Designing Sound

Projectile
Brass casing
High explosive
percussion
charge
Recoil spring
Piston
Eject port
Vent valve
Gas recoil
Barrel
Round in chamber
Rounds in magazine
Magazine spring
Trigger
Pivot
Firing pin
Figure 53.1
Schematic operation of automatic rifle.
Excitation
When the shell detonates it sets everything else in vibration. A shockwave
moves outwards through the other components as if the gun had been struck
hard at the point of the chamber. In one analysis, the sound of the gun firing
is the convolution of the weapon body response with the impulse of the shell
detonation. This excitation wave is primarily longitudinal and its speed in the
(usually steel) barrel is well matched to detonation speed at about 5
,
000m
/
s.
1. Detonation is damped to avoid excessive brisance from shattering the barrel.

---

Analysis
595
About 10 percent of explosive energy is lost to mechanical vibration of the
weapon, which, considering the large starting value, is still significant. Maga-
zine, stock, and housing then act to amplify and radiate this energy. Without
internal recoil damping it is as if you hit the stock and housing hard with a
hammer. Consequently, this part of the sound depends greatly on the weapon
construction.
Expulsion and Gassing
Hot expanding gas drives the bullet down the barrel, which has rifling that
spins it for stability in flight, so the bullet is slowed down by this process. Fric-
tion imparts a second force on the barrel in the same direction as the bullet. A
wave of high pressure causes the barrel to radiate, but this sound is insignificant
compared to the enormous volume of gas released as the round exits the barrel.
Behind it comes about 100 litres of hot nitrogen, chlorine, and hydrogen, which
explode in the air causing a flash. This sound, called the
muzzle signature
,
is much lower in frequency than that produced by the shockwave excitation,
more like a bursting balloon and several milliseconds in duration. It accounts for
20 percent of the cartridge energy. Some designs include barrel porting or muz-
zle brakes to reduce recoil, which lengthens the outgassing time and directs
more low-frequency sound energy to the side of the weapon.