Grund Pfeife
Von Johan Liljencrants
Dieser Hinweis liefert ein paar Design-Parameter Details für eine grundlegende einzelne Note Pfeife. Der Umfang beschränkt ist, da ein paar dieser Parameter sehr spezifisch sind, basierend auf kundenspezifischen und Erfahrung. Nämlich, dass die Pfeife Durchmesser ein Drittel ihrer Länge, und daß die Mündung rundum erstreckt und die gleiche Fläche wie die Glocke.
Die Konstruktion wird mit einem Luft geblasenen Prototyp dargestellt, hergestellt aus PVC-Drainagerohren. Ein einfacher Trick gezeigt, von dem Sie den Pitch Bend charakteristisch für Dampfblasen simulieren.
1. Die Pfeife Teile
Diese allgemeine Zeichnung enthält zwei Arten Teile zusammen zu halten. Dies sind Beispiele dafür, wie Sie tun können, aber sie können nach Belieben je nach Herstellungsanlagen und Geschmack variiert werden.
Der grundlegendste Teil ist die Glocke. ein Rohr, das an seinem oberen Ende, offen am Boden geschlossen ist. Sein unterer Rand bildet die Oberlippe des Mundes der Pfeife. Die Oberlippe ist in der Regel etwas mit einer Fase geschärft typischerweise in einem Winkel von 30 Grad. Weder dieser Winkel oder die Schärfe der Kante ist kritisch.
Einblasen von Luft oder Dampf tritt durch die untere Schale. oder zu Fuß. Der obere Rand des Fußes hat den gleichen Durchmesser wie die Glocke und bildet die Unterlippe der Pfeife. Der größte Teil des Fußes oben wird durch eine runde Scheibe, die schlaff bedeckt. normalerweise mit einer leicht abgeschrägten Kante. Der Durchmesser des languid ist etwas kleiner als die Innenseite des Fußes, einen schmalen Schlitz zu verlassen. die Grippe. Dadurch bildet der Treib Luft / Dampf einen Strahl über den Mund, in Richtung der Außenseite der Oberlippe Überschrift. Dieser Strahl ist das Antriebsmittel für die Pfeife als seine Richtung wechselt zwischen Innen- und Außenseite der Oberlippe.
2. kritische Dimensionen
2.1 Länge
Die einfachste Maßnahme ist die Länge L, intern von der geschlossenen Oberseite der Glocke nach unten auf die Platte languid. Hier wird die Tonhöhe der Pfeife, entspricht es genau ein Viertel der Wellenlänge der Note erzeugt. Die Tonhöhe. abwechselnd beachten, oder die Frequenz F ist in Hertz, den gleichen wie Zyklen pro Sekunde gemessen. Zu wissen, F Sie finden Wellenlänge als c / F, wobei c die Schallgeschwindigkeit ist. Die Nennlänge L der Glocke hat tatsächlich als ein Viertel der Wellenlänge kürzer gemacht werden, da Luft außerhalb des Maulteil in der Resonanzbewegung der Glocke Luftsäule stattfinden wird. Für dieses besondere Design mit 3: 1-Maßstab dieser ‚End-Korrektur‘ ist empirisch etwa 6%, so wird die Pfeife einen Halbton tiefer sprechen, als Sie von L allein glauben könnten.
Für Luft bei 20 Grad Celsius (69 F) Schallgeschwindigkeit c ist 343 Meter / Sekunde, gleich wie 13500 inches / Sekunde. Es erhöht die etwa 0,17% pro Grad Celsius (0,10% pro Grad F). Mit Dampf c ist deutlich höher. eine Pfeife mit Dampf Blowing wird es allmählich erwärmen, und dies zusammen mit dem Austreiben der Luft erzeugt eine charakteristische Steigung Biegung am Beginn Ton. Für Dampf können Sie einen genauen Wert nicht sagen, aber wir können einen ungefähren Durchschnitt von c annehmen 400 Meter / Sekunde zu sein, oder 15750 Zoll / Sekunde. Dies bedeutet eine Aufwärtsverschiebung von etwa 2,7 Halbtönen relativ zu Luft.
Die folgende Reihe von Skalen beziehen Hinweis auf die Länge L, gültig für Luft, und einschließlich der genannten Ende Korrektur. Legen Sie eine vertikale Linie an einem gewissen Menge, die Sie kennen und die entsprechenden Werte der anderen lesen. Zum Beispiel für eine keyhole C Frequenz beträgt 260 Hz, und L ist 12 Zoll oder 305 mm. Der kleine oben rechts Indikator zeigt, wie viel die obere L Waage nach rechts zu verschieben, um sie für Dampf zu verwenden. Die gleiche Länge wird dann eher eine 305 Hz # D produzieren. Oder das gleiche C wird dann L erfordert 14 Zoll zu sein, oder 356 mm.
2.2 Durchmesser
Die nächste allgemeine Empfehlung für einen lauten Pfiff ist, dass der Mundbereich etwa die gleiche wie die Glocke Querschnitt sein sollte. Für das Grunddesign mit 3: 1-Maßstab und einem Mund ganz um die Glocke erstreckt, bedeutet dies automatisch die zerschneiden H eine twelwth der Länge sein sollte, H = L / 12 = D / 4. Mit einem unteren zerschneiden müssen Sie Stromüberblasen zu vermeiden Blasen zurückhalten, und mit einem höheren dem Strahl verliert relativ mehr Energie in Turbulenz im Gang an die Oberlippe.
Im Rauch die statische Energie des Blasmediums durch seinen Druck P dargestellt wird, wird in kinetische Energie in Form von Geschwindigkeit V umgewandelt Diese Umwandlung gehorcht die Bernoulli-Gleichung P = 0,5 * r * V 2 wobei r die Dichte der ist Mittel. In seiner Forschung auf Orgelpfeifen definierte Hartmut Ising einmal eine ‚Intonation Nummer‘, eine Formel, eine beste Schlitzbreite T, um zu bestimmen, abhängig von zerschneiden H, Strahlgeschwindigkeit V, und die Tonhöhe F (für eine allgemeine Dimensionierungstabelle siehe [1]) .
Unter Verwendung die Bernoulli-Gleichung und unsere gegenwärtigen spezifische Annahmen eines 3: 1-Maßstab, die einen 360-Grad-Mund gleicher Fläche wie die Glocke, und die mit der Intonation Nummer 2.5 dies läuft darauf hinaus, die einfache Formel unten PT = 25L, unter Verwendung von SI-Einheiten. Dies teilt zwei wichtige Dinge. Einer ist, dass die Schlitzbreite T soll proportional zu L eingestellt wird, die andere, daß es sollte umgekehrt proportional sein, um Druck P Die Formel ist graphisch durch die schwarzen schrägen Linien in der folgenden Abbildung dargestellt.
Von dem Druck, Spaltbreite und des Durchmessers kann auch die Leistung, die durch die Blasluft und seine Strömungsgeschwindigkeit geliefert berechnen. Die Stromversorgung wird durch die roten Linien dargestellt. In einem effizient arbeitPfeife die typische akustische Ausgangsleistung beträgt etwa 1% dieser Eingabe. Durchflussrate wird durch die blauen Linien dargestellt.
2.5 Inlet und Ventil
Vermutlich mit Dampf angetriebenen Zug Pfeifen und dergleichen, wobei der Fuß Druck wesentlich geringer ist als der Kesselzufuhrdruck infolge der Drosselwirkung eines engen Ventildurchgang. Als Gegenbeispiel der obigen Formel verwendet wird, wenn Ventilbereich A ein Drittel der Rauchbereich B ist, dann ist Fußdruck nur 10% des Versorgungsdrucks.
3. Notieren Sie auf dem Platz und Ende Korrektur
Es wurde erwähnt, dass mit Wasserdampf bläst einen graduellen Anstieg Steigung wie das Rohr erwärmt verursachen und das Medium geändert wird. Ein ähnlicher Anstieg kommt mit Luft, aber zu einem geringeren Grad, siehe z.B. [3]. Die Ursache hierfür ist auf zwei Faktoren zurückzuführen.
Eine besteht darin, die Energieübertragung vom Rauchstrahl auf den Resonator bezogen. Die Resonanzluftsäule in der Glocke sorgt für eine Strömung in oszillierender und durch den Mund. Dieser steuert die Strömungsrichtung des Rauchstrahl abwechselnd in Richtung der nach innen zu neigen, und die Außenseite der Oberlippe. Dieser Mechanismus beinhaltet eine Verzögerung, die von der Geschwindigkeit des Strahls abhängt, also auch auf dem Druck, wird es an die Durchgangszeit für den Strahl über die Mündung bezogen. Die Verzögerung entspricht einen bestimmten Phasenwinkel bei der Schwingungsfrequenz. Bei stabiler Schwingung es eine Übereinstimmung zwischen diesem ‚Jet Phase‘ Winkel und der Phase des mitschwingenden Spalts i der Glocke, so dass Energie vom Strahl Säule überführt wird. Genau an der Glocke Resonanz seines Phasenwinkel Null ist, per Definition. Die ‚Strahl Phase‘ macht die Schwingungsfrequenz etwas von dieser Glocke Resonanz abweichen, in einem Ausmaß, mit dem Druck variiert. - Diese komplizierte Theorie, hier kurz skizziert, ist eine Basis für die Ising Formel.
4. Vorführmodell
Dieses Foto zeigt zwei ziemlich unromantic Pfeifen wie oben in der Zeichnung hergestellt, von 75 und 50 mm (3 und 2 Zoll) PVC-Drainageschlauch. Die inneren Scheiben sind aus 1/2 Zoll starkem Sperrholz gedreht Passungstoleranz zu drücken. Ihre Anmerkungen, welche die 3: 1-Skalierung Regel bildet das fünfte Intervall G und D. Da die Glocke Rohre werden mit etwa 30% Überlänge machen sie bis zu ein Viertel niedriger durch Hochdrücken ihrer Top-Scheiben abgestimmt gelegt werden können L erhöhen .
Diese zwei Pfeifen wurden gleichzeitig aus einem industriellen Ventilator geblasen, das etwa 4 kPa Druck (17 inWC, 0,6 PSI), die in etwa 115 dBC Schalldruckpegeln in 1 Meter Abstand Ergebnisse liefert. Schlitzbreiten sind 1,0 und 0,8 mm. Die Pfeifen sind zum Ventilator mit einer T-Verbindung verbunden ist, so dass der Ventilator freier Treib durch die dritte Öffnung des Gelenkes ist. Die Pfeifen klingen, wenn diese Öffnung mit der Hand abgedeckt wird. In der Probe wird die höhere Pfeife #C abgestimmt unten ein vermindertes fünftes Intervall zu bilden.
Der Sound-Clip wurde auf 6 m Entfernung von den Pfeifen aufgezeichnet, im Freien gegenüber einem Park. Hintergrund ist einiger Nachhall aus dem umliegenden Häusern und ein schwaches Kichern von Spatzen.
In diesem Spektrum des Klanges die harmonischen Zahlen für die 3-Zoll-Pfeife 370 Hz G sind mit roten Zahlen identifiziert. Harmonics für den 2-Zoll-550 Hz #C mit grün.
5. Dampf-Simulator Trick
mit Dampfblasen des anfänglichen Anstieg Steigung sorgt für eine ansprechende Heulen Eigenschaft, die weniger Luft mit ausgesprochen wird. Diese Skizze zeigt eine Abhilfe das Gleiten mit Luft zu erhöhen. Unter der Oberseite der Glocke ist eine gedichtete (rot) Kolben gegeben, mit einer Feder nach oben ziehen. Der Raum zwischen der oberen und der Kolben ist mit einem Schlauch an den Fuß der Pfeife verbunden. Wenn Druck (blau) Blasen eingeschaltet ist, bewegt sich der Kolben nach unten, so dass die effektive Länge verringert wird Glocke und Tonhöhe steigt. Es sei denn, Sie schließen die Kontrolle über Federkraft, Kolbenfläche haben, und Druck ist es ratsam, die Kolbenbewegung mit einem Gewinde oder einer Kette innerhalb der Feder (grün) zu begrenzen.
Dieser Soundclip zeigt die Aktion mit der 3" Pfeife allein. Es wurde auf etwa E abgestimmt unten, die in 1 m Abstand Schallpegels bis 107 dBC reduziert.