Silbato de vapor

Dispositivo de advertencia audible alimentado por vapor

Un silbato de vapor es un dispositivo utilizado para producir sonido en forma de silbido utilizando vapor vivo , el cual crea, proyecta y amplifica su sonido actuando como un sistema vibratorio. ^[1]

Operación

Grabación de un soplo masivo de silbatos de vapor de un motor de tracción.

El silbato consta de las siguientes partes principales, como se ve en el dibujo: la campana del silbato (1), el orificio o apertura de vapor (2) y la válvula (9).

Cuando se acciona la palanca (10) (normalmente tirando de un cordón ), la válvula se abre y deja escapar el vapor a través del orificio. El vapor se comprime y enrarece alternativamente en la campana, creando el sonido. El tono depende de la longitud de la campana y también de cuánto haya abierto la válvula el operador. Algunos ingenieros de locomotoras inventaron su propio estilo distintivo de silbar.

Usos de los silbatos de vapor

Los silbatos de vapor se utilizaban a menudo en fábricas y lugares similares para señalar el comienzo o el final de un turno de trabajo, etc. Las locomotoras de vapor , los motores de tracción y los barcos de vapor tradicionalmente han estado equipados con un silbato de vapor con fines de advertencia y comunicación. Los silbatos de vapor de gran diámetro y tono bajo se utilizaron en los faros, probablemente a partir de la década de 1850. ^[2]

El primer uso de silbatos de vapor fue como alarmas de nivel bajo de agua en calderas ^[3] en el siglo XVIII ^[4] y principios del siglo XIX. ^[5] Durante la década de 1830, los silbatos fueron adoptados por los ferrocarriles ^[6] y las compañías navieras. ^[7]

Galería

• 
  Silbato llano de tono alto (izquierda) y silbido llano de tono bajo (derecha)
• 
  Silbato multitono de 3 campanas que emite un sonido acorde musical
• 
  Silbato de una sola campana y varios tonos (timbre) con compartimentos de diferente longitud y tono afinados con un acorde musical
• 
  Silbato multitono de 6 notas con "tapa escalonada" y 6 compartimentos de diferente longitud y tono. La boca de cada cámara está parcialmente amurallada.
• 
  Un silbato de boca parcial ("silbato de órgano") en el que la boca se extiende menos de 360 ​​grados alrededor de la circunferencia del silbato.
• 
  Silbato de carillón "Gong", dos silbatos alineados en el mismo eje
• 
  Silbato de tono variable; observe el pistón interno utilizado para ajustar el tono
• 
  “Ultrawhistle” con cavidad de campana en forma de anillo
• 
  El silbato de Helmholtz tiene un tono bajo en relación con su longitud.

Silbatos de ferrocarril

Los dispositivos de advertencia de vapor se han utilizado en los trenes desde 1833, ^[8] cuando George Stephenson inventó y patentó una trompeta de vapor para su uso en el ferrocarril de Leicester y Swannington . ^[9] La literatura de la época hace una distinción entre una trompeta de vapor y un silbato de vapor. ^[10] Una copia del dibujo de la trompeta firmado en mayo de 1833 muestra un dispositivo de aproximadamente dieciocho pulgadas de alto con una forma de trompeta cada vez más ancha con un diámetro de seis pulgadas en su parte superior o boca. ^[8] Se dice que George Stephenson inventó su trompeta después de un accidente en el ferrocarril de Leicester y Swannington donde un tren golpeó un carro o una manada de vacas en un paso a nivel y hubo reclamos para una mejor manera de dar una advertencia. Aunque nadie resultó herido, el accidente se consideró lo suficientemente grave como para justificar la intervención personal de Stephenson. Un relato afirma que [el conductor] Weatherburn había "tocado la bocina con la boca" en el cruce en un intento de evitar el accidente, pero que nadie había prestado atención a esta advertencia audible, tal vez porque no la habían escuchado.

Posteriormente, Stephenson convocó una reunión de directores y aceptó la sugerencia del gerente de la compañía, Ashlin Bagster, de que se construyera una bocina o silbato que pudiera activarse con vapor y se fijara a las locomotoras. Stephenson visitó más tarde a un fabricante de instrumentos musicales en Duke Street en Leicester , quien, siguiendo las instrucciones de Stephenson, construyó una "trompeta de vapor" que se probó en presencia de la junta directiva diez días después.

Stephenson montó la trompeta en la parte superior de la cúpula de vapor de la caldera , que suministra vapor seco a los cilindros. La empresa pasó a montar el dispositivo en sus otras locomotoras.

Las trompetas de vapor de las locomotoras fueron rápidamente reemplazadas por silbatos de vapor. Los silbatos de aire se usaban en algunas locomotoras diésel y eléctricas , pero estas en su mayoría emplean bocinas de aire .

Música

Un conjunto de silbatos de vapor dispuestos de manera que toquen música se denomina calíope .

En York, Pensilvania , desde 1925 se toca un silbato de vapor de tono variable en la New York Wire Company en lo que se conoce como "Concierto navideño anual de silbato de vapor de York". En las noches ventosas, los residentes de la zona informan que escuchan el concierto a una distancia de entre 19 y 24 kilómetros. El silbato, que figura en el Libro Guinness de los récords mundiales, funcionaba con un compresor de aire durante el concierto de 2010 debido a los costes de mantenimiento y funcionamiento de la caldera. ^{[11] [12] [13] [14] [15] [16]}

Señales de niebla del faro

A partir de 1869, ^[17] se empezaron a instalar silbatos de vapor en las estaciones de faros como una forma de advertir a los navegantes en períodos de niebla, cuando el faro no es visible. Los silbatos de 10" de diámetro se utilizaron como señales de niebla en todos los Estados Unidos durante muchos años, ^[17] hasta que más tarde fueron reemplazados por otros diafragmas de aire comprimido o bocinas de diáfono .

Tipos de silbatos

• Silbato simple : una copa invertida montada sobre un vástago, como en la ilustración anterior. En Europa, los silbatos de vapor de los ferrocarriles eran típicamente silbatos simples, fuertes, estridentes y de una sola nota. En el Reino Unido, las locomotoras solían estar equipadas con uno o dos de estos silbatos, estos últimos con tonos diferentes y controlados individualmente para permitir una señalización más compleja. En los ferrocarriles de Finlandia, se usaban dos silbatos de una sola nota en cada motor: uno estridente y otro de un tono más bajo. Se usaban para diferentes propósitos de señalización. La Deutsche Reichsbahn de Alemania introdujo otro diseño de silbato en la década de 1920 llamado "Einheitspfeife", concebido como un silbato simple de una sola nota que ya tenía un sonido muy profundo y fuerte, pero si el gatillo del silbato se apretaba solo hasta la mitad de su recorrido, también se podía producir un tono aún más bajo como el de un silbato de campana. Este silbido es la razón del sonido de señal típico "largo alto - corto bajo - corto alto" de las locomotoras de vapor en Alemania. ^[18]
• Silbato de carillón : dos o más campanas o cámaras resonantes que suenan simultáneamente. En Estados Unidos, los silbatos de los trenes de vapor eran típicamente silbatos de carillón compactos con más de un silbido en su interior, lo que creaba un acorde. En Australia, después de la reclasificación de 1924, muchas locomotoras de vapor de los Ferrocarriles del Gobierno de Nueva Gales del Sur tenían silbatos de 5 carillones que sonaban similares al silbato de 5 carillones de Star Brass (esto incluye muchas locomotoras de la reclasificación anterior a 1924) o se construyeron nuevas con silbatos de 5 carillones. ^[19] Los 3 carillones (3 silbatos compactos dentro de uno) eran muy populares, así como los de 5 carillones y los de 6 carillones. En algunos casos, se utilizaron silbatos de carillón en Europa. Los barcos como el Titanic estaban equipados con carillones que consistían en tres silbatos separados (en el caso del Titanic, los silbatos medían 9, 12 y 15 pulgadas de diámetro). Los Ferrocarriles Nacionales Japoneses utilizaron un silbato de carillón que suena como un silbido simple de una sola nota muy profundo, porque se accedía a los acordes en un circuito paralelo simple si se apretaba el gatillo del silbato. ^[20]
• Silbato de órgano : silbato con bocas cortadas en los lados, generalmente largo en relación con el diámetro, de ahí su nombre. Estos silbatos eran muy comunes en los barcos de vapor, especialmente en los fabricados en el Reino Unido.
• Gong : dos silbatos que miran en direcciones opuestas sobre un eje común. ^[21] Eran populares como silbatos de fábrica. Algunos estaban compuestos por tres carillones de silbato.
• Silbato de tono variable : silbato que contiene un pistón interno que permite cambiar el tono. ^[22] Este tipo de silbato puede sonar como una sirena o tocar una melodía. A menudo se lo denomina silbato de alarma contra incendios, silbato de gato montés o silbato de pájaro burlón.
• Silbato toroidal o de Levavasseur : un silbato con una cavidad resonante en forma de toro (con forma de rosquilla) paralela al orificio de gas anular, llamado así en honor a Robert Levavasseur, ^[23] su inventor. A diferencia de un silbato convencional, el diámetro (y el nivel de sonido) de un silbato en forma de anillo se puede aumentar sin alterar el área de la sección transversal de la cámara de resonancia (preservando la frecuencia), lo que permite la construcción de un silbato de alta frecuencia de diámetro muy grande. La frecuencia de un silbato convencional disminuye a medida que aumenta el diámetro. Otros silbatos en forma de anillo incluyen el silbato Hall-Teichmann, ^[24] el silbato Graber, ^[25] el Ultrawhistle, ^[26] y el Dynawhistle. ^[27]
• Silbato de Helmholtz : un silbato con un área de sección transversal que excede la abertura de la campana del silbato, a menudo con forma de botella o bombilla incandescente. La frecuencia de este silbato en relación con su tamaño es menor que la de un silbato convencional y, por lo tanto, estos silbatos se han utilizado en locomotoras de vapor de pequeño calibre. También se lo denomina silbato Bangham. ^{[28] [29]}
• Silbato de bocina : silbato de una sola nota de mayor diámetro con una campana más larga, que produce un sonido de "bocina" más profundo al soplarlo. Se utilizaban en aplicaciones ferroviarias, marítimas e industriales. En los Estados Unidos, la empresa Norfolk and Western Railway hizo un uso extensivo de este tipo de silbatos y se destacaron por los chirridos y chirridos que producían al soplarlos, además de su tono bajo. En Escocia, la empresa Caledonian Railway se destacó por el uso del silbato de "bocina".

Acústica de silbidos

Frecuencia resonante

Un silbato tiene una frecuencia de resonancia natural característica ^[30] que se puede detectar soplando suavemente el aliento humano sobre el borde del silbato, de forma similar a como se soplaría sobre la boca de una botella. La frecuencia de sonido activa (cuando se sopla el silbato sobre vapor) puede diferir de la frecuencia natural, como se analiza a continuación. Estos comentarios se aplican a los silbatos con un área de boca al menos igual al área de la sección transversal del silbato.

• Longitud del silbato : la frecuencia de resonancia natural disminuye a medida que aumenta la longitud del silbato. Duplicar la longitud efectiva de un silbato reduce la frecuencia a la mitad, suponiendo que el área de la sección transversal del silbato es uniforme. Un silbato es un generador de cuarto de onda, lo que significa que una onda de sonido generada por un silbato es aproximadamente cuatro veces la longitud del silbato. Si la velocidad del sonido en el vapor suministrado a un silbato fuera de 15936 pulgadas por segundo, un tubo con una longitud efectiva de 15 pulgadas que sopla su frecuencia natural sonaría cerca del do medio : 15936/(4 x 15) = 266 Hz. Cuando un silbato suena su frecuencia natural, la longitud efectiva a la que se hace referencia aquí es algo más larga que la longitud física por encima de la boca si el silbato tiene un área de sección transversal uniforme. Es decir, la longitud vibrante del silbato incluye una parte de la boca. Este efecto (la "corrección final") es causado por el vapor vibrante dentro del silbato que se acopla a la vibración de algo de vapor fuera del tubo cerrado, donde hay una transición de ondas planas a ondas esféricas. ^[31] Existen fórmulas para estimar la longitud efectiva de un silbato, ^[30] pero una fórmula precisa para predecir la frecuencia del sonido tendría que incorporar la longitud del silbato, la escala, el caudal de gas, la altura de la boca y el área de la pared de la boca (ver a continuación).
• Presión de soplado : la frecuencia aumenta con la presión de soplado, ^[32] lo que determina el flujo de volumen de gas a través del silbato, lo que permite a un ingeniero de locomotoras tocar un silbato como un instrumento musical, utilizando la válvula para variar el flujo de vapor. El término para esto era "quilling". Un experimento con un silbato corto y sencillo informado en 1883 mostró que el aumento incremental de la presión de vapor hizo que el silbato pasara de mi a re bemol, un aumento del 68 por ciento en la frecuencia. ^[33] Las desviaciones de tono de la frecuencia natural del silbato probablemente siguen las diferencias de velocidad en el chorro de vapor aguas abajo de la abertura, creando diferencias de fase entre la frecuencia de accionamiento y la frecuencia natural del silbato. Aunque a presiones de soplado normales, la abertura limita el chorro a la velocidad del sonido, una vez que sale de la abertura y se expande, la caída de la velocidad es una función de la presión absoluta. ^[34] Además, la frecuencia puede variar a una presión de soplado fija con diferencias en la temperatura del vapor o el aire comprimido. ^{[35] [36] [37]} Los silbatos de vapor industriales normalmente se operaban en el rango de 100 a 300 libras por pulgada cuadrada de presión manométrica (psig) (0,7 - 2,1 megapascales, MPa), aunque algunos se construyeron para su uso en presiones tan altas como 600 psig (4,1 MPa). Todas estas presiones están dentro del régimen de flujo estrangulado , ^[38] donde el flujo másico escala con la presión absoluta aguas arriba e inversamente con la raíz cuadrada de la temperatura absoluta. Esto significa que para vapor saturado seco , una reducción a la mitad de la presión absoluta da como resultado casi una reducción a la mitad del flujo. ^{[39] [40]} Esto ha sido confirmado por pruebas de consumo de vapor del silbato a varias presiones. ^[41] La presión excesiva para un diseño de silbato dado hará que el silbato entre en un modo exagerado , donde la frecuencia fundamental será reemplazada por un armónico impar , que es una frecuencia que es un múltiplo impar de la fundamental. Por lo general, este es el tercer armónico (la segunda frecuencia de sobretono ), pero se ha observado un ejemplo en el que un silbido grande saltó al decimoquinto armónico. ^[42] Un silbido largo y estrecho como el del barco Liberty John W. Brown suena con un rico espectro de sobretonos , pero no está exagerado. (Al exagerar, la "amplitud de la frecuencia fundamental de la tubería cae a cero"). ^[43] Aumentar la longitud del silbido aumenta el número y la amplitud de los armónicos, como se ha demostrado en experimentos con un silbido de tono variable. Los silbatos probados en vapor producen armónicos tanto pares como impares. ^[42]El perfil armónico de un silbato también puede verse influenciado por el ancho de la apertura, el corte de la boca y el desplazamiento de la apertura de los labios, como es el caso de los tubos de órgano. ^[44]

• Calidad del vapor : la sequedad del vapor que se suministra a un silbido es variable y afectará la frecuencia del tono del silbido. La calidad del vapor determina la velocidad del sonido , que disminuye con la disminución de la sequedad debido a la inercia de la fase líquida. La velocidad del sonido en el vapor es predecible si se conoce la sequedad del vapor. ^[45] Además, el volumen específico de vapor para una temperatura dada disminuye con la disminución de la sequedad. ^{[46] [39]} Dos ejemplos de estimaciones de la velocidad del sonido en el vapor calculadas a partir de silbatos que suenan en condiciones de campo son 1326 y 1352 pies por segundo. ^[47]
• Relación de aspecto : cuanto más achaparrado sea el silbato, mayor será el cambio de tono con la presión de soplado. [ ^{48] [32]} Esto puede deberse a diferencias en el factor Q. ^[49] El tono de un silbato muy achaparrado puede aumentar varios semitonos a medida que aumenta la presión. ^[50] Por lo tanto, la predicción de la frecuencia del silbato requiere el establecimiento de un conjunto de curvas de frecuencia/presión únicas para la escala del silbato, y un conjunto de silbatos puede no seguir un acorde musical a medida que cambia la presión de soplado si cada silbato es de una escala diferente. Esto es cierto para muchos silbatos antiguos divididos en una serie de compartimentos del mismo diámetro pero de diferentes longitudes. Algunos diseñadores de silbatos minimizaron este problema construyendo cámaras resonantes de una escala similar. ^[51]

• Longitud vertical de la boca (“corte”) – La frecuencia de un silbato simple disminuye a medida que la campana del silbato se eleva alejándose de la fuente de vapor. Si se eleva el corte de un silbato de órgano o de una sola campana (sin elevar el techo del silbato), la longitud efectiva de la cámara se acorta. Acortar la cámara aumenta la frecuencia, pero elevar el corte la reduce. La frecuencia resultante (más alta, más baja o sin cambios) estará determinada por la escala del silbato y por la competencia entre los dos impulsores. ^{[52] [53]} El corte prescrito por el fabricante de silbatos Robert Swanson para una presión de vapor de 150 psig fue de 0,35 x el diámetro de la campana para un silbato simple, que es aproximadamente 1,45 x el área de la sección transversal neta de la campana (restando el área de los pernos). ^[54] La Nathan Manufacturing Company utilizó un corte de 1,56 x el área de la sección transversal de la cámara para su silbato de 6 notas con carillón ferroviario. ^[55]

• Recorte en relación con el arco de la boca : un gran cambio en el recorte (por ejemplo, una diferencia de 4x) puede tener poco impacto en la frecuencia natural del silbato si el área de la boca y la longitud total del resonador se mantienen constantes. ^[30] Por ejemplo, un silbato simple, que tiene una boca de 360 ​​grados (que se extiende completamente alrededor de la circunferencia del silbato), puede emitir una frecuencia similar a un silbato de órgano de boca parcial de la misma área de boca y la misma longitud total del resonador (abertura al techo), a pesar de un recorte inmensamente diferente. (El recorte es la distancia entre la abertura de vapor y el labio superior de la boca). Esto sugiere que el recorte efectivo está determinado por la proximidad de la columna de gas oscilante al chorro de vapor en lugar de por la distancia entre el labio superior de la boca y la abertura de vapor. ^[56]
• Ancho de la apertura de vapor : la frecuencia puede aumentar a medida que disminuye el ancho de la apertura de vapor ^[53] y la pendiente de la curva de frecuencia/presión puede variar con el ancho de la apertura. ^[57]

• Composición del gas : la frecuencia de un silbato accionado por vapor es típicamente más alta que la de un silbato accionado por aire comprimido a la misma presión. Esta diferencia de frecuencia se debe a la mayor velocidad del sonido en el vapor, que es menos denso que el aire. La magnitud de la diferencia de frecuencia puede variar porque la velocidad del sonido está influenciada por la temperatura del aire y por la calidad del vapor. Además, cuanto más achaparrado es el silbato, más sensible es a la diferencia en la tasa de flujo de gas entre el vapor y el aire que se produce a una presión de soplado fija. Los datos de 14 silbatos (34 cámaras resonantes) sonados en una variedad de condiciones de campo mostraron una amplia gama de diferencias de frecuencia entre el vapor y el aire (frecuencia de 5 a 43 por ciento más alta en el vapor). Los silbatos muy alargados, que son bastante resistentes a las diferencias de flujo de gas, sonaron a una frecuencia de 18 a 22 por ciento más alta en el vapor (alrededor de tres semitonos). ^[58]

Nivel de presión sonora

El nivel del sonido del silbido varía según varios factores:

• Presión de soplado : el nivel de sonido aumenta a medida que aumenta la presión de soplado, ^{[59] [60]} aunque puede haber una presión óptima en la que el nivel de sonido alcanza su punto máximo. ^[48]

• Relación de aspecto : el nivel de sonido aumenta a medida que se reduce la longitud del silbato, lo que aumenta la frecuencia. Por ejemplo, al presionar el pistón de un silbato de vapor de tono variable, la frecuencia cambió de 333 Hz a 753 Hz y aumentó el nivel de presión sonora de 116 dBC a 123 dBC. Esa diferencia de cinco veces en el cuadrado de la frecuencia resultó en una diferencia de cinco veces en la intensidad del sonido. ^[61] El nivel de sonido también aumenta a medida que aumenta el área de la sección transversal del silbato. ^[62] Una muestra de 12 silbatos de una sola nota que variaban en tamaño desde una pulgada de diámetro a 12 pulgadas de diámetro mostró una relación entre la intensidad del sonido y el cuadrado del área de la sección transversal (cuando se tomaron en cuenta las diferencias en la frecuencia). En otras palabras, la intensidad relativa del sonido del silbido se puede estimar utilizando el cuadrado del área de la sección transversal dividido por el cuadrado de la longitud de onda. ^{[61] [63]} Por ejemplo, la intensidad del sonido de un silbato de 6 pulgadas de diámetro x 7,5 pulgadas de largo (113 dBC) fue 10 veces la de un silbato de 2 x 4 pulgadas (103 dBC) y el doble de la de un silbato (de frecuencia más baja) de 10 x 40 pulgadas (110 dBC). Estos silbatos sonaban con aire comprimido a una presión manométrica de 125 libras por pulgada cuadrada (862 kilopascales) y los niveles de sonido se registraron a una distancia de 100 pies. Los silbatos de órgano alargados pueden exhibir niveles de sonido desproporcionadamente altos debido a sus fuertes sobretonos de frecuencia más alta. En un lugar separado, un Ultrawhistle (silbato en forma de anillo) de 20 pulgadas de diámetro que funcionaba a una presión manométrica de 15 libras por pulgada cuadrada (103,4 kilopascales) produjo 124 dBC a 100 pies. ^{[64] [26]} Se desconoce cómo se compararía el nivel de sonido de este silbato con el de un silbato convencional de la misma frecuencia y área de cámara resonante. En comparación, una sirena antiaérea de Bell-Chrysler genera 138 dBC a 100 pies. ^[65] El nivel de sonido de un silbato toroidal Levavasseur se mejora en unos 10 decibeles mediante una cavidad secundaria paralela a la cavidad resonante , la primera creando un vórtice que aumenta las oscilaciones del chorro que impulsa el silbato. ^[66]

• Ancho de la abertura de vapor : si el flujo de gas está restringido por el área de la abertura de vapor, ampliar la abertura aumentará el nivel de sonido para una presión de soplado fija. ^[60] Ampliar la abertura de vapor puede compensar la pérdida de salida de sonido si se reduce la presión. Se sabe desde al menos la década de 1830 que los silbatos se pueden modificar para operar a baja presión y aún así lograr un alto nivel de sonido. ^[7] Los datos sobre la relación compensatoria entre la presión y el tamaño de la abertura son escasos, pero las pruebas con aire comprimido indican que reducir a la mitad la presión absoluta requiere que el tamaño de la abertura se duplique al menos en ancho para mantener el nivel de sonido original, y el ancho de la abertura en algunas matrices de silbatos antiguos aumenta con el diámetro (el área de la abertura aumenta con el área de la sección transversal del silbato) para silbatos de la misma escala. ^{[56] [60]} Aplicando la física de los chorros de alta presión que salen de aberturas circulares, una duplicación de la velocidad y la concentración de gas en un punto fijo en la boca del silbato requeriría cuadriplicar el área de la abertura o la presión absoluta. (Una reducción de la presión absoluta se compensaría con una cuadruplicación del área de apertura: la constante de caída de velocidad aumenta aproximadamente con la raíz cuadrada de la presión absoluta en el rango de presión de soplado normal). En realidad, intercambiar la pérdida de presión por un área de apertura mayor puede ser menos eficiente ya que se producen ajustes dependientes de la presión en el desplazamiento del origen virtual. ^[34] Cuadriplicar el ancho de la apertura de un tubo de órgano a una presión de soplado fija resultó en algo menos que una duplicación de la velocidad en la salida del conducto de humos. ^[67]
• Perfil de la abertura de vapor : el caudal de gas (y, por lo tanto, el nivel de sonido) no solo depende del área de la abertura y la presión de soplado, sino también de la geometría de la abertura. La fricción y la turbulencia influyen en el caudal y se explican por un coeficiente de descarga . Una estimación media del coeficiente de descarga a partir de pruebas de campo con silbatos es 0,72 (rango 0,69 - 0,74). ^[41]
• Longitud vertical de la boca (“corte”) – La longitud de la boca (corte) que proporciona el nivel de sonido más alto a una presión de soplado fija varía con la escala del silbato, y algunos fabricantes de silbatos multitono cortan por lo tanto una altura de boca única para la escala de cada cámara resonante, maximizando la salida de sonido del silbato. ^{[68] El} corte ideal para silbatos de un diámetro fijo y ancho de apertura (incluidos los compartimentos de timbre de una sola campana) a una presión de soplado fija parece variar aproximadamente con la raíz cuadrada de la longitud efectiva. ^{[69] Los fabricantes de silbatos} antiguos usaban comúnmente un área de boca de compromiso de aproximadamente 1,4 veces el área de la sección transversal del silbato. Si un silbato se lleva a su nivel de sonido máximo con el área de la boca establecida igual al área de la sección transversal del silbato, puede ser posible aumentar el nivel de sonido aumentando aún más el área de la boca. . ^{[70] [71]}

• Frecuencia y distancia – El nivel de presión sonora disminuye a la mitad (seis decibeles) con cada duplicación de la distancia debido a la divergencia con respecto a la fuente, una relación inversamente proporcional . (Distinta de la ley del cuadrado inverso , aplicable a la intensidad del sonido, en lugar de a la presión). El nivel de presión sonora también disminuye debido a la absorción atmosférica, que depende en gran medida de la frecuencia, siendo las frecuencias más bajas las que viajan más lejos. Por ejemplo, un silbido de 1000 Hz tiene un coeficiente de atenuación atmosférica de la mitad del de un silbido de 2000 Hz (calculado para una humedad relativa del 50 por ciento a 20 grados Celsius). Esto significa que, además de la amortiguación del sonido divergente , habría una pérdida de 0,5 decibeles por cada 100 metros del silbido de 1000 Hz y de 1,0 decibeles por cada 100 metros para el silbido de 2000 Hz. Otros factores que afectan la propagación del sonido incluyen barreras, gradientes de temperatura atmosférica y "efectos de suelo". ^{[72] [73] [74]}

Terminología

La longitud acústica ^[75] o longitud efectiva ^[76] es el cuarto de la longitud de onda generada por el silbato. Se calcula como un cuarto de la relación entre la velocidad del sonido y la frecuencia del silbato. La longitud acústica puede diferir de la longitud física del silbato , ^[77] también denominada longitud geométrica . ^[78] dependiendo de la configuración de la boca, etc. ^[30] La corrección final es la diferencia entre la longitud acústica y la longitud física por encima de la boca. La corrección final es una función del diámetro, mientras que la relación entre la longitud acústica y la longitud física es una función de la escala. Estos cálculos son útiles en el diseño de silbatos para obtener una frecuencia de sonido deseada. La longitud de trabajo en el uso temprano significaba longitud acústica del silbato, es decir, la longitud efectiva del silbato de trabajo , ^[79] pero recientemente se ha utilizado para la longitud física que incluye la boca. ^[80]

Los silbatos más grandes y fuertes

La sonoridad es una percepción subjetiva que está influenciada por el nivel de presión sonora, la duración del sonido y la frecuencia del sonido. ^{[73] [74]} Se ha afirmado que los silbatos de Vladimir Gavreau ^[81] tienen un alto potencial de nivel de presión sonora, ya que probó silbatos de hasta 1,5 metros (59 pulgadas) de diámetro (37 Hz). ^[82]

Un silbato en forma de anillo de 20 pulgadas de diámetro ("Ultrawhistle") patentado y producido por Richard Weisenberger sonaba 124 decibeles a 100 pies. ^[83] El silbato de vapor de tono variable de la New York Wire Company en York , Pensilvania , fue inscrito en el Libro Guinness de los récords mundiales en 2002 como el silbato de vapor más fuerte registrado a 124,1 dBA desde una distancia establecida ^{[ aclarar ]} utilizado por Guinness. ^[84] El silbato de York también se midió a 134,1 decibeles desde una distancia de 23 pies. ^[12]

Un silbato de advertencia de incendios suministrado a un aserradero canadiense por la Eaton, Cole, and Burnham Company en 1882 medía 20 pulgadas de diámetro, cuatro pies y nueve pulgadas desde el cuenco hasta el adorno y pesaba 400 libras. El eje que sostenía la campana del silbato medía 3,5 pulgadas de diámetro y el silbato se alimentaba mediante un tubo de alimentación de cuatro pulgadas. ^{[85] [86]}

Otros registros de silbatos grandes incluyen un relato de 1893 del presidente estadounidense Grover Cleveland activando el "silbato de vapor más grande del mundo", que se decía que medía "cinco pies" en la Feria Mundial de Chicago . ^{[87] [88]}

La cámara de resonancia de un silbato instalado en 1924 en la Long-Bell Lumber Company , Longview, Washington, medía 16 pulgadas de diámetro x 49 pulgadas de largo. ^[89]

Las campanas de silbido de los carillones de múltiples campanas utilizados en transatlánticos como el RMS Titanic medían 9, 12 y 15 pulgadas de diámetro. ^[90]

Las campanas de silbido de los barcos de vapor Assiniboia y Keewatin de Canadian Pacific medían 12 pulgadas de diámetro y la del Keewatin medía 60 pulgadas de largo. ^{[91] [92]}

Un silbato de múltiples campanas instalado en la Standard Sanitary Manufacturing Company en 1926 estaba compuesto por cinco campanas de silbato separadas que medían 5 x 15, 7 x 21, 8 x 24, 10 x 30 y 12 x 36 pulgadas, todas conectadas a una tubería de vapor de cinco pulgadas. ^[93]

La Union Water Meter Company de Worcester, Massachusetts, produjo un silbato de gong ^{[ clarificar ]} compuesto por tres campanas de 8 x 9-3/4, 12 x 15 y 12 x 25 pulgadas. ^[94] Los silbatos de vapor de doce pulgadas de diámetro se usaban comúnmente en los faros en el siglo XIX. ^[95]

Se ha afirmado que el nivel de sonido de un Ultrawhistle sería significativamente mayor que el de un silbato convencional, ^[96] pero no se han realizado pruebas comparativas de silbatos grandes. Las pruebas de Ultrawhistles pequeños no han mostrado niveles de sonido más altos en comparación con los silbatos convencionales del mismo diámetro. ^[70]

Véase también

• Bocina de tren
• Silbato de tren

Referencias

1. Chanaud, Robert (1970). "Silbidos aerodinámicos". Scientific American . 222 (223): 40–46. Código Bibliográfico :1970SciAm.222a..40C. doi :10.1038/scientificamerican0170-40.
2. Jones, Ray (2003). La enciclopedia del faro . Globe Pequot Press. ISBN 0-7627-2735-7.
3. "Alarma de caldera de vapor y medidor de agua de Miller". lincolnarchives.us . 8 de septiembre de 2007. Archivado desde el original el 28 de marzo de 2008.
4. Stuart, Robert (1829). Anécdotas históricas y descriptivas de las máquinas de vapor y de sus inventores y mejoradores . Londres: Wightman and Cramp. pág. 301.
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Lectura adicional

• Fagen, Edward A. (2001). El gemido de la locomotora: silbatos de vapor estadounidenses . Nueva Jersey: Astragal Press. ISBN 1-931626-01-4.