Будет ли оркестр на ходу звучать фальшиво для наблюдателя из-за эффекта Доплера?

Разница в высоте будет очень незначительной, так что некоторые очень хорошие уши могут заметить, но вполне вероятно, что многие инструменты будут немного расстроены в большей степени, чем эффект Доплера, вызванный на маршевой скорости.

Основываясь на формуле со страницы Википедии и предполагая, что марширующий музыкант перемещается от слушателя примерно на 0,5 метра в секунду, нота A 440 будет звучать так, как будто она составляет 439,35 Гц (при условии скорости звука 340,29 м / с). Это примерно 2,6 цента.

Для сравнения, G# ниже A 440 составляет 415,3 Гц. Если я доверяю своему цифровому гитарному тюнеру (а он довольно хороший), колебания высоты тона гитарной струны, сыгранной сильно, по мере затухания звука могут достигать 5 центов. Кроме того, я думаю, что 0,5 метра в секунду (1,5 фута в секунду) может быть быстрее, чем марширующий музыкант, вероятно, будет двигаться большую часть времени, и это предполагает, что марширующий движется прямо к слушателю или от него. Если марширующий движется под углом или вбок, эффект Доплера будет значительно уменьшен.

Изменить добавление дополнительных чисел для маршевой скорости 2 м/с.

Ответ Мэтта Патнэма показывает, что 0,5 м/с на самом деле медленны для марширующего музыканта. Приняв его число за 2 м/с и предполагая наихудший сценарий, когда один музыкант марширует прямо на слушателя, а другой — прямо от него, я снова посчитаю числа.

Музыкант, марширующий во время игры A 440, будет сдвинут до 437,43 Гц, что составляет чуть более 10 центов. Тот, что идет к слушателю, будет смещен до 442,6 Гц, что составляет чуть более 10 центов. Итого 20 центов приближается к половине четверти тона и заметно. Частота биений между ними чуть более 5 Гц.

Опять же, это худший сценарий. На практике это, вероятно, не часто замечают из-за различий в настройке инструментов, нескольких инструментов, играющих одни и те же партии, но имеющих разные доплеровские сдвиги, плюс на стадионе с реверберацией и шумом толпы еще труднее услышать доплеровские сдвиги изолированно. Так что да, теоретически это заметно, но, вероятно, его трудно выделить из всех других нежелательных вещей, происходящих со звуком в целом.

Да, это определенно может произойти в заметной степени.

Допустим, перед публикой стоит блок труб, а в упражнении колонны попеременно движутся вперед и назад. Если размер шага составляет от 6 до 5 (6 шагов на 5 ярдов) в темпе мм = 160, это означает, что каждый игрок движется со скоростью более 2 м/с. Суммарная относительная разница скоростей в 4 м/с составляет примерно 1% от скорости звука, что соответствует разнице в частоте примерно в 1%. Полтона в 12-тональной равной темперации — это разница около 6%. Таким образом, это означает, что эффект Доплера приведет к тому, что ноты будут разнесены примерно на 1/6 полушага, что очень заметно даже для нетренированных ушей.

Судя только по названию, ответ - нет.

Доплеровский сдвиг является относительным: это коэффициент, который умножается на частоту тонов, сдвигая их все вверх или вниз на одинаковую относительную величину. Поскольку наш слух (как по громкости, так и по высоте тона) является логарифмическим, единственное, что мы заметим, это транспонирование всей воспроизводимой пьесы. Но сама группа настроена.

В качестве примера рассмотрим два инструмента, играющих два ля: один на канонической частоте 440 Гц, другой на октаву ниже, на частоте 220 Гц. Если музыканты сидят в открытой машине, движущейся со скоростью 72 км/ч (20 мс/) по направлению к слушателю, доплеровский фактор равен 330/310 = 1,064516 (330 м/с для скорости звука). Теперь 440 A будет звучать на частоте 468,4 Гц, что близко к ля-диезу. 220 A теперь звучит на 234,1935, что также близко к ля-диезу, всего (или все же) на октаву ниже. «Пьеса» транспонирована на половину ноты, но в остальном созвучна.

Если у вас абсолютный слух, то да, это будет звучать фальшиво. Но с музыкальной точки зрения звучит нормально.

Это также является причиной того, что любое музыкальное произведение, воспроизводимое по радио (скажем, из проезжающей машины) к вам или от вас, по-прежнему звучит хорошо. Только когда машина приближается и относительная скорость машины по отношению к наблюдателю меняется, звук отключается.

Если бы полоса была близкой, все стало бы немного сложнее: относительная / прогнозируемая скорость по отношению к наблюдателю различных инструментов в большой полосе была бы разной. (Возможно, вы захотите сделать набросок этого.)
Представьте себе длинную вереницу участников группы, проходящих с разумной скоростью: первые уже прошли мимо вас, производя для вашего слуха более низкую ноту, в то время как последние все еще приближаются к вам. вы, производя более высокую ноту. Человек, проходящий прямо перед вами, имеет относительную скорость 0 м/с (в направлении, в котором распространяются звуки между ним и вами), и нота этого инструмента имеет правильную абсолютную высоту. Но группа в целом будет звучать искаженно и фальшиво.

Группа звучит музыкально «фальшиво», если интервалы между нотами, играемыми разными участниками, фальшивы.

В статье Википедии об эффекте Доплера говорится, что все частоты умножаются на один и тот же коэффициент. Этот коэффициент приблизительно равен (1 - Δv / c ) , где c — скорость звука, а Δv — скорость изменения расстояния между источником и слушателем. Таким образом, если нота ля выше средней до смещается с концертных 440 Гц на 443 Гц или 437 Гц, высота тона на октаву ниже смещается с 220 Гц на 218,5 Гц или 221,5 Гц, а высота на квинту выше смещается с 660 Гц (или около того). ) до 664,5 Гц или 655,5 Гц. Они не гармонируют с концертным тоном, но пока вся группа движется к слушателю или от него, они остаются в гармонии друг с другом.

Но чем марширующий оркестр отличается от того, кто носит бум-бокс, так это тем, что не все участники обязательно имеют одинаковую Δ v . Во время парада, когда полоса приближается к вам, Δ v каждого становится отрицательным, в результате чего вся полоса становится более или менее одинаково резкой. Но когда он проходит мимо вашего места, музыканты в начале очереди маршируют от вас, а те, кто сзади, маршируют к вам. Это означает, что они имеют разные Δ v , в результате чего те, что впереди, звучат плоско, а те, что сзади, - резко, пока не пройдет вся полоса. Однако музыканты слышат одно и то же Δv, потому что их относительное расстояние друг от друга не меняется.

Когда школьный или университетский оркестр выступает на футбольном поле, он выстраивает тренировочные порядки, исполняя попурри, включающее школьную боевую песню. Когда участники меняют строй, одни участники маршируют к вам, а другие прочь, когда они проходят через строй. Это приводит к изменению их Δ v , что сбивает участников, приближающихся к части стадиона, не в ладу с участниками, марширующими в противоположном направлении.

С музыкальной точки зрения это можно скрыть барабанными соло. Во время парада группа может на мгновение остановиться и сыграть припев, прежде чем перейти к барабанному соло, проходя мимо телекамер, а съемочная группа может использовать направленный микрофон, чтобы попытаться уловить следующую группу с ее униформой Δ v , как и предыдущая. полосы проходят. При написании для марширующего оркестра композитор может давать соло на барабанах во время самых больших изменений формации или давать ноты только части, движущейся в одном направлении. Однако духовые инструменты с раструбом, используемые в марширующих оркестрах, несколько сводят это к минимуму, поскольку их остронаправленный звук делает резкие приближающиеся инструменты громче, чем плоские удаляющиеся.