FUENTE DE SONIDOS MUSICALES

DEFINICION: en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo. La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.

INTRUMENTOS DE VIENTO

Los instrumentos de viento generan un sonido cuando se hace vibrar una columna de aire dentro de ellos. La frecuencia de la onda generada está relacionada con la longitud de la columna de aire y la forma del instrumento, mientras que la calidad del tono del sonido generado se ve afectada por la construcción del instrumento y el método de producción del tono. Tambien viento hacen uso o aprovechan las resonancias que producen las ondas sonoras en cavidades (ej: tubos). Estos instrumentos “suenan” debido a que se producen ondas estacionarias dentro de ellos, forzadas por el soplido que se ejecuta. Estas ondas son análogas a, por ejemplo, las que se producen en una cuerda con un extremo forzado, con la diferencia de que en esta última las ondas son transversales. Las diferentes notas musicales se consiguen cambiando la configuración de la cavidad resonante (por ejemplo, en las flautas se tapan diferentes orificios con los dedos). Finalmente, hay que destacar que la resonancia es forzada por un elemento vibrante controlado por la boca del ejecutor (en un saxofón el elemento vibrante es la caña o lengüeta, que no vibraría si no fuera por la fuerza que ejerce el músico sobre ella; en otros instrumentos de viento, como la trompeta, el trombón y la tuba, el elemento vibrante es el labio del propio ejecutor).

NOTAS DE SOPLADO

Al hablar de musica, todo sonido es una nota,incluso hasta la voz, Puedes haber escuchado antes que las notas musicales son siete, pero en realidad es más apropiado decir que son doce. Aquí tienes la lista de las notas que estoy seguro conoces...

Do – Re – Mi – Fa – Sol – La – Si

Y aquí tienes las otras cinco, llamadas conforme a ellas...

Do sostenido – Re sostenido – Fa sostenido – Sol sostenido – La sostenido

También conocidas como...

Re bemol – Mi bemol – Sol bemol – La bemol – Si bemol

Juntas, las doce notas musicales forman lo que los músicos conocen como la escala cromática...

C – C# – D – D# – E – F – F# – G – G# – A – A# – B – C

C – Db – D – Eb – E – F – Gb – G – Ab – A – Bb – B – C

TEORIAS DE CUERDAS VIBRANTES Y CAMPANAS

TEORÍA DE CUERDAS

Es un modelo fundamental de la física que asume que los componentes del universo no son partículas u ondas, son en realidad “estados vibracionales” de una “cuerda” o “filamento”, cuya longitud es aproximadamente la de Planck. De acuerdo con esta propuesta un electrón no es un “punto” sin estructura interna y de dimensión cero; es entonces una cuerda minúscula que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Veneziano, físico del CERN (1968), encontró que la función beta de Euler (inventada dos siglos antes) explicaba interacciones entre partículas, proporcionando características de la fuerza nuclear fuerte. En 1970 otros físicos mostraron que si consideraban a las partículas como cuerdas vibrantes unidimensionales se podían describir muchas interacciones según la ecuación de Euler. Dos físicos en 1974 mostraron que la teoría mostraba configuraciones semejantes a los gluones e incluso con la partícula de la gravitación. En 1984 mostraron que la teoría podía abarcar las 4 fuerzas de la materia; es decir, los 19 números de la masa de las partículas, y sus cargas pero, sin base teórica. La energía de vibración depende de su amplitud y de su frecuencia (por eso todos los libros hablan de la similitud con la vibración de una cuerda de violín). Así las partículas de mayor masa, por la equivalencia masa-energía de la relatividad especial, tienen una cuerda que vibra con gran amplitud y gran frecuencia. Y como a su vez la masa determina sus propiedades gravitatorias hay una relación entre la vibración de la cuerda y su respuesta a la gravedad. El concepto que estaba extendido hasta hoy era que cada partícula conocida estaba formada por una sustancia o tejido diferente, mientras que la teoría de las cuerdas sostiene que el material o sustancia es la misma. Así cada partícula tendría una misma cuerda pero con un determinado modelo distinto de vibración. En 1916 los físicos Kaluza y Klein indicaron en su teoría dos ideas fundamentales: · Los objetos básicos de la teoría, no serían partículas puntuales si no objetos unidimensionales extendidos · El espacio- tiempo en el que se mueven las cuerdas de la teoría no sería el espacio- tiempo ordinario de 4 dimensiones, sino un espacio de tipo “Kaluza-Klein” en el que a las 4 dimensiones convencionales se le añaden 6 dimensiones; por lo tanto en la teoría convencional existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.

DIFICULTADES DE LA TEORIA

Hay dificultades para desarrollar con precisión modelos restantes de vibración para comprara con los pocos experimentos posibles. Incluso las ecuaciones que definen el comportamiento de las cuerdas en vibración que se conocen son solo aproximadas versiones de las supuestas ecuaciones definitivas. En los intentos realizados han surgido 5 explicaciones o teorías de cuerdas distintas que aunque difieren detalles, no son lo mismo, y solo uno se cree que pueda ser verdad. La teoría M las unifica para gran descanso de los físicos de las cuerdas. Las matemáticas que se utilizan son las más difíciles que han utilizado los físicos de todos los tiempos, hasta el punto que tienen que ser apoyados por matemáticas eminentes para manejarlas.

CONCLUSION

Aunque hay razones teóricas para creer que no se podrá experimentar nunca, se espera que con el avance de los métodos experimentales se llegue algún día a realizar experimentos indirectos que pudieran confirmarla. Aunque llegue a ser sustituida mejor, que pueda experimentarse es necesario reconocer que la teoría será un legado a la posterioridad de la creatividad.

TEORIA DE LAS SUPERCUERDAS.

No es distinta a la teoría de las cuerdas vibrantes, sino que su nombre deriva de añadir conceptos de simetría. Se considera que las leyes de la naturaleza son las mismas en cualquier punto del espacio y del tiempo; o si cambian con el tiempo lo hacen muy lentamente. Esta propiedad atribuida al espacio se llama “simetría del universo”. Ya en 1925 se descubrió que el electrón tiene rotación o “espín” que demostraba los fenómenos magnéticos que producía. Así todas las partículas y antipartículas se le asigna un espín de -1/2 y todos los portadores de fuerza tienen -1, incluso si existiera el gravitón tendría -2; pues bien si se tiene en cuenta el espín existe una simetría más en el universo: es la “supersimetría”, asociada por su extensión en el espacio y tiempo a la mecánica cuántica. Cuando se incluyo este concepto de supersimetría a la teoría de las cuerdas empezó a llamarse SUPERCUERDAS.

Fuentes De Sonidos Musicales: Percusión (Varillas Vibrantes), Placas Vibrantes

Los instrumentos de percusión son aquellos que producen sonido cuando son excitados por percusión directa o indirecta. La percusión se efectúa de maneras muy diversas mediante varillas metálicas, mediante baquetas, golpeando un cuerpo sonoro contra otro, indirectamente mediante un teclado, etc. En líneas generales, puede decirse que la función musical de los instrumentos de percusión es rítmica.

Vibraciones de una varilla

Las varillas son cuerpos rígidos cuya longitud es notablemente mayor que las dimensiones restantes. Pueden vibrar con vibraciones longitudinales, transversales o de torsión.

Las varillas se clasifican en simétricas, cuando poseen un punto de apoyo único situado en su centro o puntos equidistantes de éste y asimétricas, cuando están apoyadas sobre puntos dispuestos asimétricamente o fijas en un punto único distinto del centro.

Para provocar vibraciones longitudinales, la varilla se frotará fuertemente en sentido longitudinal. Cuando las varillas vibran longitudinalmente, se comportan como tubos sonoros, abiertos las simétricas y cerrados las asimétricas.

El estudio de las vibraciones transversales de una varilla es algo más complicado. Cuando una varilla es flexionada, sus partes externa e interna experimentan tensiones contrarias, de compresión en un caso y de tracción en el otro. Entre ellas existe un eje neutral, cuya longitud permanece invariante.

Vibraciones de placas y membranas

Las placas y membranas son cuerpos de superficie grande con relación a su espesor; excitadas por percusión o fricción emiten sonidos caracterizados por un complejo grande de parciales discordantes. Las placas, debido a su rigidez, sólo necesitan un punto de apoyo, mientras que las membranas necesitan tensión previa para vibrar.

Las vibraciones de campanas podemos aproximarlas a las de placas, siendo producidas estas al golpearlas con el badajo. Se dan dos tipos de vibraciones:

 Vibraciones circulares: la campana conserva su forma de revolución, y sólo cambian los radios de las secciones perpendiculares al eje de simetría. Desde el punto de vista acústico tienen escaso interés.

 Vibraciones radiales: en este caso, la sección transversal de la campana pierde de temporalmente su forma circular, para adquirir geometrías ligeramente elípticas. Los modos de vibración poseen líneas nodales meridianas, debido a la variación periódica de los radios

El físico alemán Florencio Chladni realizó profundos estudios sobre las vibraciones de las placas y membranas y descubrió que en estos cuerpos no existen nodos y vientres propiamente dichos, sino líneas de puntos donde la vibración es nula o pequeña, llamadas líneas nodales, y zonas demarcadas por estas líneas donde la vibración alcanza valores máximos llamadas zonas ventrales. 

ULTRASONIDO

¿Qué es?
En física ultrasonido es onda acústica que no puede ser percibida por el hombre por estar en una frecuencia más alta de lo que puede captar el oído. Este límite se encuentra aproximadamente en los 20 KHz. En cambio otros animales, como murciélagos, delfines y perros, logran oír estas frecuencias, e incluso utilizarlas como radar para orientarse y cazar.
El ultrasonido se utiliza en muchos ámbitos de las ciencias y las tecnologías. Por ejemplo, en medicina se emplea para el diagnóstico por ultrasonido (ultrasonografía), fisioterapia, econografía, limpieza de dientes, liposucción, etc. En la industria se utiliza para medir distancias, ensayos no destructivos, caracterización interna de materiales, limpieza de superficies, etc. En el ámbito militar el ultrasonido puede utilizarse como arma.

Frecuencia:
La frecuencia de una onda de Ultrasonido consiste en el número de ciclos o de cambios de presión que ocurren en un segundo. La frecuencia la cuantificamos en ciclos por segundo o hertz. La frecuencia está determinada por la fuente emisora del sonido y por el medio a través del cual está viajando.
El Ultrasonido es un sonido cuya frecuencia se ubica por arriba de 20 kHz. Las frecuencias que se utilizan en Medicina para fines de diagnóstico clínico están comprendidas más frecuentemente en el rango de 2-28 MHz, y con fines expe-rimentales se manejan frecuencias superiores a 50 MHz.
Ejemplo:
Diagnóstico por imágenes con ultrasonido general en hospitales: La máquina de ultrasonido crea imágenes que permiten examinar varios órganos en el cuerpo. Esta máquina envía ondas sonoras de alta frecuencia que hacen eco en las estructuras corporales y un computador recibe dichas ondas reflejadas y las utiliza para crear una imagen. A diferencia de los Rayos X, en este examen no se presenta ninguna exposición a la radiación ionizante. Al igual que cualquier onda, el ultrasonido sufre el fenómeno de atenuación dentro de las diferentes estructuras del cuerpo, como regla general a mayor frecuencia se logra menor penetración y a la inversa, a menor frecuencia podemos lograr mayor penetración.

FUENTES DE SONIDOS MUSICALES

El sonido es un tipo de ondas mecánicas longitudinales producidas por variaciones de presión del medio. Estas variaciones de presión (captadas por el oído humano) producen en el cerebro la percepción del sonido.

Existen en la naturaleza sonidos generados por diferentes fuentes de sonido y sus características de frecuencia, intensidad, forma de la onda y envolvente los hacen diferentes e inconfundibles, por ejemplo, el suave correr del agua por un grifo tiene las mismas características en frecuencia, timbre y envolvente que el ensordecedor correr del agua

Sonido por cuerda

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), a fin de aumentar la salida sonora. La caja recibe las vibraciones de las cuerdas a través de los puentes de apoyo, y después las transmite al aire amplificado.

Vibraciones de una cuerda

En las cuerdas pueden producirse vibraciones longitudinales y transversales. Las vibraciones longitudinales se consiguen frotando en sentido longitudinal una cuerda tensa con una gamuza; la nota resultante es intensa pero de timbre desagradable. Los chirridos que producen a veces los instrumentos de cuerda en manos de ejecutantes

inexpertos provienen de este tipo de vibraciones. Sin embargo, cuando se habla de instrumentos de cuerda, es usual referirse a las vibraciones transversales, en las cuales cada partícula de la cuerda vibra en un plano perpendicular a la línea de la cuerda. Las leyes de mersenne o leyes trasversales de la cuerda las Frecuencias del sonido emitido por una cuerda es inversamente proporcional a su longitud

ARMONÍA

La armonía, lo que tiene de particular, es que puede hacer sonar mas de un sonido a la vez. Por ejemplo yo puedo hacer sonar una nota DO, arriba una nota que es MI, y arriba una nota que es SOL. O sea, en la misma línea de tiempo yo puedo hacer sonar tres sonidos. Eso es lo que se llama armonía. La armonía es la disciplina que estudia la percepción del sonido en forma "vertical" o "simultánea" en forma de acordes y la relación que se establece con los de su entorno próximo. El estudio de la armonía se refiere generalmente al estudio de las progresiones armónicas y de los principios estructurales que las gobiernan.

La altura o tono

Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono.

La duración de las vibraciones de instrumentos de un mismo tipo es proporcional a sus dimensiones lineales.

La medida de un sonido se encuentra fácilmente por comparación con otro parecido del cual se pueda determinar la frecuencia de una forma simple.

Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes uno de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa.

ONDAS SÍSMICAS

Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica consistentes en la propagación de perturbaciones temporales del campo de esfuerzos que generan pequeños movimientos en un medio.

Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos. Existe toda una rama de la sismología que se encarga del estudio de este tipo de fenómenos físicos. Las ondas sísmicas pueden ser generadas también artificialmente mediante el empleo de explosivos o camiones vibradores (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas ondas artificiales por ejemplo la exploración del petróleo.

TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS

No todas las Ondas sísmicas son iguales. Hay varios tipos, y cada tipo de onda sísmica tiene un movimiento único. Aún cuando hay diversos tipos de ondas sísmicas y cada uno tiene su forma única de moverse. Recuentos de lo que es experimentar un terremoto, generalmente describen ondas en la superficie, debido a que éstas son más notables en la superficie de la Tierra.

LAS ONDAS SUPERFICIALES VIAJAN POR LA SUPERFICIE DE LA TIERRA.

Cuando las ondas de cuerpo llegan a la superficie, se generan las ondas L (longae), que se propagan por la superficie de discontinuidad de la interface de la superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son la causante de los daños producidos por los sismos en las construcciones.

ONDAS DE LOVE

Las ondas de love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático neozelandés A.E.H. Love quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh.

ONDAS DE RAYLEIGH

Las ondas rayleigh, también denominadas groundroll, son ondas superficial es que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por john william Strutt , Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas más lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

ONDAS DE CUERPO VIAJAN A TRAVÉS DE LA TIERRA.

ONDAS INTERNAS

Las ondas de cuerpo viajan a través del interior. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de refracción de ondas de luz. Las ondas de cuerpo transmiten los temblores preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Las ondas de cuerpo son divididas en dos grupos: ondas primarias (P) y secundarias (S).

ONDA P PRIMARIA

Las ondas P (primarias o primae) son ondas longitudinales o complexionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad de 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades típicas son de 1450 m/s en el agua y cerca de 5000 m/s en el granito. En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:

Donde K es el modulo de incompresibilidad, μ es el módulo de corte o rigidez y ρ la densidad del material a través del cual se propaga la onda mecánica. De estos tres parámetros, la densidad es la que presenta menor variación por lo que la velocidad está principalmente determinada por K y μ.

ONDA P DE SEGUNDA ESPECIE

De acuerdo a la teoría de BIOT, en el caso de medios porosos saturados por un fluido, las perturbaciones sísmicas se propagarán en forma de una onda rotacional (Onda S) y dos complexionales. Las dos ondas complexionales se suelen denominar como ondas P de primera y segunda especie. Las ondas de presión de primera especie corresponden a un movimiento del fluido y del sólido en fase, mientras que para las ondas de segunda especie el movimiento del sólido y del fluido se produce fuera de fase. Biot demuestra que las ondas de segunda especie se propagan a velocidades menores que las de primera especie, por lo que se las suele denominar ondas lenta y rápida de Biot, respectivamente. Las ondas lentas son de naturaleza disiparía y su amplitud decae rápidamente con la distancia hacia la fuente.

ONDA S

Las ondas S (SECUNDARIAS o SECUNDAE) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Sólo se trasladan a través de elementos sólidos.

La velocidad de propagación de las ondas S en medios isótropos y homogéneos de

pende del modulo de corte μ y de la densidad ρ del material.

Comportamiento de las ondas sísmicas en una interface horizontal

entre dos distintos medios litológicos

A partir de una fuente de ondas sísmicas situadas en la superficie como un tiro o un peso cayéndose en el suelo se generan distintas ondas de las siguientes características:

La onda directa se propaga a partir de la fuente de ondas sísmicas en el medio superior con la velocidad uniforme v1.

La onda reflejada se engendra por la reflexión de la onda directa incidente en la interface entre medio 1 y medio2 y se propaga con la velocidad v1.

Una porción de la onda incidente en la interface entre medio 1 y medio 2 pasa por la interface y se refracta. La onda refractada se propaga en el segundo medio con la velocidad v2.

A través de los datos entregados por las reflexiones sísmicas se puede construir el horizonte de reflexión que corresponde a un cambio de materiales. Por ejemplo diferentes estratos o fallas tectónicas.

Detección del Sonido (Umbral Auditivo)

Umbral Auditivo

Umbrales absolutos: Los umbrales absolutos de la audición son aquellos valores de uno de los parámetros del estímulo físico a partir del cual la sensación comienza a o deja de producirse.

Umbral de audibilidad: El umbral de audibilidad está definido por la mínima intensidad o presión necesarias para que un sonido pueda ser percibido.

Figura 01
La figura es de B.J.C. Moore: An Introduction to the Psychology of hearing.

De la figura 01 se puede observar que el umbral de audibilidad no depende sólo de la intensidad o presión, sino que también es dependiente de la frecuencia del sonido senoidal de prueba. Nuestro sistema auditivo tiene un área de mayor sensibilidad entre los 500 y los 3000 Hz, producida principalmente por las curvas de respuesta del sistema auditivo periférico (oído externo, medio e interno).

Las curvas de la figura 01 muestran dos formas diferentes de medir el umbral de audibilidad, la mínima presión audible (MAP) y el mínimo campo audible (MAF).

La mínima presión audible (MAP) se mide colocando pequeños micrófonos dentro del canal auditivo. La información (señal de prueba) es enviada, por lo general, por medio de auriculares.
En el caso del mínimo campo audible (MAF) la medición se realiza en ausencia del sujeto, en cámaras anecoicas, colocando un micrófono en el centro mismo de donde se encontraba la cabeza del sujeto.