ให้ความรู้เรื่องเสียง

นักวิจัยจะนำเสนอผลงานของเขาในการประชุมฤดูใบไม้ผลิของ American Chemical Society (ACS) ก่อนหน้านี้ ดับบลิว วอล์กเกอร์ สมิธ ผู้ตรวจสอบเพียงคนเดียวของโปรเจ็กต์นี้ ได้นำความหลงใหลในดนตรีและเคมีมาผสมผสานกัน และแปลงการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของโมเลกุลให้เป็นองค์ประกอบทางดนตรี "จากนั้นฉันก็เห็นภาพของความยาวคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องของแสงที่ปล่อยออกมาจากองค์ประกอบต่างๆ เช่น สแกนเดียม" สมิธกล่าว "พวกเขางดงามและซับซ้อน และฉันก็คิดว่า 'ว้าว ฉันอยากเปลี่ยนสิ่งเหล่านี้ให้เป็นเพลงด้วย'" องค์ประกอบเปล่งแสงที่มองเห็นได้เมื่อมีพลังงาน แสงนี้ประกอบด้วยความยาวคลื่นหลายช่วงหรือสีเฉพาะ โดยมีระดับความสว่างที่ไม่ซ้ำกันสำหรับแต่ละองค์ประกอบ แต่บนกระดาษ คอลเลกชันของความยาวคลื่นสำหรับองค์ประกอบต่างๆ นั้นยากที่จะแยกแยะด้วยสายตา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะทรานซิชัน ซึ่งสามารถมีสีต่างๆ ได้นับพันสี Smith กล่าว การแปลงแสงเป็นความถี่เสียงอาจเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ผู้คนจะตรวจจับความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบต่างๆ ได้ อย่างไรก็ตาม การสร้างเสียงให้กับธาตุในตารางธาตุนั้นเคยทำมาก่อนแล้ว ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้กำหนดความยาวคลื่นที่สว่างที่สุดให้กับโน้ตเดี่ยวที่เล่นโดยคีย์บนเปียโนแบบดั้งเดิม แต่วิธีการนี้ลดความยาวคลื่นที่หลากหลายที่ปล่อยออกมาจากองค์ประกอบบางอย่างให้เหลือเพียงเสียงไม่กี่เสียง สมิธซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยอินเดียนาอธิบาย เพื่อรักษาความซับซ้อนและความแตกต่างของสเปกตรัมองค์ประกอบให้ได้มากที่สุด Smith ได้ปรึกษาอาจารย์ที่ปรึกษาที่ Indiana University ซึ่งรวมถึง David Clemmer, Ph.D., ศาสตราจารย์ในภาควิชาเคมี และ Chi Wang, DMA, ศาสตราจารย์ใน โรงเรียนดนตรีจาคอบส์ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา Smith ได้สร้างรหัสคอมพิวเตอร์สำหรับ เสียง แบบเรียลไทม์ที่แปลงข้อมูลแสงของแต่ละองค์ประกอบให้เป็นโน้ตผสมกัน ความยาวคลื่นสีที่ไม่ต่อเนื่องกันกลายเป็นคลื่นไซน์แต่ละคลื่นที่มีความถี่ตรงกับของแสง และแอมพลิจูดของคลื่นนั้นตรงกับความสว่างของแสง ในช่วงต้นของกระบวนการวิจัย Clemmer และ Smith ได้หารือเกี่ยวกับความคล้ายคลึงกันของรูปแบบระหว่างการสั่นสะเทือนของแสงและเสียง ตัวอย่างเช่น ภายในสีของแสงที่มองเห็นได้ สีม่วงมีความถี่เกือบสองเท่าของสีแดง และในดนตรี ความถี่สองเท่าหนึ่งเท่าจะสอดคล้องกับอ็อกเทฟ ดังนั้น แสงที่มองเห็นได้จึงถูกมองว่าเป็น "แสงคู่" แต่อ็อกเทฟของแสงนี้มีความถี่สูงกว่าช่วงเสียงที่ได้ยินมาก ดังนั้น Smith จึงลดขนาดความถี่ของคลื่นไซน์ลงประมาณ 10 -12เพื่อให้เอาต์พุตเสียงอยู่ในช่วงที่หูของมนุษย์ไวต่อความแตกต่างของระดับเสียงมากที่สุด เนื่องจากองค์ประกอบบางอย่างมีความถี่เป็นร้อยหรือเป็นพัน โค้ดจึงอนุญาตให้สร้างโน้ตเหล่านี้ได้แบบเรียลไทม์ สร้างเสียงประสานและรูปแบบการเต้นเมื่อผสมกัน "ผลที่ได้คือองค์ประกอบที่เรียบง่ายกว่า เช่น ไฮโดรเจนและฮีเลียม ให้เสียงที่คลุมเครือเหมือนคอร์ดดนตรี แต่ส่วนที่เหลือมีชุดเสียงที่ซับซ้อนกว่า" สมิธกล่าว ตัวอย่างเช่น แคลเซียมส่งเสียงเหมือนระฆังที่ตีเป็นจังหวะซึ่งเป็นผลมาจากความถี่ที่กระทบกัน การฟังโน้ตจากองค์ประกอบอื่นๆ บางอย่างทำให้ Smith นึกถึงเสียงเบื้องหลังที่น่ากลัว ซึ่งคล้ายกับเพลงที่ใช้ในภาพยนตร์สยองขวัญสุดหลอน เขารู้สึกประหลาดใจเป็นพิเศษกับธาตุสังกะสี ซึ่งแม้จะมีสีจำนวนมาก แต่ก็ฟังดูเหมือน “โน้ตบางตัวฟังดูแปร่งๆ แต่สมิธยังคงยึดมั่นในการแปลองค์ประกอบต่างๆ ออกมาเป็นดนตรี” เคลมเมอร์กล่าว โทนเสียงนอกคีย์เหล่านี้ -- เรียกกันทางดนตรีว่า ไมโครโทน -- มาจากความถี่ที่พบระหว่างคีย์ของเปียโนแบบดั้งเดิม Wang กล่าวว่า "การตัดสินใจว่าอะไรสำคัญต่อการรักษาไว้เมื่อทำ data sonification นั้นทั้งท้าทายและคุ้มค่า และ Smith ก็ทำได้ดีมากในการตัดสินใจเช่นนี้จากมุมมองทางดนตรี" ขั้นตอนต่อไปคือการเปลี่ยนเทคโนโลยีนี้ให้เป็นเครื่องดนตรีชนิดใหม่โดยจัดแสดงที่พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ สุขภาพ และเทคโนโลยี WonderLab ในเมืองบลูมิงตัน รัฐอินเดียนา "ฉันต้องการสร้างตารางธาตุดนตรีแบบอินเทอร์แอกทีฟแบบเรียลไทม์ ซึ่งช่วยให้ทั้งเด็กและผู้ใหญ่สามารถเลือกองค์ประกอบและดูการแสดงสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้และได้ยินพร้อมกัน" สมิธกล่าว เขาเสริมว่าวิธีการสอนแบบใช้เสียงนี้มีประโยชน์ในฐานะวิธีการสอนทางเลือกในห้องเรียนวิชาเคมี เนื่องจากเป็นวิธีที่ครอบคลุมผู้ที่มีความบกพร่องทางการมองเห็นและมีรูปแบบการเรียนรู้ที่แตกต่างกัน