Stimmgabel

Okay, es ist keine Trommel, aber es ist zumindest ein perkussives Instrument. Die höheren Töne können für Menschen schwer zu hören sein, es sei denn, Sie berühren den Griff an Ihrem Schädel oder halten die Gabel sehr nahe an Ihr Ohr, können aber definitiv von Hunden aus größerer Entfernung gehört werden (ich spreche aus erster Hand). Das hier). Das Beste ist jedoch, dass sie eine ganze Weile weiter klingen (kann über eine Minute dauern, wenn Sie hart genug schlagen), während andere Vorschläge (mikroskopische Trommeln) einen so kurzen Klang erzeugen, dass es fast keinen Sinn macht, sie zu verwenden. Und eine Stimmgabel ist etwas, das es bereits gibt, und Sie brauchen keine ausgefallene wissenschaftliche Ausrüstung, um eine herzustellen - kaufen Sie einfach eine ziemlich billig in einem Musikgeschäft.

Trommeln funktionieren wie Lautsprecher, nur dass es eher ein kinetischer Aufprall als ein magnetischer Aufprall ist, der das Material bewegt, das die Luft bewegt.

Alles, was Sie sich vorstellen müssen, ist ein Trommelstock, der auf die linke Seite des Bildes trifft, und nicht die im Bild gezeigte Magnetspule. So funktionieren Trommeln.

Dazu tragen mehrere Dinge bei.

• Der Durchmesser der Trommel. Je größer es ist, desto einfacher ist es, niederfrequenten Ton zu erzeugen. Umgekehrt, je kleiner es ist, desto einfacher ist es, hochfrequenten Klang zu erzeugen.

• Die Fähigkeit des Trommelfells zu schwingen. Wenn Sie darüber nachdenken, ist das menschliche Ohr nicht sehr gut darin, nur einen Zyklus eines Tons aufzunehmen . Je weniger Zyklen zum Hören zur Verfügung stehen, desto größer muss die Amplitude sein, um sie zu hören.

Das gesunde, junge Gehör kann in Ruhe Töne im Frequenzbereich von etwa 20 bis 20000 Hz wahrnehmen. Abbildung 2-2 zeigt die standardisierten durchschnittlichen Schwellenwerte zum Erkennen tonaler Geräusche unterschiedlicher Frequenzen, wenn die Geräusche eine Dauer von etwa 500 Millisekunden (ms) haben. ( Quelle )

Aus diesem Grund müssen sehr große Trommeln sehr hart angeschlagen werden, um gut gehört zu werden.

• Drittens ist die Fähigkeit des Trommelfells, sich zu entspannen oder in seine ursprüngliche Position zurückzukehren. Je schneller dies geschehen kann, desto höher kann die Frequenz wiedergegeben werden. Wenn das Trommelfell 0,1 ms benötigt, um in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, kann die Trommel selbst keine Frequenz über 10 KHz erzeugen. Dies ist aus der Perspektive der obigen Sprecheranimation leicht zu erkennen. Wenn der Lautsprecherkegel nicht in seine erste Position zurückkehren kann, bevor der Magnet den nächsten Impuls sendet, bleibt der Kegel einfach in seiner ausgefahrenen Position und hört auf, Geräusche zu machen. Ebenso würde die Trommel aufhören, Geräusche zu machen (alles, was Sie hören würden, ist das Geräusch des Trommelstocks, der auf den Trommelkopf schlägt - die Trommel selbst würde keinen Ton erzeugen).

Es ist erwähnenswert, dass die Vibration und Entspannung des Trommelfells nicht sofort erfolgt. Sie verlangsamen sich sowohl in der Frequenz als auch in der Amplitude. Der Ton, den eine Person hört, ist keine einzelne Frequenz, sondern eine Reihe von Frequenzen in einem abklingenden Muster. Der anfängliche Schlag und die Größe der Trommel erzeugen die anfängliche, vorherrschende Frequenz. Ab da wird es leiser und tiefer. Dies könnte die Konstruktion einer Ultraschalltrommel beeinflussen, da die abklingende Frequenz in den Bereich des menschlichen Gehörs gelangen könnte, obwohl die Amplitude möglicherweise nicht hoch genug für eine Erkennung ist. ( Nützliche Referenz, siehe den Teil über "Schimmer" )

Was ist eine Trommel?

Schließlich ist es erwähnenswert, dass eine Trommel aus der Perspektive eines Musikinstruments etwas ist, das definiert werden könnte als „ein Musiker schlägt auf ein flexibles Trommelfell und das Ergebnis ist ein Klang, der nicht direkt dem Objekt zuzuordnen ist, mit dem die Trommel geschlagen wurde“.

• Ein Holzklotz ist keine Trommel, denn was Sie hören, ist das Geräusch des Trommelstocks, der auf den Holzklotz trifft, nicht das Geräusch, das von einer flexiblen Oberfläche erzeugt wird, die gegen Luft schlägt. (Musiker bezeichnen Holzblöcke nicht als Trommeln.)

• Ebenso ist Beton keine Trommel, denn 99 % dessen, was Sie hören, ist der Klang des Trommelstocks selbst.

• Eine umgedrehte Dose ist eine Trommel, weil das Metall, obwohl es viel geriffelter ist als ein herkömmliches Trommelfell, dennoch die Luft darunter erschüttert.

Und Stahltrommeln sind das beste Beispiel dafür, was einen Ultraschallton erzeugen könnte. Aber könnte man einen erschaffen, den Hunde, aber nicht Menschen, hören könnten?

Eine karibische Ultraschall-Stahltrommel

Daraus , was die endgültige Analyse von Stahlfässern sein muss , lernen wir:

Eine weitere Auswirkung der Verwendung von Metalllegierungen für die Pfannenherstellung ist die Auswirkung der Materialeigenschaften auf die Akustik der Note. Wenn beispielsweise eine Note als kreisförmig eingespannte Platte modelliert werden soll, kann ihre Grundfrequenz ausgedrückt werden als [112]:

$$f_{0,0} = \frac{0.467t}{r^2}\sqrt{\frac{E}{\rho(1-v^2)}}$$ wobei t die Dicke des Notenmetalls ist, r der Radius der Note bis zur Klemmgrenze ist,$\rho$ist die Dichte des Notenmetalls, E ist sein Elastizitätsmodul und v ist die Poisson-Zahl.

Von Seite 29 dieses Dokuments erhalten wir die gefüllten Variablen und unter Verwendung einer Stahldicke von 0,55 mm:

Was, wenn ich richtig gerechnet habe, einen Trommelfellradius von 8 mm ergibt, um eine Grundnote von 20 kHz zu erreichen.

Abschluss

Die Antwort ist nein, man kann keine Trommel bauen, die eine Frequenz jenseits des menschlichen Gehörs aussendet. Die Herstellung des Trommelfells (ein Material mit einer ausreichend schnellen Erholungsfähigkeit) und Größe (8 mm und kleiner bei Verwendung von Edelstahl) sind physikalisch zu klein für eine Kreatur der Größe, die Sie besprechen, um vorhersehbar mit einem Trommelstock zu schlagen (was selbst sein muss , kleiner sein als der Durchmesser des Trommelfells).

Ja, es ist möglich. Trommeln erzeugen Töne, weil die Trommelfelle schwingen – so wie die Membran in einem Lautsprecher. Je schneller die Haut vibriert, desto höher die Tonhöhe. Es ist durchaus möglich, Trommeln herzustellen, die Ultraschalltöne erzeugen (über 20 KHz). Hundepfeifen erzeugen normalerweise Geräusche im Bereich von 23 bis 54 KHz.

Vier Dinge beeinflussen die Tonhöhe der Trommel: Wie groß die Trommel ist (kleiner ergibt höhere Tonhöhe), wie straff das Fell ist (fester ergibt höhere Tonhöhe), das Material des Trommelfells (Stahltrommeln ergeben zB höhere Tonhöhe) und das Medium, in dem sich Schall ausbreitet (Klänge werden im Wasser höher). Letzteres ist hier wahrscheinlich nicht relevant, da ich mir vorstelle, dass Ihre Hunde kein Wasser mehr haben.

Ultraschalltrommeln existieren und werden zB in medizinischen Scannern verwendet. Siemens stellt Ultraschall-Trommelfelle aus Siliziumwafern her, die jeweils ein Siebtel so breit wie ein menschliches Haar sind. Die University of British Columbia stellt Trommelfelle aus Polymerharz her, die so breit wie ein menschliches Haar sind. Sie werden diesen Grad an Ultraschall jedoch nicht benötigen, um Ihr Ziel zu erreichen. Eine winzige Stahltrommel mit straffer Haut sollte daher in der Lage sein, Ultraschalltöne in dem von Ihnen benötigten Bereich zu liefern.

Ein Problem könnte sein, dass es schwierig ist, mit einer so kleinen Trommel eine sehr hohe Lautstärke zu erreichen, aber andererseits haben Hunde ein sehr gutes Gehör. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Trommelklänge sehr kurz sind – mehr „Plink“ als „Boom“, wie bei einer Steeldrum, aber noch kürzer.

Muss es unbedingt eine Trommel sein?

Wenn Sie mit einem Schlagzeug herumspielen, werden Sie feststellen, dass die Becken unterschiedliche Geräusche machen, je nachdem, wo Sie schlagen. Wenn Sie mit der Spitze des Sticks auf die Oberseite der Ride- oder Crash-Becken schlagen, werden sehr hohe Töne erzeugt, und je nach den Becken, die Sie haben, können diese Töne am Rande und/oder oberhalb des menschlichen Hörbereichs liegen. Die Sache ist, auch wenn Sie diese nicht hören können, können Sie sie fühlen. Wenn es laut ist, tut es etwas im Ohr weh.

Denken Sie daran, dass Hunde Geräusche viel weiter aufnehmen als Menschen. Wenn du einen Hund zu Hause hast und er kommt, wenn du ihn rufst, versuche ihn zu rufen, indem du ihn aus einem anderen Raum flüsterst ;) Rassen mit den wolfsähnlichsten Ohren haben das beste Gehör und können hören, wie du das Erdnussbutterglas von der anderen Seite des Hauses öffnest . Das ist alles, um zu sagen, dass Sie die Decke eines speziellen Beckens aus wirklich großer Entfernung anschlagen könnten, so dass kein Mensch es hört, aber Hunde tun es.

Wenn Sie auf einer Trommel bestehen müssen: Auch bei Drumkits gilt: Je kleiner die Trommel, desto höher ihre Tonlage. Die tiefsten Töne kommen vom Floortom (das große normalerweise rechts vom Schlagzeuger) und der Bassdrum (die in der Mitte des Kits, die Sie mit einem Pedal spielen). Die höchste Tonhöhe ist die kleine Tom, am Tol der Bassdrum und in der Mitte links vom Schlagzeuger.

Machen Sie eine Trommel klein genug und es wird Ultraschall sein. Wenn Sie in der Nähe von Enougg sind, würden Sie hören, wie es geschlagen wird - es wäre jedoch ein schwacher Klang, wie der Klang einer Trommel mit einem Trommeldämpfer oder einem Trainingspad. Das würde meistens vom Stick kommen. Das eigentliche Trommelfell wäre für Menschen unhörbar. Ich weiß nicht, welche Größe eine solche Trommel haben würde, aber sie wäre wirklich klein - viel kleiner als ein Tamburin.

Wenn Sie elektronisch werden möchten: Schlagzeuger, die in Wohnungen leben und nicht geräumt werden wollen, spielen normalerweise elektronische Kits oder verwenden Drum Mutes (eine Art Schalldämpfer) oder Übungspads. An diesen können Sie einen piezoelektrischen Wandler anbringen (der elektronische Bausatz verwendet solche Wandler konstruktionsbedingt). Ein Wandler ist ein Gerät, das ein nicht elektrisches Signal in ein elektrisches umwandelt und umgekehrt. Sie könnten also Vibrationen an einem meist gedämpften Trommelfell oder Pad erkennen und einen Computer oder ein Smartphone mit Ultraschall beschallen lassen.

Wenn Sie DIY mögen, können Sie dies tatsächlich mit einem Guitar Hero-Schlagzeug, einem PC und einem Lautsprecher tun. Ich habe das einmal gemacht, um keine Ultraschall-Sounds zu spielen, sondern normale Drumkit-Sounds. Ich weiß mit Sicherheit, dass die PS3- und X360-Drumkits vom PC als Plug-and-Play-Joysticks erkannt werden (wobei jede Trommel oder jedes Becken einer anderen Taste zugewiesen ist, die beim Drücken "gedrückt" wird) - die Wii-Drumkits werden nur erkennen die wiimote, aber eine spezielle software lässt sie sich wie die anderen verhalten. Dann brauchen Sie eine Software, um diese Tastendrücke in Ton zu übersetzen. Es gibt jede Menge MIDI-Software, aber ich weiß nicht, ob sie Ultraschall machen. Du könntest immer deinen eigenen codieren oder jemanden anderen für dich machen lassen :)

Was ist mit sehr tiefen Tönen?

Nach meinen Berechnungen sollte eine 40-Zoll-Trommel gut funktionieren.

Ich habe Kopfrechnen mit einem Diagramm von diesem Link verwendet: https://tune-bot.com/tunebottuningguide.pdf

Für die benötigte Trommel habe ich jedoch eine Idee, was perfekt sein könnte: ein piezoelektrischer Lautsprecher. Sie können damit einen Drumcomputer haben, der Beats in einem Tonbereich erzeugt, den nur Hunde hören können.

Hunde können bis zu 47.000 bis 65.000 Hz hören. Erwachsene Menschen können bis zu 20.000 Hertz hören, obwohl kleine Kinder noch höher hören können.

Sie müssten die Trommel aus etwas wie Kupfer oder Aluminium machen. Da sie schneller vibrieren können, kann der Ton ein höheres Hertz erreichen.
Eine kleine Trommel wäre erforderlich, denn je größer die Trommel ist, desto geringer ist die Vibrationsgeschwindigkeit aufgrund der Geschwindigkeit von der Kante zurück zum Auftreffpunkt und umgekehrt.

Hunde mit spitzen Ohren können besser hören als Hunde mit Schlappohren. Sie müssen also den Klang darauf basieren, welche Art von Ohr ihn am meisten hören muss.

Hunde neigen dazu, Geräuschen mehr Aufmerksamkeit zu schenken als Menschen, weil Menschen eine Sache in ihrem Gehirn haben, die es so macht, dass sie Hintergrundgeräusche ausblenden können. Obwohl Sie wie bei Menschen mit Autismus oder sensorischer Verarbeitungsstörung feststellen werden, dass sie Hintergrundgeräusche nicht ausblenden können. Alle Geräusche klingen also mit der gleichen Lautstärke. Der Ton müsste also nicht übermäßig lange andauern, damit sie ihn theoretisch hören.

Also, ich würde sagen, basierend auf diesen Fakten ist es sehr plausibel, wenn auch etwas schwierig, es sei denn, Sie haben so etwas wie einen Verstärker wie einen Lautsprecher oder ähnliches. Außerdem können Menschen es möglicherweise hören, wenn sie sich wirklich in der Nähe befinden. Einige Menschen können höher hören als andere. So wie bei manchen Uhren sind sie für alle bis auf wenige völlig still, aber für andere haben sie einen schrecklich hohen Ton, den der Hund auch hören kann. Auch das wäre zu bedenken.

Nicht ganz leise im menschlichen Hörbereich, nein.

Das Beste, was Sie erreichen können, ist ein Gitter aus sehr kleinen Pauken aus Stahl oder Aluminium im Millimeterbereich, jede mit einer Stahlnadel vorne, alle Nadeln an einem gepolsterten Paddel befestigt. Anstelle der Pauke können Sie die Antwort von @ DarrelHoffman anpassen und Stimmgabeln verwenden, für die eine noch einfachere Technologie erforderlich wäre.

Schlagen Sie mit einem Trommelstock auf das Paddel, die Nadeln treffen auf die Pauken und erhalten einen Überschallgrundton im Zehn-KHz-Bereich. Sie müssen mit dem Paukenabstand herumspielen, aber es würde funktionieren.

Das Problem ist, dass die gesamte Anordnung zwangsläufig auch im hörbaren Bereich vibrieren und hörbare Oberwellen haben würde.

So etwas war mal ein Produkt: die Fernsehfernbedienung „Space Command“ von Zenith . Es erzeugte Ultraschallimpulse durch Hämmern von Aluminiumstäben. Für Menschen war es nicht ganz still, der Hammer machte ein leises Klicken, aber es war nah.

Einer der frühesten Ultraschallwandler – von Polaroid als Entfernungsmesser in ihren Kameras patentiert – ist im Wesentlichen eine Trommel.

Die Vorderseite des Wandlers ist ein Blatt Goldfolie (das Trommelfell). Dahinter ist eine Metallplatte. Das Anlegen einer Spannung (normalerweise 100 bis 200 V) zwischen der Folie und der Platte bewirkt, dass die Folie angezogen oder abgestoßen wird, wodurch das „Trommelfell“ der Folie bewegt und ein Ultraschallimpuls erzeugt wird.

Jeder zurückkommende Ultraschallschall vibriert die Folie. Wenn Ladung auf der Folie verbleibt, fungiert sie als variabler Kondensator, und die Vibrationen ändern die Spannung über dem Gerät. Somit fungiert dasselbe Gerät als Sender und Empfänger. Ihre Anwendung muss nur als Sender verwendet werden.

Sie sind heute noch erhältlich, obwohl kleinere und bessere Wandler häufiger sind.