Causa intuitiva para las correcciones finales

He buscado una descripción intuitiva de los motivos de las correcciones finales . Encuentro a la mayoría de ellos con matemáticas mucho más allá de mi nivel (escuela secundaria). Encontré dos sitios que intentaron explicarlo, bastante insatisfactoriamente en mi opinión. Sí, he visto las otras 2 respuestas respondidas en este sitio que están relacionadas con este tema.

http://www.pykett.org.uk/end-correction-natural-frequency-timbre-physical-modelling-organ-pipe.htm

http://newt.phys.unsw.edu.au/jw/flutes.v.clarinets.html

El primero intenta explicarlo (a mi entender) como: cada onda que pasa por la abertura debe hacer vibrar masas fuera de la tubería y, por lo tanto, la tubería realiza trabajo sobre ella y, por lo tanto, reduce la frecuencia. Tengo algunos problemas con esto.

ambos se encuentran en las regiones de transición entre los campos cercano y lejano, que son responsables de lo que llamamos las correcciones finales de la tubería. Debido a que la tubería tiene que poner estas masas externas en movimiento vibratorio, su inercia reduce la frecuencia (tono) a la que la tubería habla como cabría esperar intuitivamente: cada vez que aumenta la masa de un sistema oscilante, oscila más lentamente. La reducción de frecuencia es una manifestación de la energía que se ha extraído de la tubería para lanzar una onda sonora al entorno. La reducción del paso ha llevado al desafortunado concepto de una corrección final, lo que sugiere que la tubería es más larga de lo que realmente es". Debido a que la tubería tiene que poner estas masas externas en movimiento vibratorio, su inercia reduce la frecuencia (tono) a la que la tubería habla como cabría esperar intuitivamente: cada vez que aumenta la masa de un sistema oscilante, oscila más lentamente. La reducción de frecuencia es una manifestación de la energía que se ha extraído de la tubería para lanzar una onda sonora al entorno. La reducción del paso ha llevado al desafortunado concepto de una corrección final, lo que sugiere que la tubería es más larga de lo que realmente es". Debido a que la tubería tiene que poner estas masas externas en movimiento vibratorio, su inercia reduce la frecuencia (tono) a la que la tubería habla como cabría esperar intuitivamente: cada vez que aumenta la masa de un sistema oscilante, oscila más lentamente. La reducción de frecuencia es una manifestación de la energía que se ha extraído de la tubería para lanzar una onda sonora al entorno. La reducción del paso ha llevado al desafortunado concepto de una corrección final, lo que sugiere que la tubería es más larga de lo que realmente es". La reducción de frecuencia es una manifestación de la energía que se ha extraído de la tubería para lanzar una onda sonora al entorno. La reducción del paso ha llevado al desafortunado concepto de una corrección final, lo que sugiere que la tubería es más larga de lo que realmente es". La reducción de frecuencia es una manifestación de la energía que se ha extraído de la tubería para lanzar una onda sonora al entorno. La reducción del paso ha llevado al desafortunado concepto de una corrección final, lo que sugiere que la tubería es más larga de lo que realmente es".

En primer lugar, ¿por qué debería eso significar que se reduce la frecuencia, en lugar de la amplitud?

En segundo lugar, si la frecuencia disminuye cada vez que la onda pasa por el extremo abierto, ¿por qué la frecuencia de la onda no decae cada vez y eventualmente llega a ser muy baja? Estos problemas desaparecerían si tuviera una razón satisfactoria para que las masas adicionales participen en la oscilación, pero no puedo encontrar una, aparte del hecho de que la presión no puede ser igual a cero exactamente, o no habría trabajo. Sin embargo, esto no explica por qué ocurre.

En tercer lugar, ¿por qué la vibración de las masas de aire debería ser diferente de lo que hacen las ondas cuando se propagan normalmente? Según tengo entendido, la onda simplemente se propaga fuera de la tubería y se difracta. Si algo especial está ocurriendo cuando la onda tiene que hacer vibrar algunas masas de aire, ¿por qué no sucede todo el tiempo?

En cuarto lugar, esto parece implicar que la corrección final es proporcional al volumen de aire que debe excitar, o al cuadrado del radio. Sin embargo, la corrección final es lineal cuando la longitud de onda es mucho mayor que el diámetro.

El último enlace sugiere primero que la reflexión no ocurre exactamente en la salida, ya que la onda debe salir de la tubería para crear succión y la onda desfasada resultante. Por lo tanto, la longitud de la tubería es ligeramente mayor. Esto es mucho más fácil de comprender, pero no estoy completamente convencido.

"La reflexión se produce cuando un pulso de aire a alta presión llega al final del tubo y se propaga. Pero, ¿qué sucede exactamente al final? Dentro del tubo hay una onda plana, y cuando la onda se irradia hacia el exterior es una onda esférica, pero entre las dos hay una geometría complicada. En esta fase, el pulso de aire no está ni en el aire libre, sin impedimentos lejos de la tubería, ni en el entorno fuertemente restringido de la tubería. Está en algún lugar entre el dos: sin restricciones en un lado, pero restringidas por la tubería en el otro. Como explicamos anteriormente, la reflexión es causada por la succión que resulta cuando el impulso del pulso de aire lo aleja de la tubería. Esta succión no parece inmediatamente cuando el pulso llega al final de la tubería, pero un poco más tarde, cuando comienza a extenderse.Entonces, el reflejo parece ocurrir un poco más allá del extremo abierto de la tubería".

¿Por qué no debería ocurrir cuando sale de la tubería? ¿Por qué debe esperar para difractar? ¿Se debe esto a que el límite es vago y suavizado, como requisito de la continuidad de la presión y la velocidad, y por lo tanto la onda reflejada se crea más lejos? Mientras escribo esto, me siento más convencido que antes, pero todavía no estoy del todo seguro. La literatura al respecto es muy escasa.

Se agradece cualquier respuesta que aborde estas inquietudes o las explique de manera diferente.

Respuestas (2)

prueba esta explicación:

en el caso de un hipotético tubo resonante "perfecto", los nodos de la vibración coinciden exactamente con los extremos del tubo, lo que significa que las ondas de sonido se reflejan completa y perfectamente en los extremos del tubo, por lo que la longitud de onda del sonido es un múltiplo exacto de la longitud de la tubería.

Pero si esos reflejos fueran perfectos, ningún sonido saldría de la tubería; todo permanecería atrapado dentro de la tubería y no escucharía ningún sonido saliendo de ella.

El hecho de que pueda escuchar el sonido que sale de la tubería significa que no todo el sonido se refleja de nuevo en la tubería cuando la onda llega al final de la tubería. esto a su vez significa que la onda de sonido "sobresale" un poco del extremo del tubo. esto hace que la tubería suene una nota que tiene una longitud de onda un poco más larga de lo que cabría esperar, según la longitud de la tubería. el tubo juega ligeramente plano y debe acortarse ligeramente para jugar en el terreno de juego.

Estoy de acuerdo contigo en que la explicación citada es bastante pobre, por las razones que diste. Aquí hay una figura de mi propio libro ( gratis en línea ).

onda estacionaria dentro de una flauta en transición a un patrón de onda esférica

Supongo que hay dos posibilidades lógicas para comenzar considerando: (1) la onda se refleja al 100% en la boca del instrumento, o (2) se escapa algo de energía. La posibilidad 1 no es física (y también es contraria a la experiencia, ya que no podríamos escuchar ningún sonido en el caso de que todos los orificios de tono estuvieran cerrados). Podemos decir que eso es porque no es una solución a la ecuación de onda, pero creo que un argumento menos matemático que funciona es el siguiente. Si ese fuera el caso, con el patrón de onda estacionaria dentro del tubo terminando abruptamente en un nodo en la boca del tubo, entonces no habría diferencia si agregáramos más a la longitud del tubo, porque no habría ninguna onda de sonido afuera. el tubo que estaría interactuando con la extensión del tubo. Pero en ese caso,

Entonces concluimos que la energía se escapa. Ahora bien, si la energía se escapa, debe ser algún tipo de onda esférica. Una forma de ver esto es que las perturbaciones viajan a la velocidad del sonido, por lo que llegarán a un punto en el exterior en un tiempo que es básicamente r / v , dónde r es la distancia desde la boca y v es la velocidad del sonido. Esperamos que el patrón de onda tenga frentes de onda aproximadamente esféricos siempre que estemos a cierta distancia. r que es grande en comparación con el tamaño de la boca del instrumento.

Ahora llegamos al verdadero meollo de su pregunta. Si no hubiera corrección final, entonces el patrón de onda estacionaria dentro del tubo tendría que terminar en un nodo que coincidiera con el plano de la boca del tubo. Entonces, el patrón esférico también tendría que comenzar abruptamente en ese plano, como sugiere la figura. Pero el punto de la figura es que claramente no es físico. Este límite abrupto entre el comportamiento de onda plana y onda esférica, que es obvio en la figura, claramente no puede ser una solución a la ecuación de onda, porque tiene discontinuidades en ella. Tiene que haber una transición suave desde la onda estacionaria dentro del tubo hasta el patrón de radiación esférico fuera del tubo. Esta región de transición es la longitud adicional que se tiene en cuenta en la corrección final.

Supongo que aún podríamos preocuparnos por la posibilidad de que esta región de transición se encuentre dentro del tubo, lo que tendría el efecto de acortar la longitud de onda de la onda estacionaria en lugar de alargarla. Creo que nuevamente podemos descartar esto basándonos en el principio de que las perturbaciones de las ondas se propagan a no más de la velocidad del sonido. Si hacemos un pulso en la parte superior del tubo, entonces este pulso claramente no puede reflejarse antes de llegar a la boca del tubo, ya que entonces estaría siendo afectado por regiones del espacio que aún no ha alcanzado. Por lo tanto, el pulso debe hacer su transición en el exterior. Si esto es cierto para el pulso, entonces debe ser cierto para otras ondas, como las ondas periódicas, porque un pulso puede aproximarse bien mediante una suma de ondas sinusoidales, a través del análisis de Fourier.

Ben, gracias por el enlace a tu libro. Lo descargué para mi uso personal y referencia.