Physique du sifflet

Considérons le type de sifflet spécifique indiqué dans la question.

Lorsque nous sifflons, lair est forcé de séchapper par louverture étroite. Le flux dair au centre du flux est nettement plus rapide que lair voisin proche du flux principal. Si le flux dair est facilement dévié (instable), des vortex sont générés. Si la même chose se produit à plusieurs reprises, beaucoup plus de vortex avec des propriétés similaires seront générés. Ces vortex font varier la pression de lair de manière périodique, de sorte quune onde sonore est produite. La fréquence de cette onde sonore est liée à la vitesse à laquelle les vortex sont émis. Comme le processus est plutôt chaotique, de nombreux taux ou fréquences différents sont produits à la fois.

Comme vous pouvez le voir sur limage, le flux est divisé en deux parties. Une partie sortant de louverture et lautre reste à lintérieur. Les ondes sonores emprisonnées à lintérieur interféreront les unes avec les autres. Si la fréquence du son ne correspond à aucune des fréquences de résonance de la chambre, les ondes interféreront de manière destructive et disparaîtront rapidement. Cependant, si la fréquence correspond à la fréquence de résonance de la cavité, lamplitude de londe augmentera avec le temps. Le taux daugmentation diminue au fur et à mesure que lamplitude augmente. Finalement, il atteindra un état stable. À ce stade, lamplitude de londe sonore est suffisamment forte pour que le son devienne très audible. Londe sonore sort du trou, se disperse fortement et atteint finalement nos oreilles.

Certains sifflets ont une petite boule qui rebondit à lintérieur de la cavité. La bille change la forme de la cavité et en même temps les fréquences de résonance. Ainsi, il nous permet dentendre une plus large gamme de fréquences sonores.

Commentaires

•  » Si lair le flux est facilement dévié (instable), des vortex sont générés. Si la même chose se produit à plusieurs reprises, beaucoup plus de vortex avec des propriétés similaires seront générés. Ces tourbillons font varier la pression atmosphérique de manière périodique, de sorte quune onde sonore est produite.  » +1; Cest la partie clé que je ‘ m demande. Pouvez-vous clarifier comment cela se produit pour une réponse acceptée? Est-ce lié à la perte de vortex? Je peux ‘ t imaginer exactement comment un changement périodique est mis en place.
• Oui, cest une sorte de perte de vortex. Cest peut-être ce que vous recherchez? www2.ibp.fraunhofer.de/akustik/ma/pipesound/animEdgeTone.mpeg
• Ce lien est maintenant rompu; des images fixes peuvent toujours être trouvées ici . Savez-vous où se trouve la vidéo?
• Cétait lexplication généralement acceptée avant quil ne soit possible de mesurer le comportement du système de production sonore de manière suffisamment détaillée, mais voir newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/… pour un traitement mathématique de lexplication actuelle – ou lisez ma réponse ci-dessous pour une version non mathématique.
• Est-il possible de mesurer la vitesse découlement à lintérieur du sifflet avec un microphone?

Ces choses fonctionnent généralement par rétroaction qui provoque des changements de pression, qui provoque ensuite la redirection du flux dorigine, ce qui a alors leffet inverse sur la pression, etc.

Cest plus simple à penser lorsque lon considère un sifflet de balle commun, comme le font habituellement les entraîneurs sportifs et les arbitres. La partie que vous soufflez a une fente mince, qui fait une feuille laminaire de soufflage dair à travers une ouverture, mais qui continue ensuite dans la partie ronde. Cependant, il ny a pas dautre ouverture dans la partie ronde, donc la pression finit par saccumuler et cette pression « brise » la feuille laminaire qui en quelque sorte « recouvre » louverture. Cela permet à la pression de se relâcher à travers louverture, qui redirige également lair de la buse pour ne pas entrer dans la partie ronde. La pression dans le sifflet chute alors, la feuille laminaire peut se reformer ou reprendre son écoulement original non redirigé, ce qui fait remonter la pression, etc.

La balle à lintérieur du sifflet nest pas Il interrompt périodiquement le processus ci-dessus, modulant efficacement la fréquence du sifflet à une fréquence beaucoup plus basse.Je ne sais pas pourquoi exactement cela est fait, mais je pense que le son avec la balle est plus intéressant ou attire lattention ou est plus facile à localiser pour les humains.

Commentaires

• Je pense que je lavais su à un moment donné, mais javais oublié. Merci de me lavoir rappelé. Ce nest ‘ t le genre de sifflet que je demandais spécifiquement, mais +1 pour votre aide!

Il y a eu une confusion sans fin sur le fonctionnement de ce type de sifflet. Si vous étudiez le modèle de flux, vous voyez le type de modèle de vortex dans votre image, mais cela ne signifie pas nécessairement que les tourbillons provoquent le son. En fait, linverse est vrai – le son provoque les tourbillons!

Lexplication de base (qui sapplique également aux tuyaux dorgue et aux instruments de musique comme le sifflet en étain et la flûte à bec) dépend du principe de Bernouilli. « Il est plus simple de penser à faire un son en soufflant sur lextrémité ouverte dune bouteille, car la partie » pipe « du sifflet est vraiment la même que la bouteille pliée à 90 degrés. Limportant nest pas que vous souffliez « dans le tuyau », mais que vous soufflez « à travers le trou au bout du tuyau ».

Lorsque vous soufflez sur une bouteille, la pression dans lair en mouvement le débit est réduit et un peu dair est «aspiré» de la bouteille dans le courant dair à basse pression.

Cependant, lair supplémentaire fusionnant dans le flux dair éloigne le flux dair de lembouchure de la bouteille, ce qui réduit la quantité «daspiration».

Lair à lintérieur la bouteille a une fréquence naturelle de vibration, qui dépend de la taille et de la forme de la bouteille. Cette vibration est excitée par le changement soudain de pression à lembouchure de la bouteille, et après un demi-cycle de vibration, elle agit pour aspirer de lair dans la bouteille. Cela ramène le flux dair que vous soufflez à travers la bouteille vers lembouchure de la bouteille, et le cycle se répète.

Le paramètre critique ici est le temps nécessaire au flux dair soufflé pour traverser lembouchure de la bouteille , par rapport au temps dun cycle de vibration de lair à lintérieur de la bouteille. Si les deux intervalles de temps ont la bonne relation, les oscillations peuvent saccumuler en amplitude. Cela explique pourquoi si vous soufflez doucement (faible vélocité), vous ne produisez aucun son, et si vous soufflez progressivement plus fort, soudainement le son commence. Selon la géométrie de lensemble du système, si vous soufflez très fort, le son peut « sauter » à une fréquence supérieure différente. En fait, il est possible dajuster un tuyau dorgue pour quil produise successivement un son à 3 ou 4 hauteurs différentes, en fonction de la pression du vent (et donc de la vitesse de lair) utilisée pour le souffler.

Les tourbillons sont simplement des sous-produits du flux dair oscillant frappant le bord de lembouchure de la bouteille.

Les «fausses» explications partent de lobservation correcte que le simple fait de souffler un jet dair à travers une buse peut produire un modèle de tourbillons, qui peuvent se répéter à une fréquence définie. Mais pour la géométrie et la pression de soufflage dun sifflet typique, la fréquence de ce motif de vortex (si elle existe) est très différente de la fréquence du son produit par le sifflet, et il est difficile dinventer une bonne raison pour laquelle les vortex devraient provoquer le son.

Lair dans une chambre résonne comme un ressort: Il a une masse et des ressorts lorsquil est comprimé ou décompressé. Lorsque de lair est soufflé à travers louverture, et légèrement vers le bas, il pousse lair à lintérieur vers le bas & causant une perturbation qui causera lair à lintérieur pour commencer à résonner. Comme il résonne vers le bas, il dévie le flux dair vers le bas dans louverture, poussant lair vers le bas plus. Lorsque lair à lintérieur revient, il dévie le flux dair vers le haut, de sorte quil ne pousse plus vers le bas. Il entraîne également lair loin de lintérieur par leffet Bernoulli, aidant à tirer lair à lintérieur. Tous les vortex formés sont accidentels.