sifflet de base
Par Johan Liljencrants
Cette note fournit quelques détails des paramètres de conception pour un coup de sifflet unique note de base. La portée est limitée depuis quelques ces paramètres sont très spécifiques, en fonction de l'expérience et la coutume. À savoir que le diamètre sifflet est d'un tiers de sa longueur, et en ce que l'embouchure se prolonge tout autour et a la même aire que la cloche.
La conception est illustrée avec un prototype soufflé de l'air, construite à partir de tuyaux de drainage en PVC. Un truc simple est montré, par lequel vous pouvez simuler la caractéristique de pitch bend de soufflage de vapeur.
1. Les parties de sifflet
Ce dessin général comprend deux moyens pour maintenir les pièces ensemble. Ce sont des exemples de la façon dont vous pourriez faire, mais ils peuvent varier à volonté en fonction des installations de fabrication et le goût.
La plupart de base est la cloche. un tube qui est fermé à son extrémité supérieure, ouverte au fond. Son bord inférieur formant la lèvre supérieure de la bouche du sifflet. La lèvre supérieure est généralement quelque peu aiguisée avec un biseau généralement à un angle de 30 degrés. Ni cet angle ou la netteté du bord est critique.
souffler de l'air ou de la vapeur pénètre par le bol inférieur. ou d'un pied. Le bord supérieur du pied possède le même diamètre que la cloche et forme la lèvre inférieure du sifflet. La plupart de la partie supérieure du pied est couvert par un disque rond, la langueur. normalement avec un bord légèrement en biseau. Le diamètre de la langueur est un peu plus petite que l'intérieur du pied, en laissant une fente étroite. la cheminée. Grâce à ce mélange air / vapeur de soufflage forme un jet à travers l'embouchure, se dirigeant vers l'extérieur de la lèvre supérieure. Ce jet est l'agent d'entraînement pour le coup de sifflet que ses remplaçants de direction entre l'intérieur et l'extérieur de la lèvre supérieure.
2. Les dimensions critiques
2.1 Longueur
La mesure la plus fondamentale est la longueur L, à l'intérieur de la partie supérieure fermée de la cloche vers le bas sur la plaque de langueur. Détermine la hauteur du coup de sifflet, il correspond à une longueur d'onde près du quart de la note produite. Le terrain. alternativement noter, ou fréquence F, est mesurée en Hertz, les mêmes que les cycles par seconde. Connaissant F vous trouvez longueur d'onde que c / F, où c est la vitesse du son. La longueur nominale L de la cloche doit effectivement être faite plus courte qu'un quart d'onde, car l'air extérieur de la bouche prendra part le mouvement de résonance de la colonne d'air de la cloche. Pour cette conception particulière avec 3: 1 échelle de cette « correction de fin » est empiriquement environ 6%, de sorte que le coup de sifflet parlera un demi-ton plus bas que vous pourriez croire de L seul.
Pour l'air à 20 degrés centigrades (69 F) la vitesse du son c est de 343 mètres / seconde, identique à 13500 pouces / seconde. Il augmente d'environ 0,17% par degré centigrade (0,10% par degré F). Avec c vapeur est nettement plus élevé. Un coup de sifflet de la vapeur chauffer progressivement, et ce en même temps que l'expulsion de l'air produit une variation de ton caractéristique au début de la tonalité. Pour la vapeur, vous ne pouvez pas dire une valeur précise, mais on peut supposer une moyenne approximative de c pour être 400 mètres / seconde, ou 15750 pouces / seconde. Cela représente un changement vers le haut d'environ 2,7 demi-tons par rapport à l'air.
L'ensemble des échelles suivantes se rapportent à la longueur L note, valable pour l'air, et y compris la correction de fin prévue. Mettez une ligne verticale à une certaine quantité que vous connaissez et lire les valeurs correspondantes des autres. Par exemple, pour une fréquence de trou de serrure de C est de 260 Hz, et L est de 12 pouces ou 305 mm. Le petit indicateur sur le dessus de droite montre combien de décaler les échelles L supérieures à droite afin de les utiliser pour la vapeur. La même longueur produira alors plutôt un 305 Hz #D. Ou même C, il faudra alors L pour être 14 pouces ou 356 mm.
2,2 Diamètre
La prochaine recommandation générale pour un coup de sifflet est que la zone de la bouche devrait être d'environ la même que la section de cloche. Pour la conception de base de 3: 1 échelle et une bouche étendant tout autour de la cloche, cela signifie automatiquement le couper H devrait être une twelwth de la longueur, H = L / D = 12/4. Avec une coupe inférieure vers le haut, vous devez retenir souffler pouvoir pour éviter overblowing, et avec un plus un jet perd relativement plus de son énergie en turbulence en cours à la lèvre supérieure.
Dans le conduit de l'énergie statique du fluide de soufflage, représentée par la pression P, est convertie en énergie cinétique sous forme de vitesse V. Cette conversion obéit à l'équation de Bernoulli P = 0,5 * r * V 2 où r est la densité de la moyen. Dans ses recherches sur les tuyaux d'orgue Hartmut Ising une fois défini un « numéro d'intonation », une formule pour déterminer un meilleur T de largeur de fente, en fonction de couper H, la vitesse de jet V, et la hauteur F (pour un diagramme de dimensionnement général voir [1]) .
En utilisant l'équation de Bernoulli et nos hypothèses spécifiques présents de 3: 1 échelle, une bouche de 360 degrés de même surface que la cloche, et avec le numéro d'intonation 2,5 cela revient à la formule simple PT = 25L, en utilisant les unités SI. Cela dit deux choses essentielles. La première est que la largeur T de la fente doit être réglée en proportion de L, l'autre qu'il doit être inversement proportionnelle à la pression P. La formule est graphiquement représenté par les lignes en pente noires dans le schéma suivant.
De la pression, la largeur de fente et le diamètre, on peut également calculer la puissance délivrée par le soufflage d'air et de son débit. d'alimentation est indiquée par les lignes rouges. Dans un sifflet fonctionne de manière efficace la puissance de sortie acoustique typique est d'environ 1% de cette entrée. Le débit est indiqué par les lignes bleues.
2,5 soupape d'admission et
Vraisemblablement, avec sifflet de train de vapeur entraîné et similaires, la pression du pied est sensiblement inférieure à la pression d'alimentation de la chaudière, en raison de l'action d'étranglement d'un passage de valve étroite. Comme exemple d'un compteur en utilisant la formule ci-dessus, si la zone de la vanne A est un tiers de la zone de combustion B, puis la pression du pied est seulement 10% de la pression d'alimentation.
3. Remarque sur la hauteur et la correction fin
Il a été mentionné que de soufflage de vapeur d'eau provoque une augmentation progressive de hauteur que les manches de tuyau et le milieu est changé. Une augmentation similaire est livré avec l'air, mais à un degré moindre, voir par exemple [3]. La cause de ce qui peut être attribuée à deux facteurs.
L'un est lié au transfert d'énergie du jet de fumée au résonateur. La colonne d'air dans la cloche de résonance permet une oscillation d'écoulement dans et à travers la bouche. Ce flux commande la direction du jet de combustion ont tendance à alternativement vers l'intérieur et à l'extérieur de la lèvre supérieure. Ce mécanisme comprend un retard qui dépend de la vitesse du jet, et donc également à la pression, il est lié au temps de transit pour le jet à travers l'embouchure. Le retard correspond à un certain angle de phase à la fréquence d'oscillation. A oscillation stable il y a une correspondance entre ce point de vue « en phase jet » et la phase de la colonne résonante i la cloche, de sorte que l'énergie est transférée du jet de colonne. Précisément à la cloche résonance son angle de phase est égal à zéro, par définition. La « phase de jet » rend la fréquence d'oscillation dévie quelque peu de celle résonance de la cloche, dans une mesure qui varie avec la pression. - Cette théorie compliquée, ici brièvement décrites, est une base pour la formule Ising.
4. Modèle de démonstration
Cette photo montre deux sifflets plutôt peu romantiques fabriqués comme dans le schéma ci-dessus, à partir de 75 et 50 mm (3 pouces et 2) un tube de drainage en PVC. Les disques internes sont tournés de 1/2 contreplaqué de pouce à appuyer sur la tolérance en forme. Les notes en utilisant le 3: 1 règle de mise à l'échelle former le cinquième intervalle G et D. Etant donné que les tubes de cloche sont fabriqués avec environ 30% d'excès de longueur qu'ils peuvent être réglés vers le bas en ce qui concerne un quatrième inférieure en poussant leurs premiers disques d'augmenter L .
Ces deux sifflets ont été soufflés simultanément à partir d'un ventilateur industriel qui fournit environ 4 kPa (17 po CE, 0,6 PSI) qui se traduit par environ 115 Niveau de pression sonore dBc à 1 mètre de distance. les largeurs de fente sont respectivement de 1,0 et 0,8 mm. Les sifflets sont reliés au ventilateur avec un joint T, de telle sorte que le ventilateur de soufflage est libre à travers la troisième ouverture du joint. Les sifflets retentissent lorsque cette ouverture est recouverte de la main. Dans l'échantillon de sifflet supérieur est réglé vers le bas pour #C pour former un cinquième intervalle diminuée.
Le clip audio a été enregistré à 6 m distance des sifflets, face à l'extérieur d'un parc. Le fond est une réverbération des maisons environnantes et un faible ricanement de moineaux.
Dans ce spectre du son des nombres harmoniques pour le coup de sifflet 3 pouces 370 Hz G sont identifiés avec des chiffres rouges. Harmoniques pour le pouce 2 550 Hz avec #C vert.
5. tour du simulateur de vapeur
Le soufflage à la vapeur d'eau l'élévation de terrain initial fait pour une caractéristique hurlement appel qui est moins prononcée avec de l'air. Cette esquisse montre une solution pour augmenter la glisse avec de l'air. En dessous de la partie supérieure de la cloche d'un piston à joint (rouge) est ajoutée, avec un ressort de traction vers le haut. L'espace entre le haut et le piston est relié à un tube au pied du coup de sifflet. Lorsque la pression de soufflage (bleu) est activé, le piston se déplace vers le bas de telle sorte que la longueur de la cloche effective est réduite et la hauteur augmente. A moins d'avoir un contrôle étroit de la force de ressort, la zone de piston, et de la pression, il est judicieux de limiter le Voyage de piston avec un fil ou d'une chaîne à l'intérieur du ressort (vert).
Ce clip sonore illustre l'action de la 3" sifflet seul. Il a été réglé à environ E qui réduit le niveau sonore à 107 dBc à 1 m de distance.