ホイッスルの動作の簡単な説明を探しています。鋭い唇に空気を強制することを 知っています。共振空洞に波を設定することはできますが、どのように？「ほとんどのホイッスルは、流れの不安定性と音響の間のフィードバックメカニズムのために動作します」-はい、しかしそれは フィードバックメカニズムは次のようになりますか？
ホイッスルの動作を示す基本的な図をオンラインで見つけることができなかったことに驚きました。次のような画像をたくさん見つけました：
。..しかし、そのような画像は、何が振動を引き起こしているのかを正確に示していないため、役に立ちません！
回答
質問に示されている特定のタイプの笛について考えてみましょう。
笛を吹くと、狭い開口部から空気が押し出されます。ストリームの中心での空気の流れは、メインストリームに近い隣接する空気よりも大幅に高速です。気流がたわみやすい（不安定）と、渦が発生します。同じことが繰り返し発生すると、同様の特性を持つ渦がさらに多く生成されます。これらの渦によって気圧が周期的に変化するため、音波が発生します。この音波の周波数は、渦が放出される速度に関連しています。プロセスはかなり混沌としているため、一度に多くの異なるレートまたは周波数が生成されます。
写真でわかるように、ストリームは2つの部分に分割されます。一方は開口部から出て、もう一方は内部に留まります。中に閉じ込められた音波は互いに干渉します。音の周波数がチャンバーの共振周波数のいずれとも一致しない場合、波は破壊的に干渉し、すぐに消えます。ただし、周波数がキャビティの共振周波数と一致する場合、波の振幅は時間の経過とともに増加します。振幅が大きくなるにつれて、増加率は減少します。最終的には定常状態になります。この時点で、音波の振幅は十分に強く、音が非常に聞こえるようになります。音波は穴から出て強く分散し、最終的に耳に届きます。
ホイッスルの中には、小さなボールが空洞内で跳ね返る音があります。ボールは空洞の形状を変えると同時に、共振周波数を変えます。したがって、より広い範囲の音の周波数を聞くことができます。
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newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/ … 現在の説明の数学的処理-または、数学以外のバージョンについては、以下の私の回答をお読みください。
マイクを使用してホイッスル内の流速を測定することはできますか？
回答
これらは通常、圧力の変化を引き起こすフィードバックによって機能し、その後、元の流れがリダイレクトされ、圧力などに逆の影響を及ぼします。
これは、アスレチックコーチやレファレンスが通常持っているような一般的なボールホイッスルを検討するときに考えるのが簡単です。吹き込む部分には薄いスロットがあり、開口部を横切って層流の空気が吹き付けられますが、それは丸い部分に続きます。ただし、丸い部分には他に開口部がないため、最終的に圧力が高まり、この圧力が層状シートを「突破」して、開口部を「覆い隠し」ます。これにより、圧力が開口部から解放され、ノズルからの空気が丸い部分に入らないようにリダイレクトされます。その後、ホイッスル内の圧力が低下し、層流シートが元のリダイレクトされていない流れを再形成または再開し、圧力が再び上昇するなどの原因になります。
ホイッスル内のボールはそうではありません。音を出すために必要です。それは定期的に上記のプロセスを分割し、はるかに低い周波数でホイッスル周波数を効果的に変調します。なぜこれが正確に行われるのかはわかりませんが、ボールを使った音の方が面白いか、注意を引くか、人間がローカライズしやすいと思います。
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このタイプの笛が実際にどのように機能するかについては、際限なく混乱がありました。流れのパターンを調べると、写真にある種の渦のパターンが見られますが、それは必ずしも渦が音を引き起こすことを意味するわけではありません。 実際、その逆が当てはまります。音が渦を引き起こします！
基本的な説明（オルガンパイプ、ティンホイッスル、レコーダーなどの楽器にも当てはまります）は、ベルヌーイの原理に依存します。ホイッスルの「パイプ」部分は、ボトルが90度回転したのと実際には同じであるため、ボトルの開口端を吹き飛ばして音を出すことを考える方が簡単です。重要なのは、「パイプに吹き込む」ことではなく、「パイプの端にある穴を横切って」吹き込むことです。
ボトルを吹き飛ばすとき、移動する空気の圧力流れが減少し、一部の空気がボトルから低圧空気流に「吸い出され」ます。
ただし、空気流に合流する余分な空気は、空気流をボトルの口から遠ざけるように曲げ、「吸引」の量を減らします。
内部の空気 / em>ボトルには固有振動数があり、これはボトルのサイズと形状によって異なります。この振動は、ボトルの口の急激な圧力変化によって励起され、半サイクルの振動の後、ボトルに空気を吸い戻すように作用します。 これにより、ボトルを横切って吹き付けている気流がボトルの口に向かって引き戻され、サイクルが繰り返されます。
ここで重要なパラメータは、吹き付けられた気流が横切って移動するのにかかる時間です。ボトル内の空気の1回の振動サイクルの時間と比較したボトルの口。 2つの時間間隔が正しい関係にある場合、振動は振幅を増大させる可能性があります。これは、穏やかに吹くと（低速で）まったく音が出ず、徐々に強く吹くと突然音が鳴る理由を説明しています。システム全体の形状によっては、非常に強く吹くと、音が別のより高い周波数に「ジャンプ」する場合があります。実際、オルガンパイプを調整して、吹くのに使用する風圧（したがって風速）に応じて、3つまたは4つの異なるピッチで連続して音を出すことができます。
渦は、ボトルの口の端に当たる振動する気流の単なる副産物です。
「間違った」説明は、ノズルから空気のジェットを吹き付けるだけで渦のパターンが生成され、一定の頻度で繰り返される可能性があるという正しい観察から始まります。しかし、典型的なホイッスルの形状と吹く圧力の場合、その渦パターンの周波数（存在する場合）は、ホイッスルによって生成される音の周波数とは大きく異なり、理由を発明するのは困難です。渦は音を引き起こす必要があります。
答え
チャンバー内の空気は、ばねのように共鳴します。質量があり、圧縮または減圧すると跳ね返ります。空気が開口部を横切ってわずかに下に吹き付けられると、空気が内側に押し下げられます&外乱が発生し、空気が発生します内部で共振を開始します。共振すると、空気の流れが開口部に向かって下に偏向し、空気がさらに押し下げられます。内部の空気が跳ね返ると、空気の流れが上に偏向するため、押し下げられなくなります。また、ベルヌーイ効果によって空気を内側から引き離し、空気を内側に引き上げるのに役立ちます。形成された渦は偶発的なものです。
