Flute acoustics: measurement, modelling and design - School of ...

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Contents
Dedication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi
CHAPTERS
I Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction to flute acoustics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 The flute maker, the curator and the software engineer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 ‘FluteCAD’: taking the guesswork out of flute design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 How flutes work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Acoustic impedance: predicting the playing qualities of a flute . . . . . . . . . . . . . . 6
1.6 Tuning, tradition and the ‘standard flutist’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.7 Software implementation: goals and limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.8 Guide to the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
II Theory and literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 Flutes and flute making . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Acoustics of woodwind instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 Computer models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
III Measuring acoustic impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Review of measurement techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Theory of acoustic impedance measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4 Calibration of impedance heads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.5 Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.6 Optimisation of the output signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.7 Materials and methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.8 Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
IV Finger hole impedance spectra and length corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Materials and methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57