Tono de Borde

Cuando el aire se dirige hacia un borde, no se divide sin problemas, sino que tiende a moverse hacia un lado, y formar un remolino o vórtice. Si el flujo a través de una rendija, se predispone para formar un vórtice, el flujo ondulante resultante puede estar dirigido por debajo del borde. Como se puede ver abajo, el comportamiento de un borde que está asociado con un tubo, es muy diferente del de un borde libre.

La presión creada por esta interacción con el borde realimenta la zona de la rendija, tendiendo a empujar la corriente hacia arriba. Lo inverso ocurre cuando la corriente se mueve hacia el lado superior del borde y luego se repite el proceso. Como resultado, el volteo periódico de la corriente de aire de lado a lado, puede producir un sonido llamado tono de borde. Los instrumentos de tono de borde más eficientes puede ser creados, mediante el acoplamiento de una rendija, un borde, y una columna de aire. Cuando se construye tal instrumento, la frecuencia está determinada principalmente por las frecuencias resonantes de la columna de aire, que controlará la velocidad de la oscilación del aire a través del borde. El efecto de tono de borde en tales instrumentos, sirve para ayudar a iniciar y mantener el tono, y tambien puede ayudar a hacer la transición de la columna de aire hacia un armónico superior.

La diferencia entre el "tono de borde" que se ve en el sonido de una flauta, tubos de órganos, etc, y los tonos producidos al dirigir el aire sobre un borde que no está acoplado a una columna de aire, ha sido objeto de considerable debate e investigación. Comentarios de Benade: "Hasta hace poco ha habido una tendencia... a confundir los sonidos producidos por el soplado de un chorro estrecho de aire contra un borde afilado, cuando el borde forma parte de una flauta o un tubo de órgano (comportamiento de lengüeta o caña de aire), con los que se producen cuando el sistema se ejecuta de forma aislada (comportamiento tono de borde). En este último caso se lleva a cabo un tipo de remolino de chorro de aire repetitivo llamado vórtice, en lados alternos, y si se utiliza un borde afilado para separar los dos conjuntos de vórtices, se produce un sonido. El fenómeno de vórtice sólo tienen una influencia secundaria en la producción de sonido de tipo flauta, además, a presiones de soplado ordinarias musicales, las frecuencias de tono de borde son tan elevadas, que son casi inaudibles."

Parte de la literatura que se ocupa de las diferencias entre los tonos de bordes libres y el comportamiento de los bordes en la flauta y tubo de órgano:

1. Coltman, John W., "Sounding Mechanism of the Flute and Organ Pipe", J. Acoust. Soc. Am. 44 (1968)
2. Fletcher, N. H., "Nonlinear Interactions in Organ Flue Pipes," J. Acoust. Soc. Am. 56 (1974)
3. Bouasse, H., Instruments a' Vent, 2 vols., Paris: Librairie Delagrave, 1929,1930.
4. Cremer, L. and Ising, H., "Die selbsterregten Schwingungen von Orgelpfeifen," Acustica 19, 143-153,(1968)
5. Elder, S. A., "Edgetones versus Pipetones," J. Acoust. Soc. Am. 64, 1721-1723, (1978)

Rendija, Borde y Columna de Aire

Oscilaciones del Aire por Rendijas

Cuando el aire es forzado a través de una pequeña abertura o hendidura, la corriente de aire en rápido movimiento se ralentiza a su través. Sus bordes ofrecen resistencia a ese aire mas lento, y tiende a "pelarlo" y formar vórtices. Estos vórtices interactúan con la corriente, ejerciendo una influencia lateral sobre él y haciendo que se mueva en un camino ondulante. Esta ondulación en realidad puede producir una cantidad sustancial de sonido, como cuando se silba. Una cantidad aún mayor de sonido puede ser producido mediante el acoplamiento de una rendija a un borde. Las ondulaciones de la corriente se mueve a lo largo de flujo a algo menos de la mitad de la velocidad del aire en la corriente (alrededor de 0,4 V de acuerdo con Backus). Luego, a más rápida velocidad de corriente de aire, más rápida las oscilaciones de la corriente cuando golpea un borde.

Rendija y Borde

Para una rendija y un borde no acoplados a una columna de aire, la frecuencia de los tonos de borde tienden a ser alrededor de para el primer tono de borde principal.

Este régimen, conocido como la Region I del comportamiento del tono de borde, es el modo de operación principal de los tubos de órgano y presumiblemente también para la flauta. Nótese que el tono se puede subir ya sea aumentando la velocidad de flujo de aire, o por la disminución de la distancia de la ranura al borde (ambos aplicables al tocar la flauta). Debido al mecanismo de realimentación a la hendidura, el diámetro efectivo del borde no figura directamente en esta relación del tono, como lo hace en el caso de los tonos eólicos.