El tono de borde es el sonido creado cuando un chorro plano de aire golpea un borde o una cuña. El tono de borde probablemente se vea con mayor frecuencia como un medio de excitación para los instrumentos de combustión. Estos instrumentos son como la flauta dulce, flautín, flauta y órgano de tubos. Por ejemplo, en una grabadora, el aire se sopla por la boca a través de una boquilla hacia un chorro plano y luego hacia una cuña. Las fuerzas generadas se acoplan con el cuerpo del tubo de la grabadora y se genera un tono basado en la dimensión del tubo.

Boquilla de una grabadora

El modelo de tono de borde que he desarrollado se ve de forma aislada en lugar de acoplarse a un resonador como en el ejemplo de los instrumentos musicales. Mientras investigaba el tono del borde, me pareció claro que este tono no ha recibido la misma atención que el tono Eólico que modelé anteriormente, pero había disponible un volumen de investigación y datos para ayudar a comprender y desarrollar este modelo.

Aquí hay un enlace al modelo de tonos eólicos en Nemisindo:

https://nemisindo.com/models/aeolian-tones.html

¿Cómo funciona el tono de borde?

El proceso más importante para generar el tono de borde es la configuración de un circuito de retroalimentación desde la salida de la boquilla hasta la cuña. Esto es similar al proceso que genera el tono de cavidad que discutí aquí . El siguiente diagrama ayudará con la explicación.

Ilustración de chorro de aire golpeando una cuña

El aire sale de la boquilla y viaja hacia la cuña. Un chorro de aire naturalmente tiene algunas inestabilidades que se magnifican a medida que el chorro viaja y alcanza la cuña. En la cuña, se generan vórtices en lados opuestos de la cuña y se genera un pulso de presión oscilante. El pulso de presión viaja de regreso hacia la boquilla y refuerza las inestabilidades. A la frecuencia (longitud de onda) correcta, se crea un bucle de retroalimentación y se puede escuchar un tono fuerte y discreto.

Para hacer el tono del borde más complicado, si se varía la velocidad del aire o se varía la distancia entre la salida de la boquilla y la cuña, existen diferentes modos. Los valores a los que cambian los modos también exhiben histéresis: los cambios de modo hacia arriba y hacia abajo no ocurren a la misma velocidad o distancia.

Creación de un modelo de síntesis

Hay una serie de ecuaciones definidas por investigadores del campo de la dinámica de fluidos, cada una única pero que depende de un número de modo entero. En ninguna parte de mi búsqueda encontré un método para predecir el número de modo. A diferencia de los enfoques de modelado anteriores, decidí recopilar todos los resultados que tenía donde se proporcionaba el número de modo, tanto las mediciones del túnel de viento como las simulaciones computacionales. Luego, estos se ingresaron en el banco de trabajo de aprendizaje automático de Weka y se ideó un árbol de decisiones. Esto se implementó luego para predecir el número de modo.

Todas las ecuaciones de predicción tenían un error significativo en comparación con los resultados medidos y simulados, por lo que nuevamente los resultados se usaron para crear una nueva ecuación para predecir la frecuencia de cada modo.

Con el modo predicho y la frecuencia subsiguiente predicha, la síntesis de sonido real se generó modelando el ruido con una fuente de ruido blanco y un filtro de paso de banda. Se desconocía el valor de Q para el filtro pero, al igual que con el tono de la cavidad, se sabe que cuanto más turbulento es el flujo, más pequeños y difusos son los vórtices y más ancha es la banda de frecuencias alrededor del tono de borde previsto. El valor Q para el paso de banda se fijó para que fuera proporcional a esto.

¿Y qué sigue…?

A diferencia del tono Aeolian en el que pude crear una serie de efectos de sonido, el tono de borde aún no se ha implementado en un modelo más amplio. Esto se debe al tiempo más que a cualquier otra cosa. Un área de mayor desarrollo que sería de gran interés sería acoplar el modelo de tono de borde a un resonador para emular un instrumento musical. Algunos modelos de síntesis anteriores utilizan una fuente de ruido blanco y una excitación o una señal basada en el residual entre una muestra real y el modelo del resonador.

Una vez que se ha establecido una onda estacionaria en el resonador, el tono de borde se bloquea en esa frecuencia en lugar de la predicha en la ecuación. Por lo tanto, el tono de borde predicho solo puede estar presente mientras una nota musical está en estado transitorio, pero se sabe que esto tiene una fuerte influencia sobre el timbre y puede tener resultados interesantes.

Para un análisis de los silbatos y cómo su diseño afecta su sonido, consulte este artículo . El mecanismo de retroalimentación descrito para el tono de borde también es muy similar al que genera el tono de hueco. Este es el tono discreto que genera una tetera hirviendo. Este suele ser un chorro circular que golpea una placa con un orificio circular y se establece un circuito de retroalimentación.

El tono del agujero forma una tetera.

Un vehículo de despegue y aterrizaje vertical puede generar un tono muy similar cuando los chorros de los ventiladores de elevación apuntan hacia el suelo o la cubierta. Estas son áreas para el desarrollo futuro y donde se podrían hacer efectos de sonido interesantes.

Despegue vertical de un jet Harrier