Как работает свисток?

В смысле чем определяется частота?
Я так понимаю, скоростью потока газа и длиной образующей... емкости что ли, в которой поток разворачивается.
ИМХО там входящий поток периодически прерывается перекрестным выходящим. А частота... так вот от скорости газа она зависит, или от скорости звука в газе?

Свисток свистит, потому что при закипании воды скачкообразно увеличивается расход пара через него. Частота зависит прежде всего от конструкции свистка и от скорости потока.

Один из механизмов работы свистка ИМХО - циклический срыв потока с переднего края (на который ветер набегает). Соотв-но циклически изменяется нагрузка на этот край, он начинает колебаться - издавать звук. А емкость свистка - резонатор. ИМХО, львиная часть энергии при небольших скоростях ветра приходится на первую гармонику.

TEvg
Значит все же от скорости потока...

AidarM
Хорошо, берем свисток из толстой жесткой пластмассы. Будет он свистеть? Будет. Материал свистульки не колеблется. Это в органе для этого есть специальные лепестки, и трубы там именно как резонаторы. А тут что-то не так...

Спросим иначе. Допустим требуется свисток на частоту F. Есть большая емкость, содержащая газ с молекулярной массой M, под давлением P при температуре T. Скорость потока получаем из давления и выходной дырки - это понятно... А дальше...

>Хорошо, берем свисток из толстой жесткой пластмассы. Будет он свистеть? Будет. Материал свистульки не колеблется.
Ошибаетесь. Вы можете просто не видеть на глаз амплитуду колебаний. ИМХО. Более того, пусть края не будут жесткими - частота колебаний будет очень низкой. Вы будете видеть трепетание этих краев, а свиста не будет. Треск будет, как от колышашегося на сильном ветру флага, например.

>Спросим иначе. Допустим требуется свисток на частоту F. Есть большая емкость, содержащая газ с молекулярной массой M, под давлением P при температуре T. Скорость потока получаем из давления и выходной дырки - это понятно... А дальше...
А я вообще не в тему, поначалу почему-то решил, что речь идет о судейском свистке без шарика, например. Хотя и написано, что в чайнике. Тем не менее, считаю, что звук издают края. Колеблющиеся из-за периодич. срыва потока. ИМХО, от краев постоянно отрываются вихри (как только колич-во поступившего в них пара достигает нек. критич. значения). Соотв-но, нагрузка на края отверстия снаружи изменяется циклически, с каждым отрывом.

Личное мнение:
Неважно, чем генерируются звуковые колебания, вибрацией краёв, вибрацией струи или чем ещё - частота звука определяется размерами резонирующей полости и скорости звука в ней. Скорость звука от давления не зависит. Если дуть в свисток сильнее, то меняется громкость, но не тон.
В чайнике, при интенсивном закипании, начинает повышаться давление и повышается тон свиста, но предполагаю, что давление тут не при чём. Там ведь и температура растёт, а это приводит к росту скорости звука и повышению резонансной частоты.
Из духовых инструментов наиболее близки к звучанию свистка флейты и прочие свирели. Звук там генерируется вибрацией воздушной струи, а не краёв отверстия. В музыкальной школе меня так учили. Да и практически наблюдал, что материал свистка не влияет на тон.

[quote|AidarM, 11.05.2004 18:23:28 :]>Хорошо, берем свисток из толстой жесткой пластмассы. Будет он свистеть? Будет. Материал свистульки не колеблется.
Ошибаетесь. Вы можете просто не видеть на глаз амплитуду колебаний. ИМХО. Более того, пусть края не будут жесткими - частота колебаний будет очень низкой. Вы будете видеть трепетание этих краев, а свиста не будет. Треск будет, как от колышашегося на сильном ветру флага, например.
[/quote]

Сомнительно. ИМХО, может быть и частота срыва вихрей, и фильтрация белого шума объемом резонатора... Сильно от конструкции свитка зависит.
Вот, скажем, дуть в бутылку - пробовал?

(ничего что на "ты"? )

http://en.wikipedia.org/wiki/Whistle

AidarM
А чем судейский или ментовский отличается от чайникового? Только рабочим телом (шарик не в счет)...
Опять же, "духовой" свисток можно держать рукой как угодно - тон не меняется. А если бы что-то в нем колебалось, частота наверняка менялась бы...

ED
Да, но давление, которое растет, определяет и расход пара - а значит скорость потока...

Rada
Частота определяется резонатором - понятно. Только основной вопрос все равно остался: второй параметр - скорость звука или скорость потока


В общем и целом понятно, что надо ставить эксперимент. Практика - критерий истины

2 AleX413: я так понимаю - скорость струи и геометрия срыва опредеяет в какой-то мере спектр шума. А вот отношение "скорость звука / длина резонатора" уже определяет тон свистка.

AleX413>давление, которое растет, определяет и расход пара - а значит скорость потока...
Давление, которое внутри чайника, нам не интересно. Расход пара влияет на давление внутри свистка и скорость потока. Будет это влиять на частоту тона? ИМХО нет.

AleX413>В общем и целом понятно, что надо ставить эксперимент. Практика - критерий истины
Не свистели никогда? Возьмите свисток и дуйте с разной силой. Частота практически не меняется. А скорость потока разная.

я, конечно, не физик ни разу...
но у меня такие размышления против колебаний свистка:
1.свисток, зажатый в тиски, свистит так же.
2.амплитуда свистка для такой громкости наверное может потребоваться с полсантиметра.
3.губы слишком пластичны и недостаточно упруги, чтобы генерить частоту при свисте без свистка.

В медных духовых инструментах звук создаётся вибрацией губ. Высокие ноты тоже получаются.

ИМХО, губы колеблются не по строгой синусоиде, как, наверное, и стенки свистка. А резонатор просто выделяет нужную часть спектра. Если я не наврал, то сжатие края отверстия тисками из более жесткого материала повысит частоту(сдвинет максимум в более высокочастотную область). Только вот резонатор все равно будет выделять свою гармонику.

В общем, ЕД прав, что частота определяется размером полости. Свистеть можно и без резонатора, но дуть придется достаточно сильно и звук получится с широким спектром и будет сильно зависеть от скорости потока (как свист ветра в проводах). "Срыв потока" не очень хорошо описывает суть дела. Лучше просто сказать возникновение турбулентности. Желательно, чтобы между колебаниями в резонаторе и "завихрителем" потока существовала обратная связь, чтобы периодические колебания давления в камере провоцировали такие же периодические изменения скорости входного потока.

Если резонаторная полость длинная, то самая выраженная мода колебаний ВДОЛЬ полости, так что для регулировки тона надо не зажимать в тиски, а удлинять/укорачивать свисток. Свистнуть губами можно только высоким тоном, а чтобы рявкнуть басом нужна длинная гортань со связками . Упругость и пластичность губ к делу отношения не имеет или почти не имеет.

>В медных духовых инструментах звук создаётся вибрацией губ
дык для извлечения звуков из духовых инструментом посредством колебания губ применяется мундштук, который резко увеличивает упругость губ.

>Свистнуть губами можно только высоким тоном
если губами и не высоким, то получается "перденье".
мы ж про свист пока что.

Выше я писал. Комп чужой.

О! Про генерацию-то и не подумал.

Татарин>Вот, скажем, дуть в бутылку - пробовал?
Нет. А зачем?

>(ничего что на "ты"? )
Без проблем.

Добрый день.
Звук по определению волна давления.
То есть сжатие-расширение.
Способы задания таких возмущений могут быть разными.
Нужно лишь обеспечит неоднородность давления в источнике.
Сразу укажем, звук слабые, дозвуковые возмущения(хотя источником может быть сверхзвуковая струя).
В данном случае речь о дозвуковых свистках. Наиболее простое устройство и достаточно эффективное это свисток Гартмана. Он представляет сопло напротив которого расположен небольшой тупиковый объем.
Для управления частотой в таких устройствах нужно менять размер устройства (скоростью струи управлять в свистке при недостатке запаса давления сложно, менять среду истечения тоже). На размере сопла d=1мм и глубина, диаметр "кармана" =1мм, при зазоре между соплом и "карманом 0,5мм., можно получить ультразвук. Этот свисток хорошо считается, в книгах есть.
ing

А как работает такой "свисток" - подносим трамвайный билет к губам ребром, и дуем. Чувствуется, что бумага вибрирует, есс-но чем короче ребро (при одинаковом натяжении), тем выше тон. А вот почему она вибрирует?

Ещё у флага на ветру похожее поведение вроде бы.

[quote|AidarM, 12.05.2004 16:20:45 :]Татарин>Вот, скажем, дуть в бутылку - пробовал?
Нет. А зачем?
[/quote]

Ну там как раз, ИМХО, и получается, что простой шум от воздуха фильтруется резонатором.

2 Татарин: не совсем, ИМХО - дуть в бутылку надо так, чтобы звуковая волна в резонаторе воздействовала обратно на струю воздуха, заставляя его также "хлопать" с такой же частотой (генерация), таким образом подстраивая весь контур струя-воздух на опредённую частоту. Без этого, звук получается очень слабый, т.к. мощность изначального шума срыва потока на определённой частоте очень мала. Ведь "ууу" в бутылке получается не всегда, а когда дуешь строго перпендикулярно. А когда бутылка всё же загудела, колебания через струю чувствуются горлом.

"Упругость губ" тут мало на что влияет. В воздухе очень легко образуется турбулентность. Можно так сказать, что естественное течение газа турбулентное, которое возникает всегда, за исключением тех случаев, когда вязкость гасит вихри. Поэтому достаточно просто создать высокую скорость воздуха и какие-то вихри начинают образовываться. Необязательно даже чтобы воздух проходил "то сверху, то снизу пластинки". Достаточно ввести острый край любой формы в достаточно быстрый поток - и готово, пошли вихри. Свист в проводах лучший пример. Конечно, резонатор и обратная связь делают звук более "чистым", с менее широким спектром. Если ЕД хотел сказать, что резонатор без обратной связи не имеет смысла, то он прав. Но сам свист может быть и без резонатора, правда менее "качественный". Турбуленция очень неустойчивая вещь, при образовании вихрей малейшие колебания могут создать вихрь или подавить его. Поэтому обратная связь возникает очень легко. Колебания давления из-за стоячих волн в резонаторе легко сказываются на турбулентно-неустойчивом потоке воздуха из источника.

Что касается того, почему волны бегут по флагу, то на этот вопрос ответ есть во всех популярных книгах по механике. Потому что любая выпуклость на поверхности приводит к увеличению скорости обтекающего воздуха, а увеличение скорости, по закону Бернулли, к падению давления. Поэтому выпуклость будет расти.

Звук губ, который местные мудрецы высоконаучно называют пердением, к турбулентности самой по себе имеют слабое отношение. Здесь, действительно, главную роль играют механические свойства губ, хотя, в принципе, и здесь все определяется законом Бернулли. Чем меньше отверстие, тем выше скорость, чем выше скорость, тем меньше давление, чем меньше давление, тем сильнее сужается дырка, через которую идет воздух. До полного схлопывания и прекращения потока. Поток прекращается, механическая упругость возвращает систему в исходное положение. Поток начинает усиливаться, все повторяется.

K.Gornik>сам свист может быть и без резонатора, правда менее "качественный".
Безусловно может, свист в проводах все слышали. Там тон свиста явно зависит о скорости ветра. Но вопрос то о свистке, там резонатор есть и именно поэтому тон не зависит от скорости потока.

K.Gornik>"Упругость губ" тут мало на что влияет.
В свистке да. Но в других случаях влияет порой сильно. Резонатор то можно возбуждать не только на первой гармонике. При игре на пионерском горне, где один резонатор, можно взять ноты ЛЯ нижней октавы, ДО, СОЛЬ, ДО второй октавы, МИ второй октавы и т.д. Нужная нота выбирается усилием губ. А вот РЕ, например, как ни старайся – не получится. Резонатор не позволяет.