Etsin yksinkertaista selitystä vihellyksen toiminnalle. Tiedän että pakottaa ilmaa terävän huulen yli pystyy asettamaan aallon resonoivaan onteloon, mutta miten ? ”Useimmat pillit toimivat virtauksen epävakauden ja akustiikan välisen palautemekanismin vuoksi” – kyllä, mutta mitä tekee palautemekanismi näyttää tältä?
Yllätyin siitä, että en löytänyt verkosta peruskaaviota, joka osoitti pillin toiminnan. Löysin paljon tällaisia kuvia: 
… mutta tällaisista kuvista ei ole hyötyä, koska ne eivät näytä tarkalleen mitä värähtely tuottaa!
Vastaa
Tarkastellaan kysymyksessä esitettyä tietyn tyyppistä pilliä.
Kun puhallamme pilliä, ilma pakotetaan kiirehtimään ulos kapean aukon läpi. Ilmavirta virran keskellä on merkittävästi nopeampi kuin päävirran lähellä oleva viereinen ilma. Jos ilmavirta taipuu helposti (epävakaa), syntyy pyörreitä. Jos sama tapahtuu toistuvasti, syntyy paljon muita pyörteitä, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Nämä pyörteet aiheuttavat ilmanpaineen vaihtelevan ajoittain, joten syntyy ääniaalto. Tämän ääniaallon taajuus liittyy pyörteiden irtoamisnopeuteen. Koska prosessi on melko kaoottinen, tuotetaan useita eri nopeuksia tai taajuuksia kerralla.
Kuten kuvasta näet, virta on jaettu kahteen osaan. Yksi osa tulee ulos aukosta ja toinen osa pysyy sisällä. Sisään jäänyt ääniaalto häiritsee toisiaan. Jos äänen taajuus ei sovi mihinkään kammion resonanssitaajuuteen, aallot häiriintyvät tuhoisasti ja häviävät nopeasti. Jos taajuus kuitenkin vastaa onkalon resonanssitaajuutta, aallon amplitudi kasvaa ylitöitä. Kasvunopeus laskee amplitudin kasvaessa. Lopulta se saavuttaa vakaan tilan. Tässä vaiheessa ääniaallon amplitudi on riittävän voimakas, jotta äänestä tulee hyvin kuultava. Ääniaalto tulee ulos reiästä, leviää voimakkaasti ja saavuttaa lopulta korvamme.
Joissakin pilleissä pieni pallo pomppii ontelon sisällä. Pallo muuttaa ontelon muodon ja samalla resonanssitaajuudet. Näin voimme kuulla laajemman äänen taajuusalueen.
Kommentit
- ” Jos ilma virta on helposti taipuvainen (epävakaa), syntyy pyörteitä. Jos sama tapahtuu toistuvasti, syntyy paljon muita pyörteitä, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Nämä pyörteet saavat ilmanpaineen vaihtelemaan jaksoittain, joten syntyy ääniaalto. ” +1; Tämä on avainosa, josta ’ m kysyn. Voitteko selvittää, miten tämä tapahtuu hyväksytyn vastauksen saamiseksi? Liittyykö tämä pyörteen irtoamiseen? Voin ’ kuvata tarkalleen, kuinka säännöllinen muutos asetetaan.
- Kyllä, se on eräänlainen pyörteen irtoaminen. Ehkä tätä etsitkin? www2.ibp.fraunhofer.de/akustik/ma/pipesound/animEdgeTone.mpeg
- Tämä linkki on nyt rikki; stillkuvia löytyy edelleen täältä . Tiedätkö missä video on?
- Tämä oli yleisesti hyväksytty selitys ennen kuin äänen tuottavan järjestelmän käyttäytymistä oli mahdollista mitata riittävän yksityiskohtaisesti, mutta katso newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/… nykyisen selityksen matemaattista käsittelyä varten – tai lue alla oleva vastaukseni, joka sisältää ei-matemaattisen version.
- Voiko mitata virtauksen nopeuden pillin sisällä mikrofonilla?
Vastaa
Nämä asiat toimivat yleensä takaisinkytkennällä, joka aiheuttaa paineen muutoksia, mikä aiheuttaa alkuperäisen virtauksen ohjaamisen uudelleen, mikä vaikuttaa päinvastoin paineeseen jne. p>
Tämä on yksinkertaisempaa ajatella, kun harkitaan yhteistä pallopilliä, kuten urheilulliset valmentajat ja refit yleensä. Puhaltamallasi osalla on ohut aukko, joka tekee laminaarisen ilmapuhallusarkin aukon yli, mutta joka jatkuu sitten pyöreään osaan. Pyöreässä osassa ei kuitenkaan ole muuta aukkoa, joten lopulta paine kasvaa ja tämä paine ”murtautuu” laminaarisen levyn läpi, joka tavallaan ”peitti” aukon. Tämä antaa paineen vapautua aukon läpi, mikä myös ohjaa suuttimesta tulevan ilman, ettei se mene pyöreään osaan. Tällöin pillin paine laskee, laminaariarkki voi muodostaa uudelleen tai palata alkuperäiseen suuntaamattomaan virtaukseensa, mikä aiheuttaa paineen muodostumisen uudelleen jne.
Pillin sisällä oleva pallo ei ole ”t Se hajottaa yllä olevan prosessin ajoittain ja moduloi tehokkaasti viheltötaajuuden paljon pienemmällä taajuudella.En ole varma, miksi näin tehdään, mutta mielestäni ääni pallolla on mielenkiintoisempi, huomion saaminen tai ihmisille helpompi paikantaa.
Kommentit
- Luulen, että tiesin tämän yhdessä vaiheessa, mutta olin unohtanut. Kiitos muistutuksesta. Tämä ei ole ’ t sellainen pilli, josta pyysin, mutta + 1 + avusta!
Vastaa
Tämäntyyppinen pilli toimii loputtomasti. Jos tutkit virtauskuviota, näet kuvassasi eräänlaiset pyörrekuviot, mutta se ei välttämättä tarkoita, että pyörteet aiheuttavat äänen. Itse asiassa päinvastoin on totta – ääni aiheuttaa pyörteet!
Perusselitys (joka koskee myös urkuputkia ja soittimia, kuten tinan pilliä ja nauhoitinta) riippuu Bernouillin periaatteesta. ”on helpompaa ajatella äänen tuottamista puhaltamalla pullon avoimen pään yli, koska pillin” putki ”osa on todella sama kuin 90 asteen ympäri taivutettu pullo. Tärkeää ei ole se, että puhallat ”putkeen”, vaan että puhallat ”putken päässä olevan reiän yli”.
Kun puhallat pullon yli, liikkuvan ilman paine virta vähenee ja pullosta ”imetään” vähän ilmaa matalapaineiseen ilmavirtaan.
Ilmavirtaan sulautuva ylimääräinen ilma taipuu kuitenkin ilmavirran pois pullon suusta, mikä vähentää ”imun” määrää.
Ilma sisällä pullolla on luonnollinen värähtelytaajuus, joka riippuu pullon koosta ja muodosta. Tätä värähtelyä kiihdyttää äkillinen paineen muutos pullon suussa, ja puolen värähtelyjakson jälkeen se toimii imemään ilmaa takaisin pulloon. Se vetää pullon läpi puhaltamasi ilmavirran takaisin pullon suuhun, ja sykli toistuu.
Kriittinen parametri tässä on aika, jonka puhallettu ilmavirta kulkeutuu pullon suu verrattuna pullon sisällä olevan ilman yhden tärinäjakson aikaan. Jos kahdella aikavälillä on oikea suhde, värähtelyt voivat muodostua amplitudina. Tämä selittää, miksi jos puhallat varovasti (matala nopeus), et tuota ääntä ollenkaan, ja jos puhallat vähitellen kovemmin, ääni yhtäkkiä alkaa. Koko järjestelmän geometriasta riippuen, jos puhallat kovasti, ääni voi ”hypätä” eri korkeammalle taajuudelle. Itse asiassa on mahdollista säätää urkuputkea siten, että se tuottaa peräkkäin äänen 3 tai 4 eri äänenvoimakkuudella riippuen sen puhaltamiseen käytetystä tuulenpaineesta (ja siten ilman nopeudesta).
Pyörteet ovat yksinkertaisesti sivutuotteita värähtelevästä ilmavirrasta, joka osuu pullon suun reunaan.
”Väärät” selitykset alkavat oikeasta havainnosta, jonka mukaan yksinkertaisesti puhaltamalla ilmansuihku suuttimen läpi voi syntyä pyörre, joka voi toistaa määrätyllä taajuudella. Mutta tyypillisen pillin geometrian ja puhalluspaineen suhteen kyseisen pyörrekuvion taajuus (jos sellainen on olemassa) on hyvin erilainen kuin vihellyksen tuottaman äänen taajuus, ja on vaikea löytää hyvää syytä miksi pyörteiden tulisi aiheuttaa ääni.
Vastaa
Kammion ilma resonoi kuin jousi: Siinä on massa ja jouset takaisin puristettuna tai purettuna. Kun ilmaa puhalletaan aukon yli ja hieman alas, se työntää sisäpuolen ilman alaspäin & aiheuttaa häiriön, joka aiheuttaa ilman sisällä resonoitumaan. Kun se resonoi alas, se ohjaa ilmavirran alas aukkoon ja työntää ilmaa alaspäin. Kun sisällä oleva ilma joustaa takaisin, se ohjaa ilmavirran ylöspäin, joten se ei enää työnnä alas. Se myös vetää ilmaa sisäpuolelta Bernoulli-ilmiön avulla auttaen vetämään ilmaa ylöspäin. Muodostuvat pyörteet ovat satunnaisia.
