Campanas de viento gigantes

Estoy construyendo campanas de viento grandes con TUBOS DE ALUMINIO con una D2 a 73,41 hercios como la más baja y otras dos frecuencias más altas de A2 a 110 hercios y E3 a 164,8 hercios. Sé cómo encontrar cada longitud para cada frecuencia respectivamente, pero necesito saber cómo encontrar cuál sería el diámetro óptimo para cada frecuencia.. Entiendo que a medida que la frecuencia deseada va más baja, el diámetro debe aumentar para obtener más área de superficie para que la fundamental se mantenga más fuerte que los parciales. Pero no sé a qué tasa debería aumentar el diámetro por cada cambio de frecuencia, respectivamente. En particular como dije estoy haciendo un D2 en 73.41 y necesito saber que diametro necesito. Estaba pensando en un diámetro de 5 o 6 pulgadas. Pero me gustaría saber por qué. Y debe escucharse con fuerza desde al menos 10 pies de distancia sin escuchar los molestos parciales que se producen a partir de materiales metálicos. De todos modos, agradecería mucho cualquier fórmula y respuesta que se relacione directamente con encontrar el diámetro requerido. ¡Gracias!

¿Está usted seguro de eso? Puedo creer que el calibre importa en un instrumento de viento, donde la onda de sonido viaja por el tubo, pero un carillón de viento depende principalmente de la vibración longitudinal del propio tubo. Te recomiendo que hagas una búsqueda de las propiedades vibratorias de los tubos.
Nuestra percepción hace que algo como 500 a 5000 Hz parezca más fuerte cuando se reproduce a la misma intensidad que 30 a 500 Hz. Pero no estoy hablando de este hecho. Estoy diciendo que a medida que la frecuencia es menor, si se usa la misma superficie, la intensidad es cada vez menor. Entonces, o se necesita más excursión o más área de superficie. En este caso, necesito más área de superficie y me preguntaba qué ecuación podría ayudarme a resolver cuál debe ser el área de superficie para producir, digamos, 70 db desde 10 pies de distancia. Y a partir de ahí puedo calcular el diámetro ya que es solo diámetro = Área de superficie /(pi* altura).
73,41 hercios a 70 db desde 10 pies de distancia. Si mantuviera el diámetro, digamos, en 2 pulgadas y simplemente aumentara la longitud para obtener las frecuencias más bajas, solo escucharía la frecuencia más baja con el oído hasta el timbre, y eso no es divertido, quiere poder escucharlo desde 10 pies de distancia más o menos.

Respuestas (1)

Una serie de factores influyen en el sonido de un carillón de viento:

  • La longitud de la tubería
  • El diámetro de la tubería
  • El espesor de la tubería
  • El material de la tubería (densidad, módulo de young)
  • Cómo se golpea la tubería
  • Cómo se suspende la tubería

Estos dos últimos puntos son realmente importantes: cuando golpeas exactamente en el medio, excitarás los modos impares (solo) del tubo: al suspender el tubo en el nodo del primer armónico, puedes amortiguar los armónicos más altos. Incluso podría agregar algo de masa en ese punto para limitar los armónicos más altos.

Se encuentra un buen análisis en http://www.vibrationdata.com/WindChimes.htm con gráficos de datos en el documento vinculado http://www.vibrationdata.com/WC_waterfall_plots.pdf . Esto muestra que pueden ocurrir modos más altos, pero normalmente se amortiguan más rápidamente para que la "cola larga" del sonido sea la frecuencia más baja (fundamental). Sin embargo, el "tono" que escucha cuando se golpea el tubo por primera vez es el componente más fuerte (y que se descompone más rápidamente). Puedes comprobarlo por ti mismo escuchando los clips de sonido incrustados en el enlace anterior y averiguando en el piano qué nota crees que escuchas.

La vibración que termina escuchando en un carillón de viento es una vibración transversal (vea el enlace anterior: los modos longitudinales son de una frecuencia mucho más alta; además, cuando golpea el costado del tubo, excita un modo transversal, no longitudinal. Los cálculos confirme que los modos transversales tienen la frecuencia correcta). Muy aproximadamente, la presión del sonido escalará con la amplitud de las vibraciones por el área del tubo - ancho por largo. Tenga en cuenta, sin embargo, que cuando aumenta el diámetro del tubo, se vuelve mucho más resistente a la flexión, por lo que la frecuencia aumentará mucho. De hecho, para el mismo espesor de tubo, el momento flector va como el cuadrado del diámetro mientras que la masa aumenta con el diámetro. Esto significa que la frecuencia aumentará cuando aumente el diámetro del tubo. Si lo compensas haciéndolo más largo, esto aumentará aún más la intensidad del sonido. Al mismo tiempo, golpear una varilla más pesada dará como resultado una amplitud más baja (aunque eso depende de la masa relativa del percutor y el tubo).

Entonces, como primera aproximación, podría intentar aumentar el diámetro en la raíz cuadrada inversa de la frecuencia y aumentar la longitud en la misma cantidad. Esto debería mantener la frecuencia fundamental y aumentar la presión del sonido. También podría aumentar el tiempo de reverberación (ya que la energía almacenada aumentará, creo).

Mucho en que pensar; difícil hacer el análisis con precisión. Lo mejor es hacer un montón de experimentos e informar aquí con los resultados.

Diviértete, incluso si el sonido no es "equilibrado", las campanas de viento son hermosas. Sospecho que será más difícil obtener un sonido armonioso cuando use diferentes diámetros/grosores de tubos para diferentes partes del timbre; es mejor que juegues con la excitación (a qué distancia de un nodo golpeas cada tubo) para equilibrar las amplitudes. D2 es una nota bastante baja... es probable que te ahogues (al menos inicialmente) en los armónicos, a menos que, como sugerí anteriormente, juegues con pesos para fortalecer la fundamental y suprimir los armónicos. Para aclarar, aquí reproduzco algunas figuras del enlace anterior que muestran los primeros modos de flexión:

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