Флейта, играющая "на гелии"

[Elga]

Сообщение от Jivatman

В общем идея простая: дудка (поперечная или продольная - не имеет значения)...
В начале ствола тонкое отверстие (с боку или с торца, как удобнее в конкретной флейте), к которому подведен гибкий шланг от баллона или... шарика... Ну а в баллоне или шарике - гелий... Ну и, где-то между флейтой и баллоном/шариком, вентиль с плавной регулировкой (одним пальцем или несколькими - главное чтобы плавно, быстро и удобно работал). Словом - чем больше гелия в воздушной смеси при игре, тем выше скорость потока и частота звука, чем меньше гелия, тем ниже скорость и частота звука... Ну как в фокусе с мультяшным голосом из шарика...

Так. Задача на знание флейтовой акустики.

[noname]

Elga, давай задачу...

[Elga]

Она у меня распадается на несколько вариантов.
Для пущей наглядности предлагаю рассматривать поперечную флейту.

1) Берем флейтиста, способного ровно и достаточно долго держать длинную ноту. Одну. С помощью описанной Jivatman'ом конструкции подводим к рабочему краю губного отверстия гелий, создавая вокруг него более или менее плотную гелиевую атмосферу. Которую флейтист пытается сдувать воздухом. Вопрос: что будет происходить со звуком?

2) Флейтист тот же самый. На край губного отверстия поступает воздух. Но гелий заполняет "трубу" флейты. Опять же, что будет происходить со звуком? (Вот тут у меня как-то даже и догадок нет. В другой среде будет другая скорость распространения волн. И что из этого следует?)

3) А теперь берем специального гелиедышащего флейтиста...

4) ...и флейту, полностью заполненную гелием...

[Jivatman]

Сообщение от Elga

Она у меня распадается на несколько вариантов.
Для пущей наглядности предлагаю рассматривать поперечную флейту.

1) Берем флейтиста, способного ровно и достаточно долго держать длинную ноту. Одну. С помощью описанной Jivatman'ом конструкции подводим к рабочему краю губного отверстия гелий, создавая вокруг него более или менее плотную гелиевую атмосферу. Которую флейтист пытается сдувать воздухом. Вопрос: что будет происходить со звуком?

2) Флейтист тот же самый. На край губного отверстия поступает воздух. Но гелий заполняет "трубу" флейты. Опять же, что будет происходить со звуком? (Вот тут у меня как-то даже и догадок нет. В другой среде будет другая скорость распространения волн. И что из этого следует?)

3) А теперь берем специального гелиедышащего флейтиста...

4) ...и флейту, полностью заполненную гелием...

Да нормально все будет - нужно просто сделать ижектор, который будет сразу смешивать впрыскиваемую струю (распределенный впрыск).
Плотность обычного воздуха примерно 27г./24 л. (преобладание азота). Гелий - второй по легкости/плотности газ (после водорода), т.к. его ядеро состоит из единственного атома (т.е. занимает меньше места в пространстве, чем любой другой газ) и является самым текучим газом.
Его молярная масса 4г. (против 27 Азота, 32 кислорода, 44 углекислого газа...). Т.е. при впрыскивании гелия молярная масса (соответственно и плотность смеси) будет существенно меняться. Акустическое сопротивление воздушного столба, соответственно будет существенно падать и приводить к повышению скорости распространения волны, и повышению частоты колебаний.
Кстати, можно впрыскивать и не гелий, а какой-нибудь супер тяжелый газ... (желательно нетоксичный, наверное...) - тогда частота колебаний при увеличении его концентрации будет падать...
В общем, примерно так.
P.S. я не предлагаю дышать гелием. Просто сделать впрыск между свистком/амбушуром и виндвеем (где-то на стыке).
Кстати, можно еще на частоту влиять разогревом воздушного столба... Но инструмент может очень горячим получиться, да и быстрое охлаждение тоже нужно...
P.P.S. Как вариант - дополнительный октавный переключатель...

[Jivatman]

* не "ядеро состоит из единственного атома", естественно, а молекула... (очипятка )
P.S. эту конструкцию можно использовать, как "каподастер" для смещения строя обычной флейты...

[Elga]

Нет, я не понимаю.
Может быть, по необразованности не понимаю, мои знания в этой области поверхностны. Но все-таки.

Суть приспособления - в том, чтобы на лабиум поступал поток гелия, а не воздуха?
Или в том, чтобы резонировал столб гелия, а не воздуха?
И если две эти ситуации разделить, то как изменится звук (по сравнению с "нормальной" ситуацией, когда дуем воздухом и резонирует столб воздуха) в первом случае и во втором?

Акустическое сопротивление воздушного столба, соответственно будет существенно падать и приводить к повышению скорости распространения волны, и повышению частоты колебаний.

И этого не понимаю. Мне понятно, что скорость распространения волн связана с плотностью среды. (Кстати, в более плотной среде звуковые волны распространяются быстрее, в менее плотной - медленнее. А не наоборот.)
Но как с ней (плотностью среды) связана частота - не понимаю.

[Elga]

Сообщение от Elga

в более плотной среде звуковые волны распространяются быстрее, в менее плотной - медленнее. А не наоборот.

Прошу прощения, со скоростью разобралась:

Скорость звука (в метрах за секунду):
в гелии - 1300.
в воздухе - 340.
в воде - 1453.
Из написанного видно, что скорость распространения звуковых волн в среде зависит не только от плотности. Численной величиной скорости звука в среде равняется корень квадратный из единицы, деленной на коэффициент адиабатической сжимаемости*плотность. Таким образом, скорость звука обратно пропорциональна плотности среды и растет с увеличением упругости этой среды.
При увеличении плотности увеличивается мера инерционности атомов вещества, и звук распространяется с меньшей скоростью. Но в средах, в которых упругость велика, например, в воде и в кристаллических твердых телах, звук распространяется быстро за счет быстрого распространения малых локальных деформаций. В средах, где упругость низка (например, пластилин), звук распространяется значительно медленнее: локальные деформации малоупруги.

Но как частота зависит от плотности среды - все равно не понимаю.

[Jivatman]

Воздушно-гелиевая смесь должна резонировать.
Частота зависит от скорости звука в среде (в данном случае это воздух). А скорость звука зависит от плотности среды. Принятая 330 м/с дается для "нормальных условий", т.е. для давления 760 мм.рт.ст. и 20С (если не ошибаюсь).
Между прочим если дуть в флейту сильнее, то происходит небольшое смещение частоты нот в вверх из-за эффекта Доплера... Т.к. к скорости звуковой волны добавляется увеличенная скорость потока воздуха. Гелиевая смесь будет двигаться быстрее обычной.

[Petr]

Сообщение от Jivatman

Воздушно-гелиевая смесь должна резонировать.
Частота зависит от скорости звука в среде (в данном случае это воздух). А скорость звука зависит от плотности среды.

Идея разбавлять воздушную струю - "потрясная"!
Можно сделать не флейту, а трубу или горн, со вставкой после мундштука, в который и подавать гелий или другой газ. Трубача в этом случае можно брать обычного, дышащего воздухом, а не гелеем.

[Elga]

Да, про частоту и скорость поняла.
Плавное повышение тона при увеличении скорости потока через лабиум давно меня беспокоит :) Присутствие здесь эффекта Допплера мне как-то не совсем очевидно - можно ссылку?

...И все-таки. Не могу добиться ответа на вопрос: что мы должны получить в случае потока гелия на лабиуме и что - в случае резонирования гелиевого столба вместо воздушного?