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tercer periodo

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* El sonido

– propagación del sonido

La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las características del medio en el que se transmite dicha propagación; presión, temperatura, humedad, entre otros. y una de las características de la onda o de la fuerza que la genera.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases:

  • La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20º) es de 340 m/s. Existe una ecuación generada por Newton y posteriormente modificada por Llapase que nos permite obtener la velocidad del sonido en el aire teniendo en cuenta la variable de la temperatura..
  • En el agua(a 35 °C) es de 1.493 m/s (a 20 °C) es de 1498 m/s.
  • En la madera es de 3.700 m/s.
  • En el hormigón es de 4.000 m/s.
  • En el acero es de 5.100 m/s.
  • En el aluminio es de 3.400 m/s
  • Como ya mencionáramos, un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y así sucesivamente. Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga a través del medio.
  • Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión de energía pero no un traslado de materia. No son las moléculas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el medio.
  • El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora. Ver Figura 01.
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 La distancia entre las barras representa las zonas de mayor o menor presión sonora

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  • Si el cuerpo que genera la oscilación realiza un movimiento armónico simple, las variaciones de la presión en al aire pueden representarse por medio de una onda sinusoidal. Por el contrario, si el cuerpo realiza un movimiento complejo, las variaciones de presión sonora deberán representarse por medio de una forma de onda igual a la resultante de la proyección en el tiempo del movimiento del cuerpo.

 

– características ondulatorias del sonido

Cuando una onda alcanza la superficie de separación de dos medios de distinta naturaleza se producen, en general, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de refracción.

En las ondas mono dimensionales como las producidas por la compresión de un muelle, la reflexión lleva consigo una inversión del sentido del movimiento ondulatorio. En las ondas vi o tridimensionales la inversión total se produce únicamente cuando la incidencia es normal, es decir, cuando la dirección, en la que avanza la perturbación es perpendicular a la superficie reflectante. Si la incidencia es oblicua se produce una especie de rebote, de modo que el movimiento ondulatorio reflejado cambia de dirección, pero conservando el valor del ángulo que forma con la superficie límite.

En el caso de las ondas sonoras, la reflexión en una pared explica el fenómeno del eco. Si la distancia a la pared es suficiente, es posible oír la propia voz reflejada porque el tiempo que emplea el sonido en ir y volver permite separar la percepción de la onda incidente de la reflejada. El oído humano sólo es capaz de percibir dos sonidos como separados si distan uno respecto del otro más de 0,1 segundos, de ahí que para que pueda percibiese el eco la superficie reflectaba debe estar separada del observador 17 metros por lo menos, cantidad que corresponde a la mitad de la distancia que recorre el sonido en el aire en ese intervalo de tiempo (17 m = 340 m/s • 0,1 s/2).
En los espacios cerrados, como las salas, el sonido una vez generado se refleja sucesivas veces en las paredes, dando lugar a una prolongación por algunos instantes del sonido original. Este fenómeno se denomina reverberación y empeora las condiciones acústicas de una sala, puesto que hace que los sonidos anteriores se entremezclen con los posteriores. Su eliminación se logra recubriendo las paredes de materiales, como corcho o moqueta, que absorben las ondas sonoras e impiden la reflexión.

El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada se desvía un cierto ángulo respecto del incidente.
La refracción se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagación de las ondas en ellos, cambian de un punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme. En un día soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre están más calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia de la refracción, se desvía hacia arriba. En esta situación la comunicación entre dos personas suficientemente separadas se vería dificultada. El fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfría más rápidamente que el aire.

La difracción
Las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos interpuestos en su camino. Esta propiedad característica del comportamiento ondulatorio puede ser explicada como consecuencia del principio de Huyen ydelfenómenointerferencias.
Así, cuando una fuente de ondas alcanza una placa con un orificio o rendija central, cada punto de la porción del frente de ondas limitado por la rendija se convierte en foco emisor de ondas secundarias todas de idéntica frecuencia. Los focos secundarios que corresponden a los extremos de la abertura generan ondas que son las responsables de que el haz se abra tras la rendija y bordee sus esquinas. En los puntos intermedios se producen superposiciones de las ondas secundarias que dan lugar a zonas de intensidad máxima y de intensidad mínima típicas de los fenómenos de interferencias.  
Ambos fenómenos que caracterizan la difracción de las ondas dependen de la relación existente entre el tamaño de la rendija o del obstáculo y la longitud de onda. Así, una rendija cuya anchura sea del orden de la longitud de la onda considerada, será completamente bordeada por la onda incidente y, además, el patrón de interferencias se reducirá a una zona de máxima amplitud idéntica a un foco. Es como si mediante este procedimiento se hubiera seleccionado uno de los focos secundarios descritos por Huygens en el principio que lleva su nombre.

El oído es capaz de distinguir unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las tres cualidades que caracterizan todo sonido y que son la intensidad, el tono y el timbre. Aun cuando todas ellas se refieren al sonido fisiológico, están relacionadas con diferentes propiedades de las ondas sonoras.

-Cualidades del sonido

Intensidad

La intensidad del sonido percibido, o propiedad que hace que éste se capte como fuerte o como débil, está relacionada con la intensidad de la onda sonora correspondiente, también llamada intensidad acústica. La intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.
Se define como la energía que atraviesa por segundo una superficie unidad dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación. Equivale a una potencia por unidad de superficie y se expresa en W/m2. La intensidad de una onda sonora es proporcional al cuadrado de su frecuencia y al cuadrado de su amplitud y disminuye con la distancia al foco.
La magnitud de la sensación sonora depende de la intensidad acústica, pero también depende de la sensibilidad del oído. El intervalo de intensidades acústicas que va desde el umbral de audibilidad, o valor mínimo perceptible, hasta el umbral del dolor es muy amplio, estando ambos valores límite en una relación del orden de 1014
Debido a la extensión de este intervalo de audibilidad, para expresar intensidades sonoras se emplea una escala cuyas divisiones son potencias de diez y cuya unidad de medida es el decibelio (dB). Ello significa que una intensidad acústica de 10 decibelios corresponde a una energía diez veces mayor que una intensidad de cero decibelios; una intensidad de 20 dB representa una energía 100 veces mayor que la que corresponde a 0 decibelios y así sucesivamente.
Otro de los factores de los que depende la intensidad del sonido percibido es la frecuencia. Ello significa que para una frecuencia dada un aumento de intensidad acústica da lugar a un aumento del nivel de sensación sonora, pero intensidades acústicas iguales a diferentes frecuencias pueden dar lugar a sensaciones distintas.

Tono
El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud física que está asociada al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas. Así el sonido más grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4 Hz y el más agudo a 698,5 hertzs.
Junto con la frecuencia, en la percepción sonora del tono intervienen otros factores de carácter psicológico. Así sucede por lo general que al elevar la intensidad se eleva el tono percibido para frecuencias altas y se baja para las frecuencias bajas. Entre frecuencias comprendidas entre 1 000 y 3 000 Hz el tono es relativamente independiente de la intensidad.

Timbre

El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad. Debido a esta misma cualidad es posible reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada individuo. El timbre está relacionado con la complejidad de las ondas sonoras que llegan al oído. Pocas veces las ondas sonoras corresponden a sonidos puros, sólo los diapasones generan este tipo de sonidos, que son debidos a una sola frecuencia y representados por una onda armónica. Los instrumentos musicales, por el contrario, dan lugar a un sonido más rico que resulta de vibraciones complejas. Cada vibración compleja puede considerarse compuesta por una serie de vibraciones armónico simples de una frecuencia y de una amplitud determinadas, cada una de las cuales, si se considerara separadamente, daría lugar a un sonido puro. Esta mezcla de tonos parciales es característica de cada instrumento y define su timbre. Debido a la analogía existente entre el mundo de la luz y el del sonido, al timbre se le denomina también color del tono.

-Cuerdas sonoras

Cuerdas de piano.

Una cuerda es el elemento vibratorio que origina el sonido en los instrumentos musicales de cuerda, tales como la guitarra, el arpa, el piano, el contrabajo o miembros de la familia de los violines, descendientes lejanos de las antiguas vihuelas.

Las cuerdas son segmentos formados por un material flexible que permanecen en tensión de modo que puedan vibrar libremente, sin entorpecimiento que provocase una distorsión de la onda acústica.

Las cuerdas pueden ser lisas, que constan de un material único como acero, nailon, oro o tripas de animales; o bien pueden poseer un interior de seda, o nailon y entorchadas con hilos de acero, cobre, plata u oro en el caso de las notas más agudas del violín. Este entorchado tiene la misión de añadir cierto peso y homogeneidad en la vibración de modo que la cuerda alcance la altura sonora deseada, mientras la mantiene lo suficientemente delgada y flexible para tocar.

Construcción de una cuerda

Dependiendo de la construcción del instrumento en donde se usen, las cuerdas usualmente tendrán una bola o bucle en uno de los extremos cuya misión es la sujeción segura de la cuerda al instrumento. Las cuerdas de algunos instrumentos pueden ir envueltas en seda para proteger la cuerda y evitar su rotura puesto que, usualmente, van apoyadas en segmentos de madera. El color y el patrón de dicha seda pueden ser utilizados a modo de identificación del tipo de cuerda, de su altura e incluso de los materiales de los cuales está fabricada.

Las cuerdas entorchadas consisten de un centro con un cable o alambre enrollado sumamente apretado alrededor de él y en espiral, de modo que nunca una fracción de cable superponga a otra, por los mismos motivos mencionados antes: una fácil y suave ejecución del sonido.

Medidas

El tono de una cuerda depende de su peso y por tanto de su diámetro y su densidad, es decir, sus medidas. Tradicionalmente el diámetro viene medido en milésimas de pulgada, esto es, en milésimas de milímetro pues el sistema métrico también es muy utilizado, ante todo en Europa. A mayor tamaño de la cuerda, mayor es su peso. Y a mayor peso, se necesitará una mayor energía para moverlas y por ello oscilarán más lentamente. Cuanto más largas y más pesadas, un sonido más grave producirán. Las cuerdas más pesadas además, requieren una tensión mayor para la misma altura del sonido, o sea, para el mismo tono y son, consecuentemente, más difíciles de presionar con los dedos a la hora de tocar. Si a un instrumento de trastes se le cambian las cuerdas y se le colocan diferentes medidas de cuerda, podría ser necesario ajustar la altura de las cuerdas sobre los trastes, lo que se llama “acción”, con el fin de hacer más simple de tocar o evitar que las cuerdas produzcan zumbidos contra los trastes. La “acción” de modificar las alturas de las cuerdas en los instrumentos sin trastes, puede ser también ajustada para acomodar la medida de la cuerda como así también el estilo interpretativo deseado.

Las cuerdas de acero para las guitarras convencionales usualmente vienen en conjuntos de cuerdas ya ajustadas. Los conjuntos de cuerdas vienen generalmente referenciados bien por las medidas de la primera cuerda del instrumento al que se le vayan a colocar, bien por el par de cuerdas primera y última. Algunos fabricantes pueden diferir de otros ligeramente en las medidas. Los ejemplos de datos de debajo proceden de las cartas de cuerdas de D’Addario para cuerdas regulares, entorchadas y con aleación de níquel y plata.

-Cuerdas armónicas en onda

La onda sinusoidal o armónica se propaga cumpliendo con la ecuación: y=A.sen (kx-wt+f), donde A es la amplitud de la onda, w corresponde a la velocidad angular (w=2pi.f ) y k se denomina número de onda (k=2pi/longitud de onda). La velocidad angular indica que el fenómeno se repite en el tiempo y k representa la repetición espacial de la propagación. La magnitud f es la fase inicial e indica que el fenómeno ondulatorio ya se propagaba antes del momento de haber empezado la medición de los tiempos que corresponde a una frecuencia de 440 Hz; suponiendo que la longitud de la cuerda es de 90 cm, y la densidad lineal de masa de 10-3 kg/m, y la tensión es de 627 N, aproximadamente. Si se disminuye la tensión la frecuencia de la vibración generada será menor a 440 Hz, mientras que si se incrementa la tensión la frecuencia será mayor. Por otra parte, la primera cuerda tiene una densidad lineal de masa mayor, por lo que si es sometida a la misma tensión que la segunda, la frecuencia de la vibración generada resulta menor a 440 Hz; mientras que las cuerdas tercera a sexta tienen menores densidades lineales de masa que la segunda, por lo que las frecuencias de las vibraciones generadas son mayores, si son sometidas a la misma tensión

Como punto de partida consideremos una cuerda en su estado estable, sometida a una tensión T, y con una densidad lineal de masa m (masa por unidad de longitud) constante.
Las características de la velocidad de propagación de las ondas transversales en la cuerda se resume en la ecuación= (T/m)1/2
Es decir, al incrementar la tensión las ondas en la cuerda viajan más rápidamente; lo mismo ocurre si se disminuye la densidad de masa (cuerda “más delgada”). Por ejemplo, la segunda cuerda de una guitarra se afina a la nota La

-tubos sonoros

En este artículo voy describir como funcionan los tubos sonoros desde el punto de vista acústico, es decir, como se comportan sus columnas de aire dentro del mismo. Expondré la distintas clasificaciones dependiendo de unas características u otras y conoceremos como se obtiene las escalas sobre los diferentes instrumentos.

Tubos sonoros

Se llaman tubos sonoros aquellos que contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada. El cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene; en efecto, éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de esto, influye relativamente poco sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y tubos abiertos, que poseen dos o más.

Vibración de la columna de aire contenida en un tubo

Las columnas de aire contenidas en los tubos sonoros se comportan, desde ciertos puntos de vista, como cuerdas musicales, por lo tanto las columnas de aire vibrantes poseen nodos, o sea puntos donde la vibración es nula, y vientres, equidistantes de los anteriores, donde la vibración alcanza su máxima amplitud.

La vibración de las columnas de aire es longitudinal; los nodos serán por tanto, puntos de condensación y los vientres puntos de dilatación o rarefacción; en los extremos cerrados siempre se producen nodos y en los extremos abiertos generalmente se producen vientres. El punto de excitación no puede ser un nodo, pero no necesita ser un vientre, pudiendo estar en un punto intermedio. No es necesario que las aberturas de un tubo coincidan con los extremos, pudiendo éstos estar cerrados y haber una o más aberturas en otras partes del tubo (la gaita).

Una columna de aire puede vibrar con toda su longitud o dividida en segmentos iguales lo mismo que las cuerdas; en el primer caso se obtiene el sonido llamado fundamental, y en los otros los armónicos: segundo, si la columna vibra dividida en mitades; tercero, si vibra en tercios, etc.

Tomando como punto de partida el que en los extremos de un tubo abierto, sólo pueden haber vientres de vibración, el tubo producirá su fundamental cuando vibre con un nodo único en su centro. Cuando el tubo produce su segundo armónico, producirá dos nodos y tres vientres; cuando produce su tercer amónico, producirá tres nodos y 4 vientres, y así sucesivamente.

En los Tubos Cerrados, la onda se forma con un nodo en el extremo cerrado y un vientre en el extremo abierto.

A igualdad de longitud de tubo, el tubo abierto produce un sonido de frecuencia doble que el cerrado. Los tubos abiertos emiten la serie completa de armónicos correspondientes a su longitud, mientras que los cerrados, emiten sólo los armónicos de orden impar. Como tubo cerrado está la Flauta Travesera y como tubos abiertos todos los demás: Clarinetes*, Oboes, Fagotes, Saxofones, Trompetas, Trompas, etc.

Comentarios en: "tercer periodo" (1)

  1. el marco teòrico debe estar acompañado de imàgenes y videos que faciliten su revisiòn.

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