A set of high-order spatial and temporal finite difference stencils is developed. They are derived using an optimization procedure designed to ensure that the numerical derivatives preserve the wave number and angular frequency of the partial differential equations being discretized. In doing so, they guarantee that the numerical scheme preserves the dispersion relation of the analytic equations when the wave modes are in the long wave range. Consequently, the acoustic, entropy and vorticity waves propagate with the correct wave speeds and exhibit their appropriate properties. Waves that are short compared to the grid mesh size (waves with wavelength less than 5 mesh spacings) generally have totally different wave propagation characteristics. These waves are contaminants of the numerical solution. A method designed to eliminate such waves without significantly affecting the long waves is developed. A set of radiation and outflow boundary conditions is also constructed. These conditions are derived from the asymptotic solutions of the linearized Euler equations. A numerical simulation designed to test the effectiveness of the finite difference schemes and the boundary conditions is performed. The computed solutions agree very favorably with the exact solutions. These methods are applied then to a simulation of a 2-D supersonic Mach 1.7 jet. Initial conditions and a mapping based upon empirical data are derived. The mapping concentrates grid points in the mixing layer of the jet. In this region, very small time steps are required. A method which allows different regions of the grid to have different time steps is developed. This greatly improves the efficiency of the code. The steady state solution is computed. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 54-07, Section: B, page: 3667. / Major Professor: Christopher K. W. Tam. / Thesis (Ph.D.)--The Florida State University, 1993.

On the classical guitar, a performer can impart very distinct qualities to the sound by changing the way in which s/he manipulates the instrument. In fact, guitarists can often infer how the instrument was played by listening to a recording, based on their knowledge of playing techniques. In other words, information about guitarists' manipulations is present in the sound of the instrument. The goal of this work is thus to develop an automatic method able to extract part of that information from a recording. In particular, this thesis focuses on one playing parameter: the angle with which the string isreleased at the end of a pluck, or the "angle of release". Along with the plucking position, this gestural parameteris known to have a clear influence on the sound of the guitar. Central to this research is the use of the physics of sound production on the classical guitar. Indeed, guitar acoustics are used to predict the effect of the angle of release on the sound, and establish formal links between signal parameters and this gestural parameter. This dissertation first situates itself with respect to previous work on gestural acquisition on the classical guitar. It then discusses the acoustics of the classical guitar in detail, in order to reveal the underlying structure of typical guitar sounds. It also considers general and specialized aspects of classical guitar playing technique, in order to better understand how guitarists can fashion sound, within the limits imposed by the physics of the instrument. In its second and main part, this dissertation adapts a standard physical model of a guitar string to include the influence of the angle of release on the vibration of the instrument. Most importantly, it establishes a clear relationship between the angle of release and parameters of velocity signals. Then it presents a signal analysis framework developed to extract signal parameters that are affected by changes in the angle of release.In its final part, this research discusses results obtained when the method for angle of release extraction is applied to velocity signals measured at the bridge of the guitar. Strengths and shortcomings of the method, as well as future avenues for research are also addressed. / Les guitaristes classiques peuvent apporter de multiples nuances aux sons de leur instrument grâce à un large éventail de techniques de jeu. Il leur est même possible d'identifier comment une guitare a été jouée par l'écoute attentive d'un enregistrement, en confrontant les sons entendus à leurs connaissances sur la pratique instrumentale. Ce dernier point suggère la présence d'informations sur les manipulations des instrumentistes dans les sons produits. L'objectif de ce travail de doctorat est donc de développer des méthodes automatiques permettant d'extraire une partie de ces informations à partir d'enregistrements des vibrations de l'instrument. Cette thèse se concentre sur un paramètre spécifique: l'angle avec lequel une corde quitte le doigt à la fin du pincement, désigné "angle de lâcher" par la suite. En effet, ce paramètre de jeu, au même titre que la position de pincement le long de la corde, a une influence claire sur le son produit. L'utilisation faite de connaissances physiques sur la production des sons de guitare classique est un élément central des travaux présentés dans cette thèse. En effet, des considérations physiques sont utilisées pour expliciter l'effet d'un changement de l'angle de lâcher sur les caractéristiques du signal sonore.Après avoir précisé le contexte de cette thèse par rapport aux travaux existant sur l'acquisition du geste sur la guitare classique, l'acoustique de l'instrument est abordée. Cette revue du fonctionnement de la guitare permet de dégager la structure sous-jacente des sons de guitare. Les techniques de jeux sont aussi présentées afin de montrer comment les guitaristes exploitent les degrés de liberté à leur portée pour modifier le son de leur instrument. La contribution majeure de cette thèse est ensuite détaillée: l'adaptation d'un modèle physique standard de corde de guitare afin d'y inclure l'effet de l'angle de lâcher, et de relier la variation de cet angle aux changements de contenu sonore. La mise au point d'un système d'analyse visant à extraire les paramètres des signaux de vitesse dépendant de l'angle de lâcher est ensuite abordée.La dernière partie de ce travail présente les résultats obtenus par la méthode d'extraction de l'angle de lâcher sur des signaux de vitesse mesurés. À la lumière de ces résultats, les forces et faiblesses de la méthode sont dégagées, ainsi que des pistes de recherche futures.

An investigation was made of the spin-lattice interaction of F centers in quartz through the use of 9.3 Gc acoustic waves. An upper limit to the acoustic-attenuation coefficient of 7.7 x 10-3 nepers per centimeter was found. This corresponds to a cross section of less than 3.9 x 10-20 square centimeters. Comparison with theory indicates that T1 for F centers in quartz is greater than 8.9 milliseconds.

The velocity of propagation of longitudinal sound waves in a single crystal of potassium chrome alum was measured as a function of temperature. The waves were propagated normal to the (1,1,1) plane. In the temperature interval studied, from 300°K to 83°K, there were no discontinuities in the velocity within the limits of accuracy of the data. The velocity at 83°K showed only a slight increase (less than 3%) over the room temperature value. The effect of a magnetic field at right angles to the direction of propagation of the waves was investigated from 300°K to 92°K. Magnetic fields of approximately 2100 gauss had no effect on the velocity of propagation.

This thesis presents a number of methods for the computational analysis of woodwind instruments. The Transmission-Matrix Method (TMM) for the calculation of the input impedance of an instrument is described. An approach based on the Finite Element Method (FEM) is applied to the determination of the transmission-matrix parameters of woodwind instrument toneholes, from which new formulas are developed that extend the range of validity of current theories. The effect of a hanging keypad is investigated and discrepancies with current theories are found for short toneholes. This approach was applied as well to toneholes on a conical bore, and we conclude that the tonehole transmission matrix parameters developed on a cylindrical bore are equally valid for use on a conical bore.A boundary condition for the approximation of the boundary layer losses for use with the FEM was developed, and it enables the simulation of complete woodwind instruments. The comparison of the simulations of instruments with many open or closed toneholes with calculations using the TMM reveal discrepancies that are most likely attributable to internalor external tonehole interactions. This is not taken into account in the TMM and poses a limit to its accuracy. The maximal error is found to be smaller than 10 cents. The effect of the curvature of the main bore is investigated using the FEM. The radiation impedance of a wind instrument bell is calculated using the FEM and compared to TMM calculations; we conclude that the TMM is not appropriate for the simulation of flaring bells.Finally, a method is presented for the calculation of the tonehole positions and dimensions under various constraints using an optimization algorithm, which is based on the estimation of the playing frequencies using the Transmission-Matrix Method. A number of simple woodwind instruments are designed using this algorithm and prototypes evaluated. / Cette thèse présente des méthodes pour la conception d'instruments de musique à vent à l'aide de calculs scientifiques. La méthode des matrices de transfert pour le calcul de l'impédance d'entrée est décrite. Une méthode basée sur le calcul par Éléments Finis est appliquée à la détermination des paramètres des matrices de transfert des trous latéraux des instruments à vent, à partir desquels de nouvelles équations sont développées pour étendre la validité deséquations de la littérature. Des simulations par Éléments Finis de l'effet d'une clé suspendue au-dessus des trous latéraux donnent des résultats différents de la théorie pour les trous courts. La méthode est aussi appliquée à des trous sur un corps conique et nous concluons que les paramètres des matrices de transmission développées pour les tuyaux cylindriques sont également valides pour les tuyaux coniques.Une condition frontière pour l'approximation des pertes viscothermiques dans les calculs par Éléments Finis est développée et permet la simulation d'instruments complets. La comparaison des résultats de simulations d'instruments avec plusieurs trous ouverts ou fermés montre que la méthode des matrices de transfert présente des erreurs probablement attribuables aux interactions internes et externes entre les trous. Cet effet n'est pas pris en compte dans laméthode des matrices de transfert et pose une limite à la précision de cette méthode. L'erreur maximale est de l'ordre de 10 cents. L'effet de la courbure du corps de l'instrument est étudié avec la méthode des Éléments Finis. L'impédance de rayonnement du pavillon d'un instrument est calculée avec la méthode des matrices de transfert et comparée aux résultats de la méthode des Éléments Finis; nous concluons que la méthode des matrices de transfert n'estpas appropriée à la simulation des pavillons.Finalement, une méthode d'optimisation est présentée pour le calcul de la position et des dimensions des trous latéraux avec plusieurs contraintes, qui est basé sur l'estimation des fréquences de jeu avec la méthode des matrices de transfert. Plusieurs instruments simples sont conçus et des prototypes fabriqués et évalués.

This thesis presents experimental and numerical investigations on the control of aeroacoustic and quasi-static pressures within the air column constituted by the player-instrument system in trombone performance.The core of this work tackles the nature of the interaction between a player's vibrating lips and his/her vocal tract. Firstly, a measurement method was developed in order to assess important characteristics of the acoustical coupling between the lips, the downstream resonator and the upstream airways. Subjects able to play over the full range demonstrated significant upstream influence in the higher register of the instrument. These players were categorized in two groups according to their ability to control the phase of the upstream impedance and their ability to generate powerful downstream acoustic energy. In order to further investigate the influence of the vocal tract on the behaviour of the lips of a trombone player, different conditions of upstream coupling were simulated on an artificial player system. This experiment demonstrated the importance of phase tuning on the behaviour of the lips; results particularly suggest the ability of a vocal-tract resonance to displace the playing frequency close to a lip mechanical resonance, hence producing maximal efficiency of the lip-excitation system. Numerical simulations involving different physical models of the lips and various conditions of upstream coupling lend support to experimental results; an upstream coupling at the fundamental frequency influences the playing frequency and hence the combined effect of the varying total impedance loading the lips and lip mobility at the playing frequency. It then results in different degrees of efficiency of the sound production mechanism with respect tothe acoustic energy produced. Finally, a quantitative analysis of chest-wall dynamics was conducted on a trombone player. Different standard tasks where analyzed with respect to the pressure developed by rib-cage and abdominal muscles, diaphragmatic activity, as well as embouchure and glottal resistance. This study aims to address the characteristics of physiological control and its relation to the management of the quasi-static mouth pressure. It also intends to provide further material to the discussion on physiological factors involved in the acoustical control of the vocal-tract. / Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique sur le contrôle des pressions aéroacoustiques et quasi-statiques au sein de la colonne d'air formée par le musicien et son instrument dans le jeu du trombone.L'axe principal de ce travail s'articule autour de l'étude de l'interaction entre les lèvres du musicien et son conduit vocal. En premier lieu, une méthode de mesure est développée dans le but de quantifier les caractéristiques de couplage acoustique entre les lèvres, le résonateur formé par l'instrument, et les voies respiratoires en amont. Chez les sujets pouvant jouer sur le registre complet de l'instrument, le conduit vocal contribue de façon significative à la productiondu son dans le registre aigu. Deux catégories de stratégies sont proposées en fonction des caractéristiques de phase de l'impédance du conduit vocal à la fréquence fondamentale, ainsi que de la capacité à générer un maximum d'énergie acoustique. Afin d'étudier plus précisément l'influence du conduit vocal sur le comportement mécanique des lèvres d'un tromboniste, différentes conditions de couplage en amont sont simulées sur un système de bouche artificielle. Cette expérience permet de démontrer l'importance de l'ajustement de la phase de l'impédance en amont sur le comportement mécanique des lèvres. Les résultats obtenus mettent particulièrement en évidence les capacités d'une résonance de conduit vocal à déplacer la fréquence de jeu afin de potentiellement la rapprocher d'une fréquence de résonance mécanique des lèvres, produisant ainsi une efficacité maximale du système d'excitation. Des simulations numériques utilisant différents modèles physiques de lèvres et différentes conditions de couplage acoustique avec le conduit vocal confirment les hypothèses formulées; un couplage avec le conduit vocal à la fréquence fondamentale influence la fréquence de jeu. En conséquence, ces variations induisent des changements, d'une part de l'impédance acoustique chargeant les lèvres, et d'autre part de leur mobilité mécanique. Il en résulte différents degrés d'efficacité du mécanisme de production sonore en ce qui concerne l'énergie acoustique générée. Pour terminer, une étude quantitative de la dynamique du thorax est conduite sur un tromboniste. Différentes tâches musicales sont analysées en termes de pression développée par les muscles intercostaux et abdominaux, de l'activité du diaphragme, ainsi que de la résistance des lèvres et de la glotte à l'écoulement pendant le jeu. Cette étude a ainsi pour but d'évaluer les caractéristiques physiologiques du contrôle de la production du son et leurs relations à la gestion de la pression quasi-statique dans la cavité buccale. Elle suggère également de nouveaux éléments quant à l'influence du contrôle respiratoire sur l'effet acoustique du conduit vocal.

This thesis studies methods to take acoustical measurements of wind instrument bodies and mouthpieces. Acoustic responses and existing measurement methods are reviewed. Multiple- and single-microphone measurement techniques are compared with a discussion of object-length limitations and frequency response. Impulse response measurements using a complex input signal are discussed and signals used for measuring room acoustics are reviewed. Construction and deconvolution methods for several types of signals are specified and the effects of signal degradation on measurements are discussed. A novel pulse reflectometry technique that can use these signals as stimulus is presented. The signals are used in a waveguide model which simulates adverse measurement scenarios and calculated impedances are compared. Model measurements are then compared with actual reflection function measurements of two fabricated test objects to show the limitations of pulse reflectometry when calculating the impedance of long objects. Viscothermal losses and open-end radiation characteristics measured using a pulse reflectometry setup are then compared with their theoretically predicted values. Finally, the input impedance calculated from several saxophone mouthpieces are presented and a novel method for measuring the reed resonance frequency of a mouthpiece is shown. / Cette thèse étudie des méthodes pour prendre des mesures acoustiques des corps et embouchures d'instruments à vent. Les réponses acoustiques et les méthodes existantes de mesure sont passées en revue. Mesures de multiples pressions et pression unique sont contrastées par un discussion des limitations sur la longueur de l'objet et la réponse en fréquences. Les mesures de réponse d'impulsion employant un signal d'entrée complexe sont discutée et des signaux utilisés pour mesurer l'acoustique de salles sont passés en revue. Les méthodes de construction et de déconvolution pour plusieurs types de signaux sont spécifiés et les façons dont la dégradation des signaux affecte les mesures sont discutées. Une nouvelle technique de réflectométrie d'impulsion qui peut employer ces signaux comme stimulus est présentée. Les signaux sont employés dans un modèle de guide d'ondes qui simule les scénarios défavorables de mesures et calculent les impédances. Des mesures de modèles sont alors comparées aux mesures réelles de fonction de réflexion de deux prototypes fabriqués pour montrer les limitations de la réflectométrie d'impulsion lors de calculs de l'impédance de longs objets. Les pertes viscothermiques et les caractéristiques de rayonnement d'extrémité ouverte mesurées en utilisant une installation de réflectométrie d'impulsion sont alors comparées à leurs valeurs théoriques prévues. En conclusion, l'impédance d'entrée calculée à partir de plusieurs embouchures de saxophones sont présentées ainsi qu'une nouvelle méthode pour mesurer la fréquence tubulaire de résonance d'une embouchure.

This thesis provides a review of a computational modeling technique for woodwind-like musical instruments with arbitrarily shaped bore and finger holes. The model of a simple acoustic structure implemented in Matlab is verified through experimental measurements in terms of radiation directivity. The methods of calculating the acoustical impedance at the input end and the internal sound pressure at any position along the principle axis of the bore are presented. The procedure for calculating the radiation pressure is detailed in an example featuring a main bore with two open holes. The far-field and near-field formulas of radiation distances and angles are given. A modified pulse reflectometry system is used to measure the radiation directivity of the sample woodwind-like instrument. The measurement and data processing are simulated using a digital waveguide model to test the validity of the measurement system. The final measurements are performed with five fingerings for the measured object. The measurement results are compared with the theoretically predicted values to evaluate the fitness of the model. Suggestions for further improvement of both the measurement and the model are given. / Cette thèse propose une analyse des techniques de modélisation informatique des instruments de musique de la famille des bois à perce et trous arbitraires. Le modèle d'une structure acoustique simple implémenté avec Matlab est vérifié par des mesures expérimentales de la directivité du rayonnement. Les méthodes de calcul de l'impédance acoustique à l'entrée ainsi que de la pression acoustique à n'importe quelle position le long de l'instrument sont présentées. La procedure de calcul de la pression de radiation est détaillée pour le cas d'un tuyau cylindrique ouvert avec deux trous latéraux. Les formules de calcul du rayonnement en champ lointain et en champ proche sont données. Un système de mesure de la réponse impulsionnelle est utilisé pour mesurer la directivité de la radiation sur un prototype d'instrument ayant les caractéristiques de la famille des bois. La mesure et le traitement des données sont simulés en utilisant un modèle de guide d'ondes numérique pour tester la validité du système de mesure. Les mesures finales sont effectuées pour les cinq doigts de l'objet mesuré. Les résultats sont comparés aux valeurs théoriques pour évaluer la qualité du modèle. Des suggestions pour l'amélioration de la mesure et du modèle sont données.

Thèse (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 1 février 2007). In ProQuest dissertations and theses. Publié aussi en version papier.

<p> Passive acoustic monitoring (PAM) is a more effective method of monitoring cetaceans&rsquo; distribution and abundance than conventional visual surveys. Cetaceans are highly vocally active and produce identifiable acoustic signals during echolocation and communication. Three different PAM platforms recorded data in overlapping time periods in the vicinity of the 2010 Deepwater Horizon oil spill site: bottom-moored buoys (EARS), Unmanned Surface Vehicle towed arrays (USV), and subsurface glider-mounted hydrophones. Detection rates of the EARS and USV were compared to investigate their efficiency in detecting marine mammals. Detection events were obtained using independent detectors for each platform and then compared by feeding data through a common detector. Results from both detectors and platforms were compared, and a comparable trend of detection rates was found. The purpose of this study is to aid in the development of cost-efficient PAM methodology for mitigation and environmental impact assessment purposes.</p><p>