Почему более высокие частоты усиливаются меньше, если наполнить бутылку более теплой водой, а не более холодной?

Из любопытства я пытался выяснить, чем отличается звук наполнения бутылки горячей и холодной водой, но я не смог найти никакого объяснения тому, почему возникают такие различия.

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Изображение выше представляет собой БПФ бутылки, наполненной водой при температуре 20°C, а изображение ниже представляет собой БПФ той же бутылки, наполненной водой при 70°C. Это БПФ, сделанные на полпути заполнения бутылки (синхронизировано с видео), но на протяжении всего наполнения бутылки кажется, что для бутылки, наполненной горячей водой, более высокие частоты вообще не усиливаются?

Я знаю, что бутылка может действовать как резонатор, который усиливает определенные частоты по мере того, как бутылка наполняется, и эти частоты исходят от звука, генерируемого водой, ударяющейся о бутылку/водную поверхность внутри бутылки. Многие люди, обсуждающие это на форумах и в статьях, говорят о более низкой вязкости горячей воды, но я не понимаю, как это может способствовать эффекту, который я наблюдал, и есть даже некоторые статьи, противоречащие тому, что я наблюдал, подчеркивая, что горячая вода на самом деле приведет к более высокому звуку из-за большего количества брызг воды.

Из того, что я читал, кажется, что в горячей воде пузырьки, образующиеся при ударе о поверхность воды, обычно меньше, чем пузырьки, образующиеся таким же образом в холодной воде, и интуитивно это может означать, что общая амплитуда ниже, но я не уверен, что это полезно для этого вопроса.

При использовании чашки вместо бутылки я заметил наличие некоторых более высоких частот, но более низкие частоты при наполнении чашки горячей водой были еще более заметными, поэтому мне было интересно, может ли форма резонатора иметь что-либо сделать с этим исчезновение более высоких частот.

Будет ли какое-либо объяснение, которое могло бы решить проблему затухания высоких частот при использовании горячей воды? Спасибо!

введите описание изображения здесь

На фото использованная бутылка. Его высота составляет около 22 см, и я разместил микрофон на расстоянии около 1 см от горлышка бутылки при записи звука. На самом деле я не поддерживал постоянную скорость потока, но использовал воронку, закрепленную на высоте 20 см над горлышком бутылки, и заливал воду через воронку, чтобы заполнить бутылку. В данном случае я не уверен, но не думаю, что скорость потока будет играть главную роль в таком затухании звука.

Фотография, показывающая материал и форму бутылки, расположение микрофона и все, что касается бутылки (например, ваших рук) во время измерения, может оказаться полезным.
Здесь задействовано так много переменных, помимо вопроса о горячей воде и холодной воде. Эксперимент должен быть проведен тщательно, чтобы убедиться, что эффект действительно связан с горячей водой по сравнению с холодной, а не с каким-то другим фактором. Были ли расходы воды для двух измерений точно одинаковыми? Расстояние от крана до бутылки было одинаковым? Соответствуют ли два показанных графика времени, когда количество воды в каждой бутылке в этот момент было одинаковым? Если бы вы писали это в статье, вам нужно было бы показать, что вы учли все эти возможные факторы.
@Samuel Weir Мне не удалось провести очень точный эксперимент, так как это было из любопытства, а не для статьи. Я установил воронку ровно на 20 см выше горлышка бутылки и налил воду через воронку. Если у меня будет время, возможно, я попробую что-нибудь, чтобы скорость потока была более постоянной. Микрофон также был закреплен примерно в 1 см от горлышка бутылки. Я использовал стеклянную бутылку с относительно более узким горлышком, как у пивной бутылки. Я оставил бутылку лежать на столе, когда записывал звук, но это не должно иметь слишком большого эффекта?

Ответы (1)

Вероятный ответ: вода, полная пузырьков, намного лучше ослабляет передачу звука, чем вода без пузырьков. Горячая вода при энергичном смешивании с воздухом легко наполняется пузырьками, потому что ее поверхностное натяжение меньше, чем у холодной воды, а горячая вода любит испаряться в пузырьки, продлевая их жизнь. Эти пузыри предпочтительнее убьют высокие частоты и оставят низкие более или менее в покое.

Вы можете легко проверить это, взбалтывая горячую и холодную воду и наблюдая за плотностью пузырьков.

Почему пузыри «убивают» эти более высокие частоты? Оказывает ли он демпфирующее действие на колебания воздуха, резонирующего внутри бутылки? Я не очень понимаю механизм этого, извините. Когда вы говорите о том, что горячая вода испаряется в пузырьки, будет ли это также наблюдаемым эффектом или эти карманы газа быстро растворяются в воде? Я не помню, чтобы действительно видел большее количество пузырьков, когда наливал горячую воду вместо холодной.
@CassandraLee Я предполагаю, что это потому, что высокие частоты не очень хорошо справляются с вещами, как и звук. Высокочастотный звук не так хорошо распространяется вокруг объектов или сквозь них, как низкочастотный. Почему? Я думаю, это потому, что при том же количестве энергии амплитуда высокочастотной волны давления меньше.