Lo que determina el tono de una explosión?

Question

Es la fogata de fin de semana aquí en el reino unido, y todo el mundo tiene la intención de disparo de los fuegos artificiales.

Me preguntaba, ¿qué determina el tono del sonido producido por una explosión?

El sonido tiene claramente una posición dominante en la gama media cancha, alrededor de unos pocos cientos de hertz, y el más grande de los fuegos artificiales también tienen un muy bajo, pero un gran componente en alrededor de 20 a 50 hertz.

Lo que determina este tono? La cantidad de energía explosiva? La forma de la vasija? Algo más?

Answer 1

Si tuviera que adivinar una respuesta, me imagino que tiene algo que ver con el tamaño de la explosión. Frecuencia más baja significa una mayor longitud de onda, que se entusiasma más con eficacia por una explosión, con un mayor desplazamiento.

Usted puede ver el tipo de cosa que me refiero, mirando de un transductor piezoeléctrico de la conducción de un altavoz. Por un fijo de pico a pico de la tensión, el sonido producido será más fuerte en las frecuencias más altas, donde la limitada desplazamiento del altavoz está más cerca de la longitud de onda de la onda de sonido. Los altavoces que son impulsados por el PZT tienden a tener algo de electrónica para aumentar la amplitud de la baja frecuencia de las señales por esta razón (con la vieja escuela magnético de la bobina de los altavoces, conseguir esto de forma gratuita, y el desplazamiento, naturalmente, termina siendo más grande para una lenta oscilación). Esta es también la razón por la woofers para un sistema estéreo tienden a ser más grandes-- el mayor tamaño de manera más eficaz excita baja frecuencia, de larga longitud de onda de los modos.

(Esto lo hemos descubierto por accidente un día, cuando yo estaba en la escuela de posgrado, cuando estábamos haciendo un experimento que involucra un espejo en un PZT, y pasó una hora o así tratar de resolverlo antes de que uno de los mayores científicos deambulado en el y se lo explicó. La pega, en mi memoria como un resultado).

Puedo estar equivocado, pero si tuviera que adivinar, este sería mi suposición.

Answer 2

Otro factor: la explosión es una de diracde presión de tipo de excitación. El espectro de frecuencia es plana (transformada de Fourier $F(\delta)=1$ es la unidad para cada frecuencia) así que mi conjetura es, diferente tono viene de atenuación de frecuencias diferentes a través de la distancia - lejos de la explosión es un tono más alto, de la misma explosión cercana; a la misma distancia de la fuerte explosión de los dos es menor pendiente, como las frecuencias bajas no son completamente atenuada.

Answer 3

Usted tiene un número de factores, y ni siquiera estoy seguro de que incluso me las sé todas.

Para explosivos como los fuegos artificiales, uno de los problemas es la presión -- más grandes de fuegos artificiales tienden a tener más gruesas cáscaras, y ser herida más veces. (en la fabricación de grandes fuegos artificiales, envuélvalos con cadena para comprimir y hacerlos estallar más). Así, cuando los fuegos artificiales finalmente estalla, la presión interna es mayor, y por lo que acabaría inquietante de un mayor volumen de aire en la misma cantidad de tiempo. No tengo idea de lo mucho que esto es un factor ... supongo que has de tener una idéntica cantidad de explosivo, en idéntico volumen de contenedores de diferentes puntos fuertes.

Obviamente, el uso de más explosivos también se traduciría en más inquietante de aire, pero no sé cuánto de un factor que contribuye volumen vs presión.

Otro factor es el producto que se utiliza en la explosión, obviamente, diferentes grabar de manera diferente, pero incluso en el caso de los globos de estallar, y estamos lidiando con similares presiones de tamaños similares, el helio y el hidrógeno no cometer los mismos sonidos como algo lleno de comprimidos "aire" ... pero no sé si es un problema con las moléculas son más pequeñas, y por lo menos probabilidades de vibrar otras cosas que pasan por (sólo por las probabilidades de que haya una colisión), o si es simplemente una cuestión de diferente masa total, y por lo tanto hay menos energía almacenada en el momento de la liberación.

Supongo que la forma es también un factor importante, pero que va a ser aún más difícil de cuantificar, ya que con una carga formada vas a tener gas en movimiento a diferentes velocidades en diferentes direcciones, lo que puede hacer que el tono varía con la posición del observador.

Answer 4

Voy a ir principalmente con Chad de la argumentación. Más grande es igual a más lento, que debe excitar relativamente más baja frecuencia de los sonidos. También tenga en cuenta que cuanto más grande es la explosión (con suerte) más lejos del observador. Y el aire no es perfectamente elástica acústico medio, la energía se pierde, y las frecuencias más altas se atenúan más rápido que el más corto, lo que la distancia de forma selectiva filtrar las altas frecuencias.

También, tenga en cuenta, explosión generalmente significa que la detonación. Una detonación es una reacción exotérmica que se propaga por la compresión (adiabático) calefacción de la onda de choque, y la energía química se mantiene la onda de choque. Una onda de choque es esencialmente un altamente no lineales de soundwave, y como la sobrepresión decae con la distancia de la fuente es la voluntad de grado en una onda de sonido. Fuegos artificiales (pirotecnia) no son explosivos, pero son los (relativamente) la lenta reacción de los productos químicos (combustables, y un oxidante) debido al calor. Los fuegos artificiales pueden generar ondas de choque en el aire, si el paquete se rompe en lo suficientemente alta presión. Asimismo volcánicas, explosiones no son las detonaciones, pero las ondas de choque formado por el escape de gas de alta presión.

Si una explosión es rápida en comparación con las frecuencias de sonido que el detector es sensible a la (probablemente los oídos humanos en su caso), entonces podríamos ser capaces de modelar la explosión como un delta-función en el tiempo. Una función delta también deben excitar a todas las frecuencias, por lo que debe ser una simple cuestión de distancia de atenuación de las ondas de sonido.

Una explosión cerca de una superficie sólida, crea un efecto asombroso he escuchado llama mach-madre (aunque wikipedia no produce nada útil para este término). En cualquier caso, en distancia fija cerca de la superficie de la onda de choque es mucho más fuerte que la onda de choque a la altura por encima del suelo. En esencia, el efecto del suelo de la parte de la onda de choque se debilita aproximadamente sólo como 1/R en lugar de que el 1/R**2 que uno esperaría de un aire libre de la esférica blastwave. No sé qué efecto tiene en el espectro de sonido (tono), pero usted necesita estar en una mucho más grande de enfrentamiento a una distancia de cerca de groundblast que de un samesized de alta altitud de explosión a causa de ella.