Почему шуршат листья?

Осенний парк умеет сочинять музыку без репетиций. Стоит ветру шевельнуть крону — и тишина рассыпается на шелест, шорох, еле слышный звон сухих жилок. Мы привыкли считать данное фоном к прогулке, чем-то «по умолчанию». Но если остановиться и прислушаться, слышно физику — работу воздуха, упругость листа, трение, микроскопические «взрывы» ломких прожилок под подошвой. Никакой мистики: звук рождается там, где что-то колеблет воздух. А листья — идеальные колебатели: лёгкие, широкие, с краями, которые любят цепляться друг за друга. Давайте разберём, почему именно так шуршит осень, откуда берётся «хруст» под ногами и как на эту симфонию влияют влажность, форма листа, направление ветра и даже вечерние перепады температуры. Шелест с точки зрения звука Звук — колебания давления в воздухе. Когда один лист ударяется о другой, трётся об кору или гнётся и отпружинивает, он толкает воздух — и волна долетает до нашего уха. Осенний шелест — не один чистый тон, как у камертонa, а россыпь очень коротких импульсов и слабых трений в широком диапазоне частот. В сумме получается то, что акустики называют «шумом с розовым уклоном»: низких частот чуть больше, высокие подмешаны как специи. Поэтому у шороха есть глубина, но и «искры» слышны — особенно у сухих листьев. Ветер, влажность и структура листа Лист сам по себе не шумит — его приводит в движение турбулентность. Поток воздуха вокруг ветки рвётся на вихри самых разных размеров: от крупных «валиков», дергающих всю крону, до крошечных завихрений у кромки листа. Когда вихрь попадает в диапазон собственных частот листа, начинается флаттер — колебания вроде дрожи флажка. Частота зависит от площади, массы и жёсткости пластины: тонкие и лёгкие дрожат быстрее и «светлее», тяжёлые и жёсткие — медленнее и «глуше». У осины есть знаменитый секрет: сплющенный черешок. Он действует как маленькое крыло, которое легко «срывает» поток — отсюда дрожь даже при лёгком ветре.У клёна лист крупный: его колышет реже, зато звук шире, «бархатнее».Дубовые лопасти жёстче — их удар друг о друга звучит глубже, с маленьким «дзынь» жилки.Фото: Azimbek Assarov on Unsplash Почему сухо — громче, мокро — тише? Тут работают три эффекта: Масса. Вода делает лист тяжелее: его собственная частота падает, и он колышется медленнее. Высокие частоты уходят первыми — шелест становится глухим. Демпфирование. Влага — отличный «поглотитель». Между двумя мокрыми поверхностями появляется тонкая плёнка, которая уводит энергию колебаний в вязкое трение — как играть смычком по подушке. Трение. Сухие кромки цепляются и «проскальзывают» рывками — возникает stick-slip (прилипание-срыв), тот самый бархатный «шшш-шш», перемежаемый микроскопическими щелчками. Мокрые кромки уже не царапают друг друга — они «липнут» и скользят мягко. Отсюда простой вывод гуляки: хотите наслушаться листопадного «винила» — идите в сухой, но не ветреный день. После дождя парк звучит басовитее, реже и тише. Роль формы и поверхности листа: Край. Зубчатые и лопастные кромки (дуб, вяз) дают больше микростолкновений и «кликают» веселей. Гладкие овальные (липa) — спокойнее, равномернее. Поверхность. Восковой налёт у магнолий, глянцевитость у каштана — это почти барабанный пластик: удар ярче. Мягкий пушок (у некоторых берёз и ив) — естественный демпфер, шелест делается нежнее. Жилки. «Арматура» листа. Когда он гнётся, жилки слегка трескивают и щёлкают — отсюда звонкий оттенок у совсем сухих, ломких листьев. Хруст под ногами: мини-фейерверк трещин Почему сухая подстилка так вкусно «хрустит»? Срабатывает квазихрупкий излом. У сухого листа клетки обезвожены, стенки потеряли эластичность. Когда мы наступаем, давление растёт и по сети прожилок разбегаются микроразрушения — трескаются мостики между клетками, лопаются тонкие жилки. Каждая трещинка — короткий импульс звука. Их тысячи, и они складываются в хруст. Плюс воздух в «бутерброде» из опавшей листвы. Между слоями много пор. Мы сжимаем этот «листовой матрас», и воздух просачивается наружу — издавая дополнительные тихие «пшш». Влажные листья ведут себя иначе: вода склеивает слои, трещин почти нет, слышен лишь приглушённый шлёп и шорох трения. Фото: Alora Griffiths on Unsplash Чем суше и холоднее — тем «стекляннее» хруст. Тёплый сухой день — шелковый шорох; холодный сухой вечер — звонкий «крак-крак». От соло одиночного листа к хору кроны Шелест одной ветки — несколько десятков источников. У всей кроны — десятки тысяч. Ветер идёт порциями, и в каждой порции — свой набор вихрей. Поэтому общий звук напоминает дыхание: всплеск — пауза — новый всплеск, как волны. Мы слышим то фронт ударов листьев друг о друга, то «флаттер» больших пластин, то трение кроны о соседнюю крону. Важно и пространство. Шум идёт сверху вниз; часть поглощают мягкая земля, трава, мох, часть «подсушивает» влажный воздух (в нём высокие частоты гаснут быстрее). Вечером, когда воздух выравнивается по температуре и возникает инверсия, дальние звуки вдруг слышны отчётливей: шелест далёких деревьев «перекатывается» километрами. Почему мозгу от этого спокойно? Шелест листвы — широкополосный, но мягкий звук без резких всплесков. Он непредсказуем в деталях, но предсказуем в целом — как камин или прибой. Для нервной системы это сигнал «опасности нет»: нет высоких, резких, «алармных» пиков, которые природа приберегла для треска ветки под лапой хищника или крика. Поэтому парк «успокаивает» не поэзией, а акустикой. Маленькие эксперименты в парке: Возьмите два листа от разных деревьев и поочерёдно согните у уха. У клёна услышите «шелест складки», у дуба — крошечный «дзынь» прожилки.Бросьте сухой лист на мокрый асфальт и на сухую землю. Первый даст шлепок, второй — шипение.Поднесите лист к струе слабого ветра (на углу аллеи) и покрутите. Почувствуете момент, когда начнётся флаттер — лист загудит еле слышно.Сравните березовую и осиновую аллеи в один и тот же день: у осины дрожание более «пульсирующее», у берёзы — равномерный шорох.Запишите на телефон шелест утром и вечером. Вечером высокие частоты «короче», общий звук ближе и плотнее. О ветре, погоде и одежде Сила шума растёт с ветром нелинейно: после определённой скорости листья уже не «переговариваются», а бьются — и шелест превращается в гул с хлопками. После дождя звук тише, но контрастней: отдельные удары слышны лучше, общая «вуаль» уходит. А ещё на картину влияете вы сами: капюшон с козырьком срезает часть высоких частот, шерстяная шапка «теплит» звук. Снимите капюшон хотя бы на минуту — и парк зазвучит иначе. Деревья и их характер в шорохе Дуб. Плотные, жёсткие лопасти, выраженные жилки. Шорох «зернистый», с металлической ноткой в сухую погоду. Клён. Широкая пластина — «бархатный» шелест, особенно в слабый ветер. Берёза. Тончайшая листовая ткань — шёлк и шёпот, много высоких. Осина. Легендарная дрожь: флаттер запускается с пустякового порыва, уши ловят «тремоло». Липа. Гладкий край, мягкая поверхность — почти шёлковая ткань. Каштан. Глянец и массив — звуки «плотные», с мягкими хлопками. Перечисленное, разумеется, не строгая наука, а слуховой портрет. Но ухо быстро учится различать породы, если дать ему пару попыток. Фото: Scott Webb on Unsplash Зачем всё это знать? Во-первых, ради удовольствия: услышанное осмысленнее переживается. Во-вторых, для практики — фотографам, звукорежиссёрам, учителям на прогулках с детьми. Легко превратить парк в лабораторию: где звук тише и почему, как меняется шорох после дождя, что делает капюшон с картиной мира. Способ подружить слух и внимание. Осенний шорох — не «фон природы», а результат работы множества простых механизмов. Ветер рвёт поток на вихри, листы входят в резонанс и дрожат, кромки трутся и срываются, прожилки щёлкают, подстилка под ногами выпускает тысячами микротрещин свой «крак-крак». Вода добавляет массы и гасит высокие; форма и поверхность листа задают тембр; вечерняя атмосфера тянет звуки дальше, чем днём. Если хочется услышать осень по-взрослому, попробуйте в следующий сухой день свернуть в аллею и на минуту замолчать. Снимите капюшон, возьмите по листу в руки, согните и послушайте, как воздух пишет музыку к вашему маршруту. Никакого волшебства — одна физика. Но в простоте есть своё чудо: понимаешь, почему шуршит, и шуршание от этого становится только ближе. ...

Эту статью описывают теги: осень, листья, звуки