Designing Sound

Incident force
Overshoot
Snapping sound
Acceleration and amplitude increase
SIDE
Wind force
Support
Gravity
ABOVE
Figure 41.2
Flapping flag.
Breakup and Mode Switching
If you are a flute player you will know that blowing too hard can overdrive the
instrument and produce a sudden switch to a new harmonic or no sound at all.
Listen carefully to the wind and you will notice that some sounds only hap-
pen when the wind drops. They happen at certain wind speeds but not others.
The transition to turbulence happens over a range of Reynolds numbers, and
throughout this range resonances may occur that vanish for larger velocities.
Examples are the low moaning howl in recessed doorways and traffic under-
passes, or the noise of drain pipes. Such spaces offer a clear resonant cavity,
often in the area of a few tens or hundreds of Hertz, which only sound when the
wind hits a precise speed. So for some objects, we don’t have a simple linear
relationship between air velocity and amplitude or frequency.
Whistling Wires
Immediately behind the perfectly circular object in figure 41.3 we may think of
a cone or shadow of low pressure (A) forming on the far side. Because the wire

---

474
Wind
or pole is perfectly symmetrical, the choice of whether to flow to one side or the
other is finely balanced, and any small disturbance in the low-pressure areas on
the sides V1 and V2, where the flow is fast and unstable, will tip this balance.
Low pressure forming on one side will tend to pull the cone at A sideways to
position B. Because air is compressible the difference between areas A and B
now constitutes a restoring force, moving the cone of low pressure around to
position C. The result is an unstable wake vortex, a “wagging tail” of airflow
(called a
von K´
arm´
an vortex street
) that oscillates back and forth as vortices
are shed alternately from each side of the obstruction. This
aeroelastic effect
can produce highly pitched (though not simple harmonic) aeolian noise with a
sharp center frequency inversely proportional to the diameter of the wire and
proportional to the wind velocity. At the same time the wire itself may be
pushed forwards by incident air or pulled sideways by the Bernoulli effect. The
wire is generally elastic and so an internal restoring force works to straighten
it. This motion
is
simple harmonic just like any musical string, but the com-
bination of forces, some random and some harmonic, adds up to a vector that
moves the wire in a spiraling roulette. An observable example that results in
periodic collisions is the rope on a flagpole or sailboat mast spinning round and
banging against the pole.