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/ NetNews Usenet Archive 1992 #30 / NN_1992_30.iso / spool / sci / physics / 21128 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-12-14  |  5.2 KB

  1. Path: sparky!uunet!think.com!ames!saimiri.primate.wisc.edu!crdgw1!newsun!dseeman
  2. From: dseeman@novell.com (Daniel Seeman)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: >Acoustics Problem for Swimmers: EXPLANATION
  5. Message-ID: <1992Dec14.182239.5789@novell.com>
  6. Date: 14 Dec 92 18:22:39 GMT
  7. References: <1g2gi5INN3lb@crcnis1.unl.edu> <1gde3lINNfj5@crcnis1.unl.edu>
  8. Sender: news@novell.com (The Netnews Manager)
  9. Organization: Novell Inc., San Jose, Califonia
  10. Lines: 83
  11. Nntp-Posting-Host: db.sjf.novell.com
  12.  
  13. In article <1gde3lINNfj5@crcnis1.unl.edu> e_p@unlinfo.unl.edu (edgar pearlstein) writes:
  14. >
  15. >A few days ago I posted the following:
  16. >
  17. >
  18. >>                    AN ACOUSTICS PROBLEM FOR SWIMMERS
  19. >>      When under water in a swimming pool one hears general noise - a 
  20. >> hissing sound, something like white noise.  I assume that this is due 
  21. >> to splashing and circulating water, as well as noise entering the water 
  22. >> from the air above.  A pool has very hard walls and bottom, so one 
  23. >> might expect a fairly uniform distribution of the sound. 
  24. >>      Now here's the problem:  I have noticed that when my head is only 
  25. >> a little below the surface, the hiss has a higher average pitch than 
  26. >> when it is farther down.  Why is this?
  27. >>      I think I know the answer, but I won't announce it yet.
  28. >
  29. >       Here is the explanation that I favor:
  30. >            First consider standing waves within the water, in the ideal 
  31. >       case of nobody in the pool and the surface perfectly still.  The 
  32. >       wave pattern, for any frequency of sound that happens to be 
  33. >       present in the water, will have pressure ANTINODES at the bottom 
  34. >       and sides, but pressure NODES where the water meets air.  This 
  35. >       latter is because the speed of sound in water is much greater - 
  36. >       about a factor of 4.2 - than in air.  (Note that the ear responds 
  37. >       to pressure, not displacement.)  How deep does the node go?  
  38. >       Well, a quarter-wavelength below the surface there will be a 
  39. >       pressure ANTInode, for waves travelling perpendicular to the 
  40. >       surface. 
  41. >            Now let's put a swimmer in the water.  For sufficiently long 
  42. >       wavelengths, the pattern will be pretty much as described in the 
  43. >       paragraph above.  But for those frequencies whose wavelength is 
  44. >       smaller than, say, a few feet, the swimmer's body will greatly 
  45. >       change the standing wave pattern.  Also, ripples on the surface 
  46. >       will randomize things for wavelengths smaller than, say, four 
  47. >       times the ripple amplitude.  
  48. >            Thus we see that for high frequencies (short wavelength), 
  49. >       the standing wave pattern will be essentially random, while for 
  50. >       low frequencies there will be a pressure node close to the 
  51. >       surface.  So, since all frequencies are present in the noise,  
  52. >       the amount of high frequency sound perceived will be pretty much 
  53. >       independent of depth, while the amount of low frequency sound 
  54. >       will decrease as the ear gets close to the surface (pressure 
  55. >       antinode for low frequencies).  So the apparent pitch will rise 
  56. >       as the ear gets closer to the surface. 
  57.  
  58. I understand your arguement and it seems to make sense.  But if these standing
  59. waves and their ANTI-nodes are the explanation, then there must be other areas
  60. in the pool where only the higher frequencies can be heard.  Or, does this mean
  61. the standing waves are shaped EXACTLY like the pool?  Certainly for the case 
  62. with only ONE node this may be the case.  But what about
  63. higher order standing waves?  There must be other areas in the pool where
  64. only the higher frequencies can be heard (not just areas near the surface...
  65. ). I say this because of the distribution of the nodes/ANTI-nodes in the
  66. 3-dimensional volume of the pool when considering higher order standing waves.
  67.  
  68. Your microphone experiment would be able to map this out though.  It sounds
  69. like a good senior project for someone.  Try it out, write your paper and
  70. let us all know!  This is a nice project!
  71.  
  72. dks.
  73. >            It remains to discuss what we mean by "high" and "low" 
  74. >       frequencies.  From the considerations of the second paragraph, it 
  75. >       appears that we mean wavelengths that are small and large 
  76. >       compared with a few feet.  In water, a wavelength of four feet 
  77. >       corresponds to a frequency of about 1200 Hz. 
  78. >                       ---------------------------------
  79. >            A few people suggested an explanation in terms of how one's 
  80. >       hearing is affected by the pressure of water, since as one goes 
  81. >       deeper, the pressure is greater.  For persons whose eustachian 
  82. >       tubes get blocked easily, there might be something to this, 
  83. >       although I doubt that it would explain the magnitude of the 
  84. >       effect.  
  85. >            For someone who has both the ambition and the equipment, I 
  86. >       can suggest an experiment to settle the question of whether the 
  87. >       effect is objective or subjective:  Use an underwater microphone, 
  88. >       connected to an amplifier and earphones above water.  Then listen 
  89. >       on the earphones as the mike's depth is varied.  To be fancier, 
  90. >       one could even Fourier analyze the signal from the mike. 
  91. >
  92. >Edgar Pearlstein, University of Nebraska, Lincoln
  93. >
  94. >
  95. >
  96.