La tonalité de bord est le son créé lorsqu'un jet d'air planaire frappe un bord ou un coin. La tonalité de bord est probablement le plus souvent considérée comme un moyen d'excitation pour les instruments à fumée. Ces instruments sont comme une flûte à bec, un piccolo, une flûte et un orgue à tuyaux. Par exemple, dans un enregistreur, l'air est soufflé par la bouche à travers un embout buccal dans un jet plan puis sur un coin. Les forces générées se couplent avec le corps du tube de l'enregistreur et une tonalité basée sur la dimension du tube est générée.

Embouchure d'une flûte à bec

Le modèle de tonalité de bord que j'ai développé est considéré isolément plutôt que couplé à un résonateur comme dans l'exemple des instruments de musique. En recherchant le ton de bord, il m'a semblé clair que ce ton n'a pas eu la même attention que le ton éolien que j'ai précédemment modélisé, mais un volume de recherches et de données était disponible pour aider à comprendre et à développer ce modèle.

Voici le lien vers le modèle des tons éoliens sur Nemisindo :

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

Comment fonctionne la tonalité de bord ?

Le processus le plus important dans la génération de la tonalité de bord est la mise en place d'une boucle de rétroaction de la sortie de la buse au coin. Ceci est similaire au processus qui génère le son de la cavité dont j'ai parlé ici . Le schéma ci-dessous aidera à l'explication.

Illustration d'un jet d'air frappant un coin

L'air sort de la buse et se dirige vers le coin. Un jet d'air présente naturellement certaines instabilités qui sont amplifiées au fur et à mesure que le jet se déplace et atteint le coin. Au niveau du coin, des tourbillons sont rejetés sur les côtés opposés du coin et une impulsion de pression oscillante est générée. L'impulsion de pression retourne vers la buse et renforce les instabilités. À la bonne fréquence (longueur d'onde), une boucle de rétroaction est créée et une forte tonalité discrète peut être entendue.

Pour rendre la tonalité de bord plus compliquée, si la vitesse de l'air est modifiée ou si la distance entre la sortie de la buse et le coin varie, différents modes existent. Les valeurs auxquelles les modes changent présentent également une hystérésis - les changements de mode vers le haut et vers le bas ne se produisent pas à la même vitesse ou à la même distance.

Création d'un modèle de synthèse

Il existe un certain nombre d'équations définies par les chercheurs du domaine de la dynamique des fluides, chacune unique mais dépendant d'un numéro de mode entier. Nulle part dans ma recherche je n'ai trouvé une méthode pour prédire le numéro de mode. Contrairement aux approches de modélisation précédentes, j'ai décidé de rassembler tous les résultats que j'avais là où le numéro de mode était donné, à la fois les mesures en soufflerie et les simulations informatiques. Celles-ci ont ensuite été entrées dans l' atelier d'apprentissage automatique Weka et un arbre de décision a été conçu. Cela a ensuite été mis en œuvre pour prédire le numéro de mode.

Toutes les équations de prédiction avaient une erreur significative par rapport aux résultats mesurés et simulés, donc encore une fois, les résultats ont été utilisés pour créer une nouvelle équation pour prédire la fréquence de chaque mode.

Avec le mode prédit et la fréquence subséquente prédite, la synthèse sonore réelle a été générée par la mise en forme du bruit avec une source de bruit blanc et un filtre passe-bande. La valeur Q pour le filtre était inconnue mais, comme pour le ton de la cavité, on sait que plus l'écoulement est turbulent, plus les vortex sont petits et diffus et plus la bande de fréquences autour du ton de bord prédit est large. La valeur Q pour la bande passante a été définie pour être proportionnelle à cela.

Et la suite… ?

Contrairement à la tonalité éolienne où j'ai pu créer un certain nombre d'effets sonores, la tonalité de bord n'a pas encore été implémentée dans un modèle plus large. Cela est dû au temps plutôt qu'à autre chose. Un domaine de développement ultérieur qui serait d'un grand intérêt serait de coupler le modèle de tonalité de bord à un résonateur pour émuler un instrument de musique. Certains modèles de synthèse antérieurs utilisent une source de bruit blanc et une excitation ou un signal basé sur le résiduel entre un échantillon réel et le modèle du résonateur.

Une fois qu'une onde stationnaire a été établie dans le résonateur, la tonalité de bord se verrouille à cette fréquence plutôt qu'à celle prédite dans l'équation. Ainsi, la tonalité de bord prédite peut n'être présente que lorsqu'une note de musique est dans l'état transitoire, mais on sait que cela a une forte influence sur le timbre et peut avoir des résultats intéressants.

Pour une analyse des sifflets et de la façon dont leur conception affecte leur son, consultez son article . Le mécanisme de rétroaction décrit pour la tonalité de bord est également très similaire à celui qui génère la tonalité de trou. C'est le son discret généré par une bouilloire en ébullition. Il s'agit généralement d'un jet circulaire frappant une plaque avec un trou circulaire et une boucle de rétroaction établie.

Le ton du trou forme une bouilloire

Une tonalité très similaire peut être générée par un véhicule à décollage et atterrissage verticaux lorsque les jets des ventilateurs de levage pointent vers le sol ou le pont. Ce sont à la fois des domaines de développement futur et où des effets sonores intéressants pourraient être créés.

Décollage vertical d'un avion Harrier