камертон

Ладно, это не барабан, но, по крайней мере, ударный инструмент. Людям трудно услышать более высокие звуки, если только вы не прикоснетесь ручкой к черепу или не поднесете вилку очень близко к уху, но собаки определенно могут услышать их с большего расстояния (я говорю из личного опыта на Вон тот). Что еще лучше, они продолжают звучать некоторое время (может длиться более минуты, если вы бьете достаточно сильно), в то время как другие предложения (микроскопические барабаны) делают звук настолько коротким, что практически нет смысла их использовать. А камертон — это то, что уже существует, и вам не нужно сложное научное оборудование, чтобы сделать его — просто купите его в любом музыкальном магазине по довольно низкой цене.

Барабаны работают как динамики, только это кинетическое воздействие, а не магнитное воздействие, которое перемещает материал, который перемещает воздух.

Все, что вам нужно представить, это барабанная палочка, ударяющая по левой стороне изображения, а не магнитная катушка, показанная на изображении. Так работают барабаны.

Этому способствуют несколько вещей.

• Диаметр барабана. Чем он больше, тем легче воспроизводить низкочастотный звук. И наоборот, чем он меньше, тем легче производить высокочастотный звук.

• Способность головки барабана вибрировать. Если подумать, человеческое ухо не очень хорошо улавливает только один цикл любого звука. Чем меньше циклов, доступных для прослушивания, тем больше должна быть амплитуда, чтобы его можно было услышать.

Здоровая, молодая слуховая система может обнаруживать в тишине тона с частотами в диапазоне примерно от 20 до 20000 Гц. На рис. 2-2 показаны стандартизированные средние пороги для обнаружения тональных звуков различных частот, когда звуки имеют продолжительность приблизительно 500 миллисекунд (мс). ( Источник )

Вот почему по очень большим барабанам нужно бить очень сильно, чтобы их было хорошо слышно.

• В-третьих, это способность пластины барабана расслабляться или возвращаться в исходное положение. Чем быстрее это может произойти, тем выше может быть воспроизведена частота. Если пластику барабана требуется 0,1 мс, чтобы вернуться в исходное положение, сам барабан не может воспроизводить частоту выше 10 кГц. Это легко увидеть с точки зрения анимации динамика выше. Если диффузор динамика не может вернуться в исходное положение до того, как магнит отправит следующий импульс, диффузор просто останется в своем выдвинутом положении и перестанет издавать звук. Точно так же барабан перестанет издавать звук (все, что вы услышите, это звук барабанной палочки, бьющей по пластине барабана — сам барабан не будет издавать звука).

Стоит отметить, что вибрация и расслабление пластика барабана не происходят мгновенно. Они замедляются как по частоте, так и по амплитуде. Звук, который слышит человек, — это не одна частота, а последовательность частот в затухающей структуре. Начальный удар и размер барабана создают начальную преобладающую частоту. Оттуда становится тише и ниже. Это может повлиять на конструкцию ультразвукового барабана, поскольку затухающая частота может войти в диапазон человеческого слуха, хотя амплитуда может быть недостаточно высокой для обнаружения. ( Полезная справка, см. часть про "мерцание" )

Что такое барабан?

Наконец, стоит отметить, что барабан с точки зрения музыкального инструмента — это то, что можно определить как «музыкант ударяет по гибкой пластике барабана, и в результате получается звук, не относящийся непосредственно к объекту, используемому для удара по барабану».

• Деревянный брусок не является барабаном, потому что вы слышите звук барабанной палочки, ударяющейся о деревянный брусок, а не звук, создаваемый гибкой поверхностью, сотрясающей воздух. (Музыканты не называют деревянные блоки барабанами.)

• Точно так же бетон — это не барабан, потому что 99% того, что вы слышите, — это звук самой барабанной палочки.

• Перевернутая банка — это барабан, потому что металл, хотя и более ребристый, чем у традиционной барабанной пластины, тем не менее сотрясает воздух под собой.

А стальные барабаны — лучший пример того, что может создавать ультразвук. Но можно ли было создать такой, чтобы собаки могли слышать, а не люди?

Ультразвуковой карибский стальной барабан

Из этого, который должен быть окончательным анализом стальных барабанов , мы узнаем:

Еще одним следствием использования металлических сплавов для производства кастрюль является влияние свойств материала на акустику ноты. Например, если нота должна быть смоделирована как круглая зажатая пластина, ее основная частота может быть выражена как [112]:

$$f_{0,0} = \frac{0.467t}{r^2}\sqrt{\frac{E}{\rho(1-v^2)}}$$ где t — толщина металла банкноты, r — радиус банкноты до границы зажима,$\rho$- плотность металла для заметок, E - его модуль Юнга, а v - коэффициент Пуассона.

На странице 29 этого документа мы получаем заполненные переменные и, используя сталь толщиной 0,55 мм:

Что, если я правильно рассчитал, дает нам радиус головки барабана 8 мм для получения основной ноты 20 кГц.

Заключение

Ответ — нет, вы не можете сделать барабан, излучающий частоту, недоступную человеческому слуху. Изготовление барабанной пластины (материал с достаточно быстрой способностью к восстановлению) и размер (8 мм и меньше с использованием нержавеющей стали) физически слишком малы для существа такого размера, о котором вы говорите, чтобы предсказуемо ударить барабанной палочкой (что само по себе должно , быть меньше диаметра головки барабана).

Да, это возможно. Барабаны издают звуки, потому что кожа барабана вибрирует — точно так же, как мембрана в громкоговорителе. Чем быстрее вибрирует кожа, тем выше тон. Вполне возможно изготовить барабаны, издающие ультразвуковые звуки (выше 20 кГц). Свистки для собак обычно издают звук в диапазоне от 23 до 54 кГц.

На высоту тона барабана влияют четыре фактора: размер барабана (чем меньше размер, тем выше тон), насколько плотна оболочка (чем плотнее, тем выше звук), материал покрытия барабана (например, стальные барабаны дают более высокий тон) и среда, в которой распространяется звук (в воде звуки становятся более высокими). Последнее, вероятно, здесь не уместно, так как я полагаю, что у ваших собак нет воды.

Ультразвуковые барабаны существуют и используются, например, в медицинских сканерах. Siemens производит ультразвуковые барабанные головки из кремниевых пластин, каждая из которых составляет одну седьмую ширины человеческого волоса. Университет Британской Колумбии изготавливает барабанные пластины из полимерной смолы толщиной с человеческий волос. Однако вам не понадобится такая степень ультразвука для достижения вашей цели. Таким образом, крошечный стальной барабан с плотной оболочкой должен издавать ультразвуковые звуки в нужном вам диапазоне.

Проблема может заключаться в том, что с таким маленьким барабаном трудно добиться очень высокой громкости, но опять же, у собак очень хороший слух. Еще одна проблема заключается в том, что звуки барабана будут очень короткими — скорее «плинк», чем «бум», как в стальном барабане, но даже короче.

Это обязательно должен быть барабан?

Если вы поиграете с барабанной установкой, вы заметите, что тарелки издают разные звуки в зависимости от того, куда вы бьете. Удары кончиком палочки по верхней части тарелок райд или крэш будут издавать очень высокие звуки, и в зависимости от ваших тарелок эти звуки могут быть на границе и/или выше диапазона человеческого слуха. Дело в том, что даже если вы не слышите их, вы можете это чувствовать. Немного режет ухо, когда громко.

Помните, что собаки улавливают звуки гораздо дальше, чем люди. Если у вас дома есть собака, и она приходит, когда вы ее зовете, попробуйте позвать ее шепотом из другой комнаты ;) породы с волчьими ушами имеют лучший слух и могут услышать, как вы открываете банку с арахисовым маслом через весь дом. . Все это говорит о том, что по верхней части специальной тарелки можно ударить очень далеко, так что ни один человек не услышит, а собаки услышат.

Если вы должны настаивать на барабане: опять же с барабанными установками, чем меньше барабан, тем выше его высота. Самые низкие звуки исходят от напольного тома (большой обычно справа от барабанщика) и большого барабана (тот, что в центре установки, на котором вы играете педалью). Самый высокий звук - это маленький том, расположенный на толе большого барабана и в центре слева от барабанщика.

Сделайте барабан достаточно маленьким, и он будет ультразвуковым. Если вы достаточно близко, вы услышите, как бьют, но это будет слабый звук, как звук барабана с глушителем или тренировочной площадки. В основном это будет исходить от палки. Сама барабанная пластина была бы неслышна для людей. Я не знаю, какого размера был бы такой барабан, но он был бы очень маленьким - намного меньше бубна.

Если вы хотите перейти на электронику: барабанщики, которые живут в квартирах и не хотят, чтобы их выселяли, обычно играют на электронных установках или используют барабанные мьюты (своего рода глушитель) или тренировочные пэды. К ним можно присоединить пьезоэлектрический преобразователь (электронный комплект использует такие преобразователи по своей конструкции). Преобразователь — это устройство, которое преобразует неэлектрический сигнал в электрический и наоборот. Таким образом, вы могли обнаружить вибрацию на обычно приглушенном пластике или пэде, а компьютер или смартфон воспроизвести ультразвуковой звук.

Если вам нравится делать своими руками, вы можете сделать это с ударной установкой Guitar Hero, компьютером и динамиком. Я сделал это однажды, чтобы играть не ультразвуковые звуки, а обычные звуки ударной установки. Я точно знаю, что ударные установки для PS3 и X360 будут распознаваться ПК как джойстики Plug and Play (каждый барабан или тарелка назначена отдельной кнопке, которая «нажимается», когда вы их нажимаете) — установка Wii будет просто обнаружить wiimote, но какое-то специальное программное обеспечение заставляет его вести себя как другие. Тогда вам нужно какое-то программное обеспечение для преобразования этих нажатий кнопок в звук. Существует множество MIDI-программ, но я не знаю, делают ли они УЗИ. Вы всегда можете написать свой собственный код или попросить кого-то другого сделать это за вас :)

а как насчет очень низких звуков?

по моим расчетам, 40-дюймовый барабан должен подойти.

я использовал ментальную арифметику, используя диаграмму по этой ссылке: https://tune-bot.com/tunebottuningguide.pdf

однако, для барабана, который вам нужен, у меня есть идея, что может быть идеальным: пьезоэлектрический динамик. У вас может быть драм-машина, которая производит удары в звуковом диапазоне, который могут слышать только собаки.

Собаки могут слышать от 47 000 до 65 000 Гц. Взрослые люди могут слышать до 20 000 герц, хотя маленькие дети могут слышать выше.

Вам придется сделать барабан из чего-то вроде меди или алюминия. Поскольку они позволяют вибрировать быстрее, позволяя звуку достигать более высоких герц.
Потребуется небольшой барабан, потому что чем больше барабан, тем ниже скорость вибрации из-за скорости от края назад до точки удара и наоборот.

Собаки с заостренными ушами будут слышать лучше, чем собаки с висячими ушами. Таким образом, вы должны основывать звук на том, какой тип уха будет нуждаться в том, чтобы услышать его больше всего.

Собаки, как правило, обращают больше внимания на звуки, чем люди, потому что у людей есть нечто в их мозгу, которое делает так, что они могут блокировать фоновый шум. Хотя, как и у людей с аутизмом или нарушением сенсорной обработки, вы увидите, что они не могут блокировать фоновый шум. Таким образом, все шумы звучат с одинаковым уровнем громкости. Таким образом, звук не должен был длиться очень долго, чтобы они могли услышать его в теории.

Итак, я бы сказал, основываясь на этих фактах, что это очень правдоподобно, хотя и несколько сложно, если у вас нет чего-то вроде усилителя, такого как динамик или что-то в этом роде. Кроме того, люди могут услышать его, если они действительно близко к нему. Некоторые люди могут слышать лучше, чем другие. Таким образом, как и в случае с некоторыми часами, для всех, кроме немногих, они совершенно бесшумны, но для других они издают ужасно высокий звук, который может слышать и собака. Это тоже надо бы учитывать.

Не совсем бесшумный в слышимом для человека диапазоне, нет.

Лучшее, чего вы можете добиться, это сетка из очень маленьких стальных или алюминиевых барабанов миллиметрового диапазона, каждая со стальной иглой впереди, все иглы прикреплены к мягкой пластине. Вместо тимпанов вы можете адаптировать ответ @DarrelHoffman и использовать камертоны, для чего потребуется еще более простая технология.

Ударьте барабанной палочкой по веслу, иглы ударят по барабанным перепонкам и получите сверхзвуковой основной тон в диапазоне десятков кГц. Вам нужно повозиться с расстоянием между барабанными перепонками, но это сработает.

Проблема в том, что вся сборка также неизбежно будет вибрировать в слышимом диапазоне и иметь слышимые гармоники.

Такой товар когда-то был: телевизионный пульт Zenith "Space Command" . Он производил ультразвуковые импульсы, забивая алюминиевые стержни. Для людей это было не совсем бесшумно, молоток слегка щелкнул, но это было близко.

Один из первых ультразвуковых преобразователей, запатентованный Polaroid в качестве дальномера в своих камерах, по сути представляет собой барабан.

Передняя поверхность преобразователя представляет собой лист золотой фольги (барабан). За ним находится металлическая пластина. Подача напряжения (обычно от 100 до 200 В) между фольгой и пластиной заставляет фольгу притягиваться или отталкиваться, перемещая «барабанную пластину» из фольги, создавая ультразвуковой импульс.

Любой возвращающийся ультразвуковой звук вызывает вибрацию фольги. Если на фольге остается заряд, она действует как переменный конденсатор, и вибрации меняют напряжение на устройстве. Таким образом, одно и то же устройство выступает в качестве передатчика и приемника. Ваше приложение нужно использовать только в качестве передатчика.

Они по-прежнему доступны для покупки сегодня, хотя более распространены датчики меньшего размера и лучшего качества.