Designing Sound

Force, Distance, and Acceleration
Unless the forces acting on a mass are balanced, a change occurs. A mechani-
cal force produces movement and does work,
W
=
F
×
d
, for a distance
d
. We
measure distance in meters, written as m, but two other concepts are very
important: the rate of change of distance called
velocity
(or more commonly
speed
), and the rate of change of velocity, called
acceleration
. Velocity is given
the symbol
v
and measured in meters per second, written m
/
s. Acceleration is
measured in meters per second per second, written ms
−
2
, and we give it the
symbol
a
.
Newton’s laws of motion are important because they ultimately explain how
the air moves to make sound. The most important of these is the second law,
stating that force equals mass times acceleration,
F
=
ma
. Shortly we will see
how this gives rise to oscillations, a form of motion called
simple harmonic
motion
which underpins many sounds. One Newton of force will accelerate 1kg
at 1ms
−
2
. Other kinds of forces are gravity (because it accelerates objects that
have mass), magnetism, and electricity (because they too can accelerate objects
and cause them to move). If you understand these basic concepts you have the
physics foundations for everything else to do with sound.

---

12
Physical Sound
Displacement, Movement, and Freedom
Tiny disturbances in the positions of molecules are responsible for sound. A
rest point
or
equilibrium position
is where a piece of matter is undisturbed by
any vibrations. It’s what we measure displacement relative to. The number of
directions in which something can move determines its
degree of freedom
. Most
real things have three degrees of translational movement (colloquially, up and
down, left and right, forwards and backwards), and three degrees of rotational
movement (pitch, roll, and yaw), but for many sound models we like to simplify
things and imagine, for instance, that points on a string have only one degree of
freedom. Displacement is a distance, so it’s measured in meters, (m). However,
more strictly it is a vector since the direction of displacement is important.