digitální odhalení: můžete skutečně rozbít sklo svým hlasem?

nastavení jeviště

operní pěvec zasáhne vysokou notu, rachotí ušní bubny publika a exploduje sklenku vína v salonu. Možná jste to viděli ve filmech,ale je to opravdu možné pouze se zvukem? Je akustický útok lidského hlasu dostatečně silný, aby rozbil sklo?

pokud jste požádali někoho z ulice, aby vyzkoušel tento experiment, pravděpodobně by se pokusil udělat dvě věci: zpívejte tak hlasitě, jak jen mohou, a zpívejte v nejvyšší možné výšce. Výsledek? Všichni psi v okolí by mohli začít štěkat, ale sklo by velmi pravděpodobně zůstalo neporušené. Člověk by mohl křičet sám sebe modře do obličeje, ale na špatném hřišti by se odrazila většina sil z jeho hlasu, takže sklo nezraněné.

vyžaduje sílu i přesnost, existuje tajemství rozbití skla pouze vaším hlasem; magický tón jedinečný pro každý objekt. Objekt, který může vibrovat, má tendenci tak činit určitou rychlostí, nazývanou jeho přirozená nebo rezonanční frekvence. Tato frekvence závisí na velikosti, tvaru a složení objektu. Objekt bude silně vibrovat prakticky bez tlumení, když je vystaven vibracím na své rezonanční frekvenci. Naopak odráží velkou část síly mimo tento rozsah přirozené rezonance. Čistý zvuk, vzhledem k tomu, když udeří do křišťálové sklo je sklo‘ rezonanční frekvence, a teoreticky, pokud zpěvák zápasy hřiště s dostatkem objemu, síly, bude silný a koncentrovaný dost rozbít to sklo.

v Zákulisí

Za účelem prokázání této teorie, vytvořili jsme simulaci, jestli křišťálové sklenice na víno by se zlomit ve možný objem a rozsah lidského hlasu. Vyškolený operní pěvec může udržet notu na nebo mírně nad 100 decibelů (dB), téměř objem sbíječky. Také jsme potřebovali zjistit, zda by rezonanční frekvence mohla být dosažena v rozsahu potenciálního rozteče zpěváka. Průměrná řeč je obvykle mezi frekvencí 100 až 220 hertz (Hz) a profesionální soprán frekvence se pohybuje kdekoli od 250 do 1500 Hz.

nejdůležitějším určením je přesná rezonanční frekvence samotného skla. Pokud stimulujete sklenici vína zvukem při této frekvenci, vibrace ve sklenici budou mnohem intenzivnější než při jakékoli jiné frekvenci. Pokud jsou dostatečně intenzivní, sklo se rozbije.

Jedním z tajemství rozbití skla je rezonanční frekvence se mírně změní, jak sklo vibruje s větším výtlakem. Když klepnete na sklo slyšet rezonanční frekvenci, která je mírně vyšší (o několik Hz), než je frekvence, budete muset rozbít sklo.

Příprava pro Showtime: Nastavení Simulace

Tato klasická ukázka rezonance využívá intenzivní zvukové vlny, jejichž frekvence je naladěn tak, aby odpovídaly přirozené frekvence sklenice na víno. Sklo má vysoký obsah olova, který vytváří vysoce kvalitní faktor Q, potřebný pro tuto demonstraci. „Kvalita“ skla může být slyšena tím, že si všimne, jak dlouho zazvoní po klepnutí. Přirozená frekvence sklenice na víno, která má být použita, se před demonstrací pečlivě změří, aby byla v rozmezí ~ 0,1 Hz. Při řízené zesilovač a reproduktor, stojaté vlny nadšení po obvodu sklenice na víno vzít o druhé stavět do maximální amplituda a rozbít sklenice na víno. Je třeba zdůraznit, že přizpůsobení frekvence je zásadní, a žádná amplituda špatně sladěného zvukového signálu nebude stačit k rozbití sklenice na víno.

pro simulaci tohoto jevu jsme zpočátku potřebovali vytvořit konečný model sklenice na víno a získat rezonanční frekvenci a její tvary. Režimy jsou různé způsoby, jak lze energii dynamicky ukládat do systému, oscilace mezi kinetickou a potenciální energií. Ve světě simulace, jsme schopni vidět tyto tvary režimů při každé rezonanční frekvenci struktury a zde máme snímek pro tyto tvary režimů níže z analýzy normálního režimu Altair OptiStructTM.

rezonanční frekvence 392.2 Hz byl odhodlaný mít tvar režimu, která by mohla dostatečně deformovat tvar sklenice na víno mísy, stejně jako stonek a nohy skla. Tato frekvence je dobře v možném rozsahu lidského hlasu. Poté jsme kolem skla vybudovali akustickou doménu a vzrušili ji tímto vysokým zatížením.

Hlavní Události: spuštění Simulace

Obecně, akustické záření vnitřní problémy jsou řešeny na základě nevazký tok s lineární tlak hustota vztahu. Nekonečné prvky se obvykle používají k simulaci problémů s vnějším zářením. Akustické modelování, v konečných a semi-nekonečných doménách, jsou nezbytné pro predikci veličin, jako je vnější a vyzařovaný šum ve vibroakustických problémech. Nekonečné prvky jsou oblíbeným způsobem modelování těchto domén. Akustické nekonečné prvky se zde používají k simulaci vnějšího akustického tlaku na přijímači.

tento model konečných prvků má zdroj akustického tlaku ve středu tekuté koule. Uvnitř koule sklenice na víno vibruje z buzení přijatého ze zdroje zvuku. Nekonečné prvky jsou kůží koule, jejíž normály prvků směřují k přijímači. To je zde modelováno pro sledování akustického tlaku v rozmezí 110 dB až 140 dB, v horních mezích udržitelné hlasitosti lidského hlasu.

v akustických výsledcích jsme pozorovali, že sklenice na víno vibruje při 392.2 Hz a obvod misky na víno vytváří velmi vysoké posuny a negovatelné na stonku a noze. Na desce přijímače jsme pozorovali velmi vysoký akustický tlak nad 140 dB. Maximální pozorovaný posun byl mezi 120-140 dB.

Crescendo: rozbilo se sklo?

když jsme zapnuli předpovědi selhání v řešiči konečných prvků s hodnotami posunutí na 120-140 dB, Pozorovali jsme rozbití skla mezi rozsahem sinusové křivky 1k-10k (0 .00243 s / cyklus). To se rovná méně než 20 celkem sekund, v rozsahu, který by zpěvák mohl udržet notu. Na níže uvedených simulačních obrázcích můžete vidět trhlinu inicializovanou z horní části misky na obvodu.

simulace podpořila naši počáteční hypotézu. Poznámka udržovaná po dobu 20 sekund při rezonanční frekvenci skla vytvořila dostatečný posun, aby se mísa rozbila. Zajímavé je, že sekce zaostření se rozbije najednou, když se sklo rozbije. Sklo je skvělým testem tohoto rezonančního jevu, protože je tak křehké. Ve skle není mnoho mechanismů absorbujících energii, takže veškerá energie jde do prodloužení délky trhlin, což se děje velmi rychle a rozbíjí sklenici vína náhlým a dramatickým způsobem.

V této simulaci, vidíme silné zastoupení neviditelné síly okolo nás a jak šíření mechanické vibrace mohou fyzicky dopad objekty. To je hudba pro naše uši.