Jak funguje píšťalka? (1/2) Fóra
Používáte zastaralou a již nepodporovanou verzi aplikace Internet Explorer. Chcete-li se vyhnout problémům se zobrazováním stránek nebo fór, aktualizujte je na verzi 7.0 nebo novější. Ještě lepší je nainstalovat prohlížeč Opera nebo Mozilla Firefox.
V tomto vláknu můžete diskutovat a klást otázky.
AleX413
zkušený
Co myslíš tím, co určuje frekvenci?
Pokud tomu rozumím, rychlostí proudění plynu a délkou formovací nádoby nebo něčeho podobného, ve které se proudění rozvíjí.
Podle mého skromného názoru je příchozí proudění periodicky přerušováno odcházejícím křížovým prouděním. A frekvence. Takže, závisí to na rychlosti plynu, nebo na rychlosti zvuku v plynu?
TEvg
aksakal
Píšťalka píská, protože když se voda vaří, proud páry skrz ni se prudce zvyšuje. Frekvence závisí především na konstrukci píšťalky a rychlosti proudění.
AidarM
aksakal
Jedním z mechanismů fungování píšťalky je podle mého skromného názoru cyklické narušení proudění od náběžné hrany (kudy vítr proudí). V souladu s tím se zatížení této hrany cyklicky mění, začíná kmitat – a vydávat zvuk. A kapacita píšťalky je rezonátor. Podle mého skromného názoru lví podíl energie při nízkých rychlostech větru připadá na první harmonickou.
AleX413
zkušený
TEvg
Takže vše závisí na rychlosti průtoku.
AidarM
Dobře, vezměme si píšťalku vyrobenou z tlustého, tvrdého plastu. Bude pískat? Bude. Materiál píšťalky nevibruje. Ve varhanách jsou na to speciální okvětní lístky a píšťaly fungují jako rezonátory. Ale něco tady není v pořádku.
Zeptáme se na to jinak. Řekněme, že potřebujeme píšťalku pro frekvenci F. Máme velkou nádobu obsahující plyn s molekulovou hmotností M, pod tlakem P a teplotou T. Průtok se získá z tlaku a výstupního otvoru – to je jasné. A pak.
AidarM
aksakal
>Dobře, vezměme si píšťalku vyrobenou z tlustého, tvrdého plastu. Bude pískat? Bude. Materiál píšťalky nevibruje.
Mýlíš se. Amplitudu kmitů prostě nemusíš pouhým okem vidět. Podle mého názoru. Navíc, pokud okraje nebudou pevné, frekvence kmitů bude velmi nízká. Uvidíš třepotání těchto hran, ale nebude se ozývat žádné pískání. Bude se ozvat praskavý zvuk, například jako když vlajka vlaje v silném větru.
>Zeptejme se jinak. Řekněme, že je potřeba pískání s frekvencí F. Existuje velká nádoba obsahující plyn s molekulovou hmotností M, pod tlakem P a teplotou T. Průtok se získá z tlaku a výstupního otvoru – to je jasné. A pak.
A to jsem úplně mimo téma, nejdřív jsem z nějakého důvodu usoudil, že mluvíme například o píšťalce rozhodčího bez míče. I když se píše, že je v konvici. Přesto si myslím, že zvuk vydávají okraje. Kmitá v důsledku periodického narušování proudění. IMHO, víry se od okrajů neustále odtrhávají (jakmile množství páry, která do nich vstupuje, dosáhne určité kritické hodnoty). Zatížení okrajů otvoru zvenčí se tedy cyklicky mění s každým narušením.
Tato zpráva byla upravena dne 11.05.2004 v 19:37
ED
starý časovač
Osobní názor:
Nezáleží na tom, co generuje zvukové vibrace, vibrace hran, vibrace trysky nebo něco jiného – frekvence zvuku je určena velikostí rezonanční dutiny a rychlostí zvuku v ní. Rychlost zvuku nezávisí na tlaku. Pokud do píšťalky fouknete silněji, změní se hlasitost, ale ne tón.
V konvici, když intenzivně vaří, se začne zvyšovat tlak a zesiluje se pískavý tón, ale předpokládám, že s tím tlak nemá nic společného. Zvyšuje se také teplota, a to vede ke zvýšení rychlosti zvuku a zvýšení rezonanční frekvence.
Z dechových nástrojů se zvuku píšťalky nejvíce podobají flétny a další píšťaly. Zvuk tam vzniká vibrací proudu vzduchu, nikoli okraji otvoru. Učili mě to v hudební škole. A prakticky jsem pozoroval, že materiál píšťalky tón neovlivňuje.
Tatarin
koordinátor
[citace|AidarM, 11.05.2004 18:23:28 :]>Dobře, vezměme si píšťalku vyrobenou z tlustého, tvrdého plastu. Bude pískat? Bude. Materiál píšťalky nevibruje.Mýlíš se. Amplitudu kmitů prostě nemusíš pouhým okem vidět. Podle mého názoru. Navíc, pokud okraje nebudou pevné, frekvence kmitů bude velmi nízká. Uvidíš třepotání těchto hran, ale nebude se ozývat žádné pískání. Bude se ozvat praskavý zvuk, například jako když vlajka vlaje v silném větru.
[/ Quote]
Pochybné. Podle mého skromného názoru by to mohla být frekvence uvolňování vírů a filtrace bílého šumu objemem rezonátoru. Silně to závisí na konstrukci spirály.
Například jste zkoušeli foukat do lahve?
(Je v pořádku oslovovat se křestním jménem?)
Rada
zkušený
AleX413
zkušený
AidarM
Jak se liší soudcova nebo policistova od konvičky? Pouze v pracovním tělese (míč se nepočítá).
Opět platí, že „větrnou“ píšťalku můžete držet v ruce jakkoli chcete – tón se nemění. A kdyby v ní něco vibrovalo, frekvence by se jistě změnila.
ED
Ano, ale zvyšující se tlak také určuje spotřebu páry – a tedy i průtok.
Rada
Frekvenci určuje rezonátor – to je jasné. Hlavní otázkou ale stále zůstává: druhý parametr – rychlost zvuku nebo rychlost proudění
Obecně je jasné, že musíme provést experiment. Praxe je kritériem pravdy.
Rada
zkušený
2 AleX413: pokud tomu rozumím, rychlost proudění a geometrie odtržení do určité míry určují spektrum šumu. Ale poměr „rychlost zvuku / délka rezonátoru“ již určuje tón pískání.
ED
starý časovač
AleX413>zvýšený tlak určuje spotřebu páry, a tedy i průtok.
Tlak uvnitř konvice nás nezajímá. Proud páry ovlivňuje tlak uvnitř píšťalky a rychlost průtoku. Ovlivní to frekvenci tónu? Podle mého názoru ne.
AleX413>Obecně je jasné, že musíme provést experiment. Praxe je kritériem pravdy
Nikdy jste nepískali? Vezměte si píšťalku a foukněte s různou silou. Frekvence se prakticky nemění. Ale průtok je jiný.
Tato zpráva byla upravena dne 12.05.2004 v 15:06
-exec-
zkušený
Samozřejmě nejsem vůbec fyzik.
ale mám následující námitky proti vibracím pískání:
1. Píšťalka sevřená ve svěráku píská stejným způsobem.
2. Amplituda pískání pro takovou hlasitost by pravděpodobně musela být půl centimetru.
3. Pysky jsou příliš plastické a nedostatečně elastické, aby generovaly frekvenci při pískání bez píšťalky.
ED
starý časovač
U žesťových nástrojů vzniká zvuk vibrací rtů. Vytvářejí se také vysoké tóny.
AidarM
aksakal
Podle mého skromného názoru rty nevibrují v striktním sinusoidu, jako to pravděpodobně dělají stěny píšťalky. A rezonátor jednoduše vybere potřebnou část spektra. Pokud nelžu, pak stisknutí okraje otvoru svěrákem z tvrdšího materiálu zvýší frekvenci (posune maximum do oblasti vyšších frekvencí). Rezonátor si ale stále vybere svou harmonickou.
K. Gornik
vtažený
Obecně má ED pravdu, že frekvence je určena velikostí dutiny. Pískat se dá i bez rezonátoru, ale bude muset foukat dostatečně silně a zvuk bude mít široké spektrum a bude silně záviset na rychlosti proudění (jako pískání větru v drátech). „Narušení proudění“ moc dobře nepopisuje podstatu věci. Lepší je jednoduše říci výskyt turbulence. Je žádoucí, aby mezi kmity v rezonátoru a „vírem“ proudění existovala zpětná vazba, aby periodické kolísání tlaku v komoře vyvolávalo stejné periodické změny rychlosti proudění na vstupu.
Pokud je dutina rezonátoru dlouhá, pak je nejvýraznější vibrační mód PODÉL dutiny, takže pro nastavení tónu ji nemusíte sevřete ve svěráku, ale prodlužte/zkraťte píšťalku. Pískat můžete pouze rty ve vysokém tónu a pro řev basu potřebujete dlouhý hrtan s vazy. Elasticita a plasticita rtů na to má malý nebo žádný vliv.
-exec-
zkušený
U žesťových nástrojů vzniká zvuk vibrací rtů
Takže k extrakci zvuků z dechových nástrojů vibrací rtů se používá náustek, který výrazně zvyšuje pružnost rtů.
> Pískat si můžeš jen vysokým tónem rty
Pokud používáte rty a ne vysoko, dostanete „prd“.
Zatím se bavíme o pískání.
AidarM>Podle mého názoru rty nevibrují v striktním sinusoidu, jako to pravděpodobně dělají stěny píšťalky. A rezonátor jednoduše vybere potřebnou část spektra.
K.GornikJe žádoucí, aby mezi oscilacemi v rezonátoru a „vírem“ proudění existovala zpětná vazba, aby periodické kolísání tlaku v komoře vyvolávalo stejné periodické změny rychlosti vstupního proudění.
Zpětná vazba není žádoucí, ale povinná. Rezonátor nejen zvýrazňuje požadovaný tón, ale způsobuje, že zdroj vibrací vibruje s určitou frekvencí. Například u žesťových nástrojů jsou zdrojem zvuku rty. Ale při extrakci tónů C a D se rty napínají stejně, přepíná se pouze hlasitost rezonátoru a rty začnou vibrovat s různými frekvencemi v důsledku zpětné vazby. U klasické píšťalky, pokud si pamatuji, je zdrojem zvuku vibrace proudu vzduchu, který prochází buď nad, nebo pod řeznou destičkou.
ED
starý časovač
Psal jsem výše. Počítač patří někomu jinému.
AidarM
aksakal
Ach! Na generaci jsem ani nepomyslel.
Tatarin>Například jsi zkoušel foukat do lahve?
Ne. za co?
>(je v pořádku oslovovat se křestním jménem?)
Žádný problém.
Tato zpráva byla upravena dne 12.05.2004 v 17:31
ing.
vtažený
Dobré odpoledne.
Zvuk je z definice tlaková vlna.
Tedy komprese-expanze.
Metody pro specifikaci takových poruch mohou být různé.
Je pouze nutné zajistit nerovnoměrný tlak ve zdroji.
Hned podotkněme, že zvuk je slabý, podzvukové rušení (ačkoli zdrojem může být nadzvukový proud).
V tomto případě mluvíme o podzvukových píšťalkách. Nejjednodušším a poměrně účinným zařízením je Hartmanova píšťalka. Jedná se o trysku, naproti které se nachází malý slepý prostor.
Pro řízení frekvence v takových zařízeních je nutné měnit velikost zařízení (v píšťalce s nedostatečnou tlakovou rezervou je obtížné regulovat rychlost proudění a také měnit proudící médium). Při velikosti trysky d=1 mm a hloubce, průměru “kapsy” = 1 mm, s mezerou mezi tryskou a “kapsou” 0,5 mm, lze získat ultrazvuk. Tato píšťala je dobře vypočítána, existují o tom knihy.
ing.
Rada
zkušený
A jak takové „pískání“ funguje? Přiložíme si okrajem k ústům tramvajový lístek a foukneme. Cítíme, jako by papír vibroval, samozřejmě čím kratší okraj (při stejném napětí), tím vyšší tón. Ale proč vibruje?
Zdá se, že vlajka se ve větru chová podobně.
Tatarin
koordinátor
[quote|AidarM, 12.05.2004 16:20:45 :]Tatar>Například, zkoušel jsi foukat do lahve?Ne. za co?
[/ Quote]
No, podle mého skromného názoru se ukazuje, že rezonátor filtruje jednoduchý šum ze vzduchu.
Rada
zkušený
2 Tatar: ne tak docela, IMHO – potřebujete foukat do lahve tak, aby zvuková vlna v rezonátoru působila zpět na proud vzduchu, čímž by také “tleskala” se stejnou frekvencí (generací), čímž se celý okruh proud-vzduch nastaví na určitou frekvenci. Bez toho je zvuk velmi slabý, protože síla počátečního šumu průrazu proudu na určité frekvenci je velmi malá. Koneckonců, “úúú” se nestává vždycky v lahvi, ale když fouknete striktně kolmo. A když lahev začne hučet, vibrace proudem jsou cítit v hrdle.
K. Gornik
vtažený
„Elasticita rtů“ zde má malý vliv. Turbulence se ve vzduchu tvoří velmi snadno. Dalo by se říci, že přirozené proudění plynu je turbulentní, což se vyskytuje vždy, s výjimkou případů, kdy viskozita tlumí víry. Proto stačí jednoduše vytvořit vysokou rychlost vzduchu a nějaké víry se začnou tvořit. Není ani nutné, aby vzduch procházel „někdy nad, někdy pod deskou“. Stačí do dostatečně rychlého proudění vnést ostrou hranu libovolného tvaru – a to je vše, víry se začnou tvořit. Pískání v drátech je toho nejlepším příkladem. Rezonátor a zpětná vazba samozřejmě dělají zvuk „čistším“, s méně širokým spektrem. Pokud by ED chtěl říct, že rezonátor bez zpětné vazby to nedává smysl, pak má pravdu. Ale samotná píšťalka může být i bez rezonátoru, i když méně “kvalitní”. Turbulence je velmi nestabilní věc, když se tvoří víry, sebemenší vibrace mohou vír vytvořit nebo ho potlačit. Proto zpětná vazba vzniká velmi snadno. Kolísání tlaku v důsledku stojatých vln v rezonátoru snadno ovlivní turbulentně-nestabilní proudění vzduchu od zdroje.
Pokud jde o to, proč vlny probíhají přes vlajku, odpověď na tuto otázku je ve všech populárních knihách o mechanice. Protože jakákoli konvexnost na povrchu vede ke zvýšení rychlosti proudícího vzduchu a zvýšení rychlosti, podle Bernoulliho zákona, k poklesu tlaku. Proto se konvexnost zvětší.
Zvuk rtů, který místní mudrci vědecky nazývají prděním, má s turbulencí samotnou pramálo společného. Zde skutečně hrají hlavní roli mechanické vlastnosti rtů, i když v principu i zde je vše určeno Bernoulliho zákonem. Čím menší otvor, tím vyšší rychlost, čím vyšší rychlost, tím nižší tlak, tím nižší tlak, tím více se zužuje otvor, kterým vzduch prochází. Až se úplně zhroutí a přestane proudit. Proudění se zastaví, mechanická elasticita vrátí systém do původní polohy. Proudění se začne zesilovat, vše se opakuje.