdiği gösterilmiştir.
Bu program, şu anda birkaç ortaokul ve lise müzik ve fen dersinde ve ayrıca WonderLab Bilim Müzesi’nde “The Sound of Molecules” adlı halka açık bir müzik/bilim şovunda uygulanıyor. Gelecekteki çalışmalar, programın özel DSP yazılımı gerektirmeyen ücretsiz ve açık kaynaklı bir sürümünü tasarlamaya odaklanacaktır.
Smith, Indiana Üniversitesi Kimya Bölümü, Elektronik ve Bilgisayar Müziği Merkezi ve Kırsal Katılım Merkezi; Indiana Üniversitesi Lisans Araştırma bursu; 2022 Yıllık Proje Hızlı Başlangıç İnovasyon Yarışması; ve Indiana University Hutton Honors College Hibe Programı.
.