Designing Sound

548
Footsteps
Tibia
Knee pivot
Femur
Peroneus longus
Tibialis anterior
Lateral malleolus
Fibula
Hallucis longus
Phalanges (toes)
Calcaneus plantae (heel)
Metatarsals (outstep)
Quadriceps
Vastus lateralis (Main leg muscle)
Ankle pivot (Talus)
Effective radius of curvature
Outstep contact
Heel contact
Ball contact
Simplified rolling foot model
Figure 49.1
Biomechanical summary and simplification of the foot during walking.
Action of the Foot
The foot does not just plant itself squarely on the ground. There are three
phases to each step. During the first phase the heel contacts the ground. This
part is much harder than the rest, the bony calcaneus of the heel pivots on
the ankle talus, and two muscles (peronius and hallucis longi) rotate the foot.
Weight is then shifted onto outer tarsals and each foot rolls along the ground,
ending on its toes, or ball of the foot. This process is simplified in the second
frame of figure 49.1. It can be seen that each foot behaves as if it were an outer
rim of a circle whose radius is about one-third of the total leg length. The final
phase is where work is done. Force comes from a complex application of many
muscles; two (vastus lateralis, tibialis anterior) work to straighten the leg and
push the weight forward. Other (antagonist) muscles are used to bend the leg
and balance during different phases of locomotion.
Modes of Movement
We can identify three different kinds of movement: creeping, walking, and run-
ning. Each has a different motion and a different purpose. Creeping is generally
a predator’s behaviour and works to minimise the pressure changes on the
ground in order to reduce sound. Running maximises locomotive acceleration,
whereas walking is a compromise behaviour that maximises locomotion while
minimising energy expenditure. The body moves in a pendulum motion during
these activities, so the weight moves up and down around the centre of gravity
while the spine also twists the body at the hips. In this way energy can be
converted to gravitational potential and stored to effect efficiency. In terms of
sound, these factors cause different patterns of GRF pressure, which we will
examine now.