Suena el silbato final

Dec 04 2022

Anteriormente, discutimos los aplausos y los rebotes. Continuando con nuestro examen de los sonidos cotidianos, les traemos... el silbato.

Anteriormente, hablamos de aplausos y rebotes . Continuando con nuestro examen de los sonidos cotidianos, les traemos... el silbato.

aquí hay un enlace al modelo de procedimiento de silbato en Nemisindo:https://nemisindo.com/models/whistle.html

Sin embargo, este es un poco desafiante. Por nombrar solo algunos, hay silbatos de guisantes, silbatos de hojalata, silbatos de vapor, silbatos para perros y, por supuesto, silbidos humanos. Cubrir todo esto es mucho más que una sola entrada de blog. Así que sigamos con el silbato de guisante estándar o el silbato de perdigones (o 'escargot' o silbato de barril debido a su forma de caracol), que es la base de muchos de los silbatos que ha escuchado.

Típico silbato de guisante de metal, con boquilla, borde biselado y orificio de sonido por donde puede escapar el aire, y cámara de aire en forma de barril y un perdigón en el interior.

Los silbatos son el tipo de flauta más antiguo que se conoce. Tienen un extremo inferior tapado y un conducto que dirige la respiración del jugador desde el orificio de la boca en el extremo superior contra el borde de un orificio cortado en la pared del silbato, lo que hace que el aire contenido vibre. La mayoría de los instrumentos de silbato no tienen orificios para los dedos y suenan solo en un tono.

Un silbato produce un sonido a partir de una corriente de gas, generalmente aire, y generalmente funciona con vapor o con alguien que sopla aire. La conversión de energía en sonido proviene de una interacción entre la corriente de aire y un material sólido.

En un silbato de guisantes, la corriente de aire entra por la boquilla. Golpea el bisel (borde inclinado de la abertura) y se divide, hacia afuera en el aire y hacia adentro llenando la cámara de aire. Continúa girando y llenando la cámara hasta que la presión del aire en el interior es tan grande que sale por el orificio de sonido (una pequeña abertura junto al bisel), dejando espacio para que el proceso comience de nuevo. El tono dominante del silbato está determinado por la velocidad a la que el aire llena y desempaqueta la cámara de aire. El movimiento del aire obliga al guisante o gránulo dentro de la cámara a moverse una y otra vez. Esto a veces interrumpe el flujo de aire y crea un trino con el sonido del silbato.

El tamaño de la cavidad del silbato determina el volumen de aire contenido en el silbato y el tono del sonido producido. El aire se llena y se vacía de la cámara tantas veces por segundo, lo que da la frecuencia fundamental del sonido.

La construcción del silbato y el diseño de la boquilla también tienen un efecto dramático en el sonido. Un silbato hecho de un metal grueso producirá un sonido más brillante en comparación con el sonido suave más resonante si se usa un metal más delgado. Los silbatos modernos se fabrican con diferentes tipos de plástico, lo que aumenta los tonos y sonidos disponibles en la actualidad. El diseño de la boquilla también puede alterar drásticamente el sonido. Incluso una diferencia de unas pocas milésimas de pulgada en las vías respiratorias, el ángulo de la hoja, el tamaño o el ancho del orificio de entrada, puede marcar una diferencia drástica en lo que respecta al volumen, el tono y el chiff (respiración o solidez del sonido). Y de acuerdo con la página Wiki del silbato , que podría cambiar cuando lea esto, "Una característica de un silbato es que crea un tono puro, o casi puro".

Bueno, ¿todo eso es correcto? Cuando miramos los sonidos de verter agua fría y caliente , encontramos que las explicaciones simples no eran correctas . Al explicar el silbato, ¿podemos ir un poco más allá de un poco de movimiento de la mano sobre el guisante que causa un trino? ¿Los diferentes silbatos difieren mucho en el sonido?

Comencemos con algunos sonidos de silbato. Aquí hay un gran video donde puedes escuchar una docena de silbatos de árbitros.

Mirando el espectrograma a continuación, puede ver que todos los silbatos producen frecuencias dominantes en algún lugar entre 2200 y 4400 Hz. Algunas otras características también son evidentes. Parece haber algún segundo e incluso tercer contenido armónico. Y no parece ser solo una frecuencia y sus armónicos. Más bien, hay dos o tres frecuencias estrechamente espaciadas cada vez que suena el silbato.

Pero esta muestra de sonido son toques de silbato bastante cortos, lo que podría ser la razón por la cual los tonos no son constantes. Y uno nunca debe confiar en una sola muestra o un archivo de audio (como lo hicieron los autores aquí ). Así que echemos un vistazo a un solo sonido de silbido largo.

Puede ver que permanece bastante constante, y los armónicos están claramente presentes, aunque no puedo decir si se deben en parte a la compresión del rango dinámico o cualquier otro procesamiento. Sin embargo, hay caídas o interrupciones semiperiódicas en el tono fundamental. Puede ver esto más claramente en la forma de onda, y es casi seguro que se debe a que el guisante bloquea temporalmente el orificio de sonido y debilita el sonido.

El mismo comportamiento general aparece con otros silbatos, aunque con alguna variación en las caídas y su tasa de ocurrencia, y en las frecuencias y sus fuerzas.

Una vez que comencé a escribir este blog, me señalaron el hecho de que Perry Cook ya había discutido la síntesis de sonidos de silbidos en su maravilloso libro Real Sound Synthesis for Interactive Applications. Al construir parte de un modelo de silbato de policía/árbitro, escribió

"Experimentos y espectrogramas con silbatos reales de policía/árbitro mostraron que cuando el guisante está en la región inmediata del oscilador de chorro, hay una disminución en el tono (alrededor del 7 %), un aumento en la amplitud (alrededor de 6 dB) y una pequeña aumento en el componente de ruido (alrededor de 2 dB)… El oscilador exhibe tres armónicos significativos: f, 2f y 3f a 0 dB, -10 dB y -25 dB, respectivamente…'

Con la excepción del aumento en la amplitud debido al guisante (¿fue un error tipográfico?), mis resultados concuerdan aproximadamente con los suyos. Entonces, dependiendo de si soy un vaso medio vacío o un vaso medio lleno, podría estar decepcionado de que solo estoy repitiendo lo que hizo, o contento de que mis resultados se confirmen de forma independiente.

Esta información de algunas grabaciones de silbidos debería ser lo suficientemente buena para caracterizar el comportamiento y generar una síntesis simple y controlable. Jiawei Liu tomó un enfoque diferente. En su tesis de maestría, simuló silbatos usando dinámica de fluidos computacional y simulación acústica de elementos finitos . Fue un trabajo muy interesante, al igual que un enfoque relacionado de Shia , pero ambos son un poco como usar un mazo para matar una mosca. Gran esfuerzo y muchos cálculos, cuando un modelo que probablemente suene igual de bueno se podría haber derivado utilizando ecuaciones semiempíricas que modelan los sonidos aeroacústicos directamente.

Ha habido algunas investigaciones sobre la identificación automática de los sonidos del silbato del árbitro, por ejemplo, el trabajo inicial de Shirley y Oldfield en 2011 y luego un algoritmo más avanzado unos años más tarde. Pero estas son técnicas estándar de aprendizaje automático o se basan en los aspectos más básicos del sonido del silbato, como su frecuencia fundamental. En cualquier caso, no utilizan mucho la comprensión de la naturaleza del sonido. Pero supongo que está bien. Funcionan, permiten técnicas de producción inteligente para retransmisiones deportivas, y no necesitan profundizar en los aspectos físicos o perceptivos.

Dije que me quedaría con los silbatos de perdigones, pero no puedo resistirme a mencionar una síntesis verdaderamente fascinante e inusual de otro sonido de silbato . Las locomotoras de vapor estaban equipadas con silbatos de tren para advertencia y señalización. para generar el sonido, el conductor del tren tira de una cuerda en la cabina del conductor, abriendo así una válvula, de modo que el vapor sale disparado de un espacio y golpea el borde afilado de una campana. Esto hace que la campana vibre rápidamente, lo que crea un silbido. En 1972, Herbert Chaudiere creó un sistema de sonido increíblemente detallado para maquetas de trenes. Este sistema electrónico analógico generó todos los sonidos memorables de la locomotora de vapor; el ladrido del vapor agotador, el tañido rítmico de la campana y el aullido del silbato de la campanilla, y reprodujo estos sonidos desde un altavoz que llevaba la locomotora a escala.

La preparación de esta entrada de blog también ilustra algunos de los problemas con los metadatos de fuentes múltiples y el etiquetado generado por el usuario. Al tratar de encontrar algunos buenos ejemplos de sonido, busqué en el archivo de efectos de sonido más popular de todo, freesound, por 'silbato de guisante'. Salió con un solo éxito, ¡una grabación de vapor y líquido escapando de una olla de guisantes de ojo negro hirviendo !