Sonido Y Color

INTRODUCCIÓN

En el transcurso de nuestra vida muchas cosas que nos ocurren no nos llaman mucho la atención porque forman parte de nuestro día a día y cotidianidad.

Nunca nos preguntamos ¿Por qué podemos ver las cosas de diferentes colores? o ¿Por qué podemos escuchar los distintos sonidos?.

En estas páginas trataremos de dar respuesta a esas interrogantes de manera sencilla y clara.

Explicaremos que es el sonido, y como se produce en los instrumentos musicales, a que se debe que cada instrumento suene en forma diferente y cuales son los modos de oscilación de los instrumentos de cuerda, aire, membranas, placas y barras.

Daremos a conocer como nuestros ojos pueden ver los objetos de diferentes colores y como al estar viendo un color estamos experimentando un proceso físico.

EL SONIDO

Componentes físicas del sonido: żCómo es el sonido?

El sonido está formado por ondas que se propagan a través de un medio que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Las partículas materiales que transmiten tales ondas oscilan en la dirección de la propagación de las mismas ondas.

Si sujetamos una soga desde un extremo atada al otro y hacemos movimientos contínuos hacia arriba y abajo lograremos hacer ondas.

Una forma de generar una onda también puede ser con botellas de plástico puestas una al lado de otra y tumbar una. Veremos como se tumban unas tras otra generando una onda. También se puede experimentar con las fichas de un dominó.

Las ondas a las que llamamos sonoras son las que pueden estimular al oído y al cerebro humano dentro de ciertos límites que son aproximadamente de 20 ciclos por segundo a cerca de 20.000 ciclos por segundo. Estos son los límites audibles, las ondas de sonido inferiores al límite audible se llaman infrasónicas y las que superan el límite superior se llaman ultrasónicas.

Los perros son sensibles a frecuencias de hasta 30.000 ciclos por segundos y los murciélagos a frecuencias de hasta 100.000, es decir que estos animales escuchan sonidos ultrasónicos.

Medio de propagación del sonido: żCómo llega el sonido hasta nuestros oídos?

Cuando arrojamos una piedra al agua la misma genera una serie de ondulaciones en la superficie que se dispersan y propagan hacia todas direcciones. Esto sucede porque las partículas del agua oscilan y transmiten su movimiento a las partículas contiguas sucesivamente en todo el volúmen de agua. Luego de cierta longitud desde el impacto las ondulaciones se atenúan hasta desaparecer.

El sonido llega a nuestros oídos gracias a que las partículas que componen el aire vibran y transmiten su oscilación.

El sonido en el espacio: żHay sonido en el espacio?

Como el sonido necesita un medio transmisor compuesto de partículas que se empujan unas tras otras podemos deducir que en el espacio interestelar no puede existir sonido ya que no se compone de ningún elemento material que pueda propagar ondas. En el espacio hay vacío y sólo se pueden propagar las ondas de luz y de radio. Los astronautas deben comunicarse a través de radiotransmisores porque no podrían escucharse estando muy cerca ni aún gritando fuertemente.

La velocidad del sonido. żCuánto tarda mi voz para llegar a la otra esquina?

Según el medio donde se transmita el sonido será más lento o más rápido.

El sonido viaja en el aire a 331,3 metros por segundo y en el agua a 1.450 metros por segundo. La transmisión del sonido es más rapida en el agua porque sus partículas están mas juntas y propagan antes la vibración.

Si gritamos desde una esquina el sonido tardará hasta llegar a la otra

EL SONIDO EN LOS INSTRUMENTOS MUSICALES

Podemos definir un instrumento como cualquier objeto que es utilizado para algún fin por el ser humano. La clave de esta definición radica en que la propiedad del instrumento no es una característica propia del objeto sino que es brindada por el ser humano al conferirle un uso funcional. (En rigor, podríamos extender esta definición a cualquier especie animal.)

Si la música es el arte de organizar sonido (con el fin de expresar algo), podemos concluir que un instrumento musical es cualquier objeto que sea utilizado por el ser humano para producir sonidos en el marco de una creación musical. Es decir, potencialmente cualquier objeto es un instrumento musical.

Un instrumento musical es un sistema para producir uno o más tonos placenteros. Los instrumentos musicales son utilizados por los músicos para trasladar la notación simbólica de una composición musical a los correspondientes sonidos. Un instrumento musical consiste en la combinación de uno o más sistemas resonantes capaces de producir uno o más tonos y medios para excitar estos sistemas que están bajo el control del músico. Podemos considerar los distintos tipos de instrumentos musicales: de cuerda, de viento, de percusión y eléctricos.

Estudiar la física de los instrumentos musicales equivaldría entonces al estudio de las propiedades acústicas de todos los objetos, lo que no es una ayuda en la delimitación del objeto de estudio. En consecuencia, trataremos de estudiar las propiedades físicas (acústicas) de algunos objetos que han sido construidos (o utilizados) más frecuentemente como instrumentos musicales.

1. Sistema

Un instrumento musical es un sistema. Un sistema está compuesto por una estructura (las partes que lo integran) y un principio de organización, que es lo que brinda identidad al sistema.

En el caso de los instrumentos musicales el sistema está compuesto al menos por un oscilador. Muchos instrumentos musicales disponen también de un resonador. En este caso, puede ser interesante estudiar la forma en que están acoplados oscilador y resonador. Finalmente es importante identificar la fuerza que excita el oscilador y, particularmente, la forma en que se lo excita.

Por ejemplo, en un instrumento de cuerdas, la cuerda es el oscilador. La caja de resonancia es el resonador. Mientras que la forma en que se aplica la fuerza depende del instrumento: el dedo (o plectro) en la guitarra, un martillo en el piano, un arco en el violín, el viento en el caso del arpa eólica.

SI lo importante de un instrumento musical es que puede producir un sonido entonces el estudio desde el punto de vista acústico de un instrumento musical debe centrarse en la forma en que se produce dicho sonido. Y más ampliamente en la influencia (incidencia) de cada una de las componentes del sistema (oscilador, eventual resonador y forma de excitación) sobre los parámetros del sonido, estos son: frecuencia fundamental (en caso de haberla - en general nos interesará saber cuál es la serie de parciales que se produce y a partir de qué parámetros de genera cada una de las frecuencias que la componen), intensidad, duración, timbre, (forma de onda).

No podemos esperar que haya una única correspondencia entre una parte del sistema y uno de los parámetros del sonido. En general vamos a determinar que las distintas componentes del sistema "instrumento musical" van a estar ejerciendo influencia sobre más de uno de los parámetros del sonido.

En la medida en que el músico intérprete tiene por función la producción de sonidos con su instrumentos musical, es importante la reflexión acerca del funcionamiento de su instrumento a efectos de conocer cómo controlar los distintos parámetros del sonido que producirá en el transcurso de una interpretación.

2. Principios

Si bien por nuestra definición cualquier objeto es potencialmente un instrumento musical y como tal debería ser estudiado si, en determinadas circunstancias, es utilizado como instrumento musical en el contexto de una composición musical, vamos ahora a concentrarnos en el estudio de ciertos principios de funcionamiento acústico en los que se basa un conjunto importante de los instrumentos musicales más usados dentro de nuestra cultura.

Este estudio, más su aplicación final a un caso concreto, pretende dar pistas sobre un método posible para el estudio de los instrumentos musicales desde un punto de vista acústico.

3. Osciladores

En primer lugar debemos estudiar los modos de oscilación de:

• cuerdas

• columnas de aire

• lengüetas

• membranas y placas

• barras

3.1 Cuerdas

La cuerda es un objeto cuyo largo es mucho mayor que su ancho (de manera que podemos considerarlo casi como unidimensional). La cuerda fija en dos extremos genera series de parciales armónicas. La onda más usada desde el punto de vista musical es la transversal.

La frecuencia (fundamental) que produce una onda es directamente proporcional a la tensión a la que está sometida e inversamente proporcional al largo y a la densidad lineal de la misma. El timbre (forma de onda resultante) dependerá fundamentalmente del material de construcción, del modo según el cual se excite al oscilador, del punto sobre el cual se excite la cuerda, y de las características del objeto con el cual se la ponga en oscilación.

Hacer vibrar una cuerda es una de las formas más antiguas de producir un tono musical. El área proyectada por una cuerda es bastante pequeña y por ello una cuerda vibrante no produce un movimiento apreciable del aire que la rodea. Por esta razón, es costumbre acoplar a la cuerda una caja de resonancia (resonancia amplia),

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