Acústica musical

Nociones básicas sobre acústica musical

Acústica musical

“Parte de la Ciencia Física dedicada al estudio del sonido […] como fenómeno físico en el más amplio sentido” (Calvo-Manzano, 1991). Existen diversas ramas de la acústica. A nosotros nos interesa la acústica musical. La acústica física trata del sonido fuera del oído.

¿Qué es el sonido y cómo se produce?

Ver vídeo sobre qué es el sonido en Ipad

Todo agente físico que impresiona al sentido del oído. «La sensación experimentada cuando llegan al oído ondas producidas por determinados movimientos vibratorios» (Calvo-Manzano, 1991). Necesita de:

  1. Productor: un cuerpo material sólido, líquido o gaseoso realiza un movimiento vibratorio debido a una fuerza que lo saca de su estado de reposo
  2. Transmisor: sólido, líquido o gaseoso
  3. Receptor: no existe sin la presencia de un receptor
      • La vibración pasa del oído medio al interno a través de la cadena de huesecillos
      • Ésta impresiona al nervio acústico
      • Se transforma en impulsos eléctricos
      • Éstos son conducidos al cerebro
      • Se produce la sensación sonora

    En el siguiente vídeo puedes ver cómo funciona el oído:

    https://www.youtube.com/watch?v=L4F4zaRqQdk&feature=youtu.be

Ver vídeo sobre cómo funciona el oído en Ipad

Movimiento periódico

Un cuerpo que pasa por los mismos puntos a intervalos iguales en la misma dirección y sentido: astros, planetas, satélites…

Movimiento oscilatorio

Movimiento periódico rectilíneo o curvilíneo que se recorre alternativamente en un sentido y en el contrario

  1. Movimiento oscilatorio rectilíneo: una bola colgada de un resorte (sin rozamiento)
  2. Movimiento oscilatorio curvilíneo: un péndulo (sin rozamiento)
  3. Vibración: caso particular de movimiento oscilatorio en el que las oscilaciones son muy pequeñas

Movimiento vibratorio armónico simple

Caso particular de movimiento oscilatorio rectilíneo. Movimiento oscilatorio rectilíneo de oscilaciones muy pequeñas (vibraciones). Es armónico porque los desplazamientos del cuerpo son directamente proporcionales a las fuerzas que lo provocan. Es simple porque el cuerpo realiza una única trayectoria. Es el movimiento que deben realizar todos los cuerpos y fuentes sonoras. Dos tipos:

  1. Vibración transversal: la que se produce en las cuerdas sonoras debido a que sus partículas vibran perpendicularmente a las cuerdas
  2. Vibración longitudinal: la que se produce en los tubos sonoros debido a que sus partículas vibran en direcciones paralelas al tubo

(En 2:17 explica el m.a.s. de un diapasón)

Ver vídeo sobre M.A.S. en Ipad

Tipos de movimiento vibratorio

  1. Movimiento vibratorio simple: cuando el cuerpo vibra siguiendo una única trayectoria
  2. Movimiento vibratorio complejo o compuesto: cuando el cuerpo vibra siguiendo varias trayectorias. Casi todos los sonidos son producidos por movimientos vibratorios complejos

Interferencias

En la práctica casi nunca se presenta una onda aislada, así, cuando dos o más trenes de ondas pasan por una región determinada se produce un hecho conocido como principio de superposición, que puede dar lugar a las diferentes situaciones:

  1.  Con ondas de igual frecuencia:
    • Igualdad de fase: se intensifican. La amplitud de la onda resultante es igual a la suma de las amplitudes de partida
    • Fases opuestas: se debilitan
    • Ondas estacionarias: dos ondas superpuestas de igual frecuencia y amplitud que se desplazan con la misma dirección pero en sentido contrario debido a la reflexión. Se llaman así porque, a diferencia de las ondas progresivas, no cambian de posición. Tienen:
      1. Nodos vibratorios (N): estados de reposo
      2. Vientres vibratorios (V): en los que las partículas tienen velocidad y amplitud de oscilación máximas

      Ver vídeo sobre ondas estacionarias en Ipad

      Pincha aquí para ver otro vídeo sobre ondas estacionarias en el agua

  2. Con ondas de frecuencia casi igual:
    • Se originan pulsaciones. La amplitud de la onda resultante fluctúa como vibrato. Se escucha una intensificación y atenuación de la intensidad sonora.
      • Iannis Xenakis (1922-2001): en varias de sus obras, este originalísimo compositor griego utiliza el fenómeno de las pulsaciones. En su obra Nuits de 1968 para doce voces puedes escuchar un ejemplo entre 4:38 y 5:31. Pincha aquí para acceder a ella. Otro ejemplo lo tenemos en Eonta (1964) para metales y piano. Pincha aquí para escucharla con partitura. El fragmento en que usa pulsaciones se encuentra entre 9:08 y 10:03
  3. Con ondas de frecuencias diferentes:
    • Cuando se superponen ondas de diferente frecuencia y amplitud, se originan complejas formas ondulatorias, que pueden analizarse según el Teorema de Fourier

Movimiento vibratorio complejo, Teorema de Fourier

Un movimiento vibratorio cualquiera, de período T y frecuencia f, es siempre expresable como una suma de movimientos armónicos simples cuyos períodos son T, T/2, T/3, T/4 y frecuencias f, 2f, 3f, 4f, etc., es decir son susceptibles de expresarse en proporciones de números enteros.

Magnitudes del movimiento periódico

  1. Magnitudes de tiempo:
    • Período (T): Es el tiempo transcurrido entre dos pasadas consecutivas de un movimiento periódico por el mismo punto en el mismo sentido. Se mide en segundos. Período es el tiempo de un ciclo
    • Frecuencia (f): Número de veces que en la unidad de tiempo el cuerpo que realiza un movimiento periódico pasa por una misma posición en el mismo sentido. Ciclos por segundo (hercios, hz)
    • Diferencia de fase: tiempo que transcurre desde el instante en que las elongaciones de cada uno de ellos alcanzan el valor cero, hasta que las elongaciones del otro alcanzan el mismo valor en sentido indéntico
    • Longitud de onda: la distancia que recorre la onda en el tiempo de un período. Puede variar mucho. Así, un sonido de 16 Hz tiene una longitud de onda de 21,25 m, y uno de 20.000 Hz, de 1,70 cm
  2. Magnitudes de espacio:
        • Ciclo (c): recorrido realizado por el cuerpo desde una posición cualquiera de su trayectoria hasta volver a ella en el mismo sentido
        • Elongación (x): distancia en un instante dado entre el cuerpo y su posición de reposo
        • Amplitud (A): distancia entre el punto de equilibrio y cada uno de los puntos extremos. Es la elongación máxima
    Representación gráfica de un movimiento periódico con las magnitudes del sonido.

    Representación gráfica de un movimiento periódico con las magnitudes del sonido. NOTA: los ejemplos gráficos mostrados en el blog son siempre idealizaciones de fenómenos que en la naturaleza son mucho más complejos.

     Ver vídeo sobre amplitud y frecuencia en Ipad

Movimiento vibratorio amortiguado

Es el movimiento vibratorio real de los cuerpos. El roce y la resistencia del medio en el cual se realiza el movimiento hace que dichas características vaya variando con el tiempo. La amplitud del movimiento vibratorio amortiguado es la de la primera vibración. Disminuye con un decrecimiento logarítmico. El período se conserva constante.

Timbre

  1. Nos permite distinguir dos sonidos idénticos en altura, duración e intensidad
  2. Depende de la complejidad de la onda
  3. Viene determinada por los armónicos en cuanto a:
    • Magnitud: ciclo, amplitud, período y frecuencia
    • Cantidad
    • Distribución
    • Relación entre los parciales un sonido dado

    https://www.youtube.com/watch?v=nlv5bylQDsE&feature=youtu.be

Ver vídeo sobre timbre en Ipad

Serie armónica

  1. A más lejos del fundamental, cada vez más débiles y cortos
  2. De ella derivan los sistemas musicales inventados por el hombre
  3. Un sonido es una amalgama de muchos sonidos
  4. Uno sonido sin armónicos sólo se produce en un laboratorio
  5. Otros movimientos secundarios no se ajustan a la serie
Fragmento de la serie armónica hasta el parcial número 20. Los números que están sobre las notas indican los cents de diferencia (un cent es el resultado de dividir un semitono temperado en 100 partes) de los sonidos puros de la serie en relación con los sonidos de sistema temperado.

Fragmento de la serie armónica hasta el parcial número 20. Los números que están sobre las notas indican los cents de diferencia (un cent es el resultado de dividir un semitono temperado en 100 partes) de los sonidos puros de la serie en relación con los sonidos de sistema temperado.

  • Armónico: «Cada una de las componentes de un proceso periódico cuya frecuencia es múltiplo de la frecuencia fundamental y que se produce simultáneamente con ésta» (Calvo-Manzano, 1991).
  • Pincha aquí para acceder a la entrada Microtonalismo en el siglo XX en donde se habla del empleo de la serie armónica y de intervalos puros, entre otras cuestiones.

Tono, sonido y ruido

  1. Tono: una vibración sinusoidal aislada
  2. Sonido: suma de tonos sinusoidales
  3. Ruido: vibraciones aperiódicas y sucesión de tonos parciales inarmónica y de gran densidad. La altura de los sonidos sólo puede determinarse de manera indeterminada

Epílogo: impresionante experimento

Ve este vídeo para descubrir qué sucede al emitir determinadas ondas sonoras en un canal de agua. Te quedarás asombrado

Ver vídeo de experimento con agua y sonido en Ipad

Pincha aquí para ver otro sorprendente experimento en el que un fluido es puesto en vibración

Bibliografía y videografía

Bibliografía

Calvo-Manzano, Antonio. Acústica físico-musical. Madrid: Real Musical, 1999.

Michels, Ulrich [ed.]. Atlas de música 1. Madrid: Alianza editorial, 1996. [Pincha aquí y aquí para descargarte las páginas de ilustraciones dedicadas a acústica del Atlas]

Para profundizar puedes consultar este blog en inglés muy completo sobre acústica. Aborda cuestiones que no hemos visto en clase y conceptos de cierta complejidad:

http://newt.phys.unsw.edu.au/jw/basics.html

Videografía

Para repasar lo visto en la unidad ve este aclaratorio y sencillo vídeo en español. Pincha aquí

Para repasar lo visto en la unidad puedes ver este interesante vídeo en inglés del año 1933. Pincha aquí

Para profundizar más en cuestiones de acústica puedes ver los primeros nueve minutos de este vídeo en inglés ligeramente técnico. Pincha aquí

También para ampliar lo visto en la unidad y aprender qué son absorción, reverberación y eco pincha aquí

Como curiosidad, en el siguiente vídeo podrás un pequeño documental sobre una singular máquina inventada hacia 1840 para reproducir el movimiento de ondas sonoras

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