lunes, 28 de septiembre de 2009

Experimento 1. Vasófono

Esta semana vamos a experimentar con un sistema de comunicación a distancia sumamente sencillo: el teléfono con vasos.


Queremos demostrar que el sonido se transmite por distintos medios materiales como lana, cable y otros materiales, e investigar cómo mejorar este sistema de comunicación. Probaremos con vasos de plástico de diferentes tamaños, hilos de lana , cables (de cobre y nylon), cuerda, goma elástica, etc.

No olvidéis traer también tijeras, cinta métrica y cinta adhesiva, que seguro que hacemos algún agujero más grande de la cuenta y luego hay que tapar.

domingo, 27 de septiembre de 2009

El tono o altura

Hemos adelantado ya la semana pasada que la frecuencia de un sonido es lo que determina su altura. Es el momento de precisar algo más esta relación entre el tono y la frecuencia.

La calidad de “agudo” o “grave” de un sonido es lo que llamamos altura o tono. Es una sensación que tendemos a unificar para cada sonido, esto es: siempre que es posible, nuestro oído asigna a un sonido una única altura.


Los sonidos de frecuencia más alta se perciben como más agudos; los de frecuencia más baja, como más graves. ¿Existe alguna otra relación entre las distintas alturas? Efectivamente. Cada vez que la frecuencia es doble, el tono que se percibe es una octava más agudo. El concepto de “octava” no tiene realmente nada que ver con el hecho de que las escalas más comúnmente utilizadas en la música occidental consten de siete notas (la octava nota sería una repetición de la primera).

Más bien el nombre de octava, y nada más, proviene de este hecho. Nuestra idea de octava es aproximadamente la siguiente: nuestra percepción del tono sigue un patrón que se repite, es una sensación que “se enrolla sobre sí misma”. Una sucesión de tonos cuyas frecuencias sean el doble, nota a nota, de otra sucesión, se percibe como teniendo esencialmente las mismas alturas, sólo que más agudas. Decimos que está una octava por encima.


Límites del oído humano en la percepción del tono y concepto de ultrasonido

¿Qué frecuencias puede tener un sonido? Para que podamos oír un sonido, habrá de tener no menos de 20 Hz. Las vibraciones más lentas no se perciben por el oído, sino más bien por el sentido del tacto, en forma de temblor. Ya que no podemos considerarlos “sonidos”, puesto que no los oímos, las vibraciones de frecuencia menor de 20 Hz se denominan infrasonidos.

Las frecuencias más agudas que podemos oír llegan a los 20.000 Hz. De igual manera, cualquier vibración de una frecuencia superior no podrá ser considerada un sonido, sino un ultrasonido.

Es importante darse cuenta de que estos límites de 20 y 20.000 Hz no son de ninguna manera exactos: en realidad lo que ocurre es que conforme la frecuencia vibratoria considerada es menor (o respectivamente: mayor) los sonidos se van oyendo más débiles, hasta que al llegar al límite inferior (respectivamente: superior) aproximado, no oiremos nada en absoluto.

Tampoco este margen es universal: los recién nacidos perciben sonidos de frecuencia muy superior a 20.000 Hz, y cuando crecemos nuestro límite se reduce, y de igual manera el oído de una persona de edad avanzada tiene un límite superior más reducido aún.

Animales como los perros y los murciélagos, oyen ultrasonidos que nosotros no podemos distinguir del silencio.


Dedicaremos más adelante todo un capítulo a frecuencias, afinación y temperamento, así que por ahora no nos extenderemos más.

lunes, 21 de septiembre de 2009

Chicles e infrasonidos

Seguro que habéis visto en la tele algún anuncio de los nuevos chicles 5. En uno de ellos podemos ver un experimento en que se demuestra que el sonido es una onda mecánica.


Tres cuestiones:

a) ¿Por qué se mueven las bolas?
b) Si la intensidad del sonido está relacionada con la amplitud, para que hubiera ese movimiento estaríamos quedándonos sordos, ¿por qué no ocurre eso?
c) ¿Con qué magnitud está relacionada el ritmo/velocidad al que se mueven las bolas?

domingo, 20 de septiembre de 2009

El sonido

Hemos visto en el apartado anterior que el sonido es una onda, concretamente una onda mecánica, y más concretamente aún: una onda mecánica longitudinal.


Cuando un cuerpo vibra en el aire, transmite su vibración a las “partículas de aire” (si se las puede llamar así) que lo circundan. Esto produce pequeñas “olas” que se expanden en forma de esferas concéntricas, en todas direcciones. Tarde o temprano, estas “olas” alcanzan nuestro tímpano y se inicia el mecanismo de la audición.

En ocasiones nos referiremos al sonido como formado por ondas de presión. Esto significa que las partículas, cuando se juntan y se separan, sin alejarse nunca mucho de su posición fija, dan lugar a capas de aire más “concentrado” o más “enrarecido”, respectivamente. Insistimos en que estas capas (bastante estrechas) que alternan alta y baja presión, tienen forma esférica y su radio crece conforme la onda se transmite.


Hemos dicho que estas olas u ondas de presión son bastante estrechas. La anchura de una onda de alta o baja presión es justamente la mitad de la distancia que separa cada una de la siguiente.

Son como las crestas y los valles de las ondulaciones de la superficie del agua. El punto cero a que nos referíamos en el primer apartado, corresponde con la presión atmosférica media reinante en la zona. Los instantes de máxima o mínima presión, corresponden a los extremos de máxima y mínima elongación del cuerpo que vibra.

La distancia entre una cresta y la siguiente es la longitud de onda.


Problemática de su definición al margen del oído humano

Se nos plantea la siguiente duda: si el sonido es una sensación, ¿existe sonido cuando no hay nadie para oírlo? Una respuesta es que también podríamos llamar sonido a “aquello que, caso de haber alguien allí que pudiera oírlo, lo oiría”. Otra respuesta es la siguiente: ya que la sensación está producida por un fenómeno físico, una vibración, no debería haber inconveniente en identificar a la propia vibración con el sonido, y de esta forma no es necesario oírlo para que exista objetivamente, ya que es un fenómeno físico real.


Lo cierto es que en Acústica estudiamos el sonido desde dos puntos de vista: por un lado el de la percepción humana (psico-acústica) y por otro el de la física.


La velocidad del sonido

Todas las ondas avanzan a una cierta velocidad: algunas son extremadamente rápidas, como la luz. Otras son bastante lentas, como una sacudida en la cuerda floja o las olas del mar.

El sonido tiene una velocidad en el aire de unos 340 metros por segundo. Comparado con la velocidad de la luz, ésta es una velocidad francamente lenta. El sonido no sólo se transmite por el aire, sino también por los sólidos y los líquidos. Cuanto más denso es el material, mayor tiene a ser la velocidad del sonido en este medio. Así, en el acero puede llegar a los 5.000 metros por segundo.

Es importante recordar lo siguiente: en aire caliente el sonido viaja más rápido que en aire frío. En clase hablamos de que por la noche escuchamos sonidos que están más lejos. Aparte de que, obviamente por la noche hay más silencio (menos interferencias), esto se produce por un fenómeno que estudiaremos más adelante. :)

Una velocidad de 340 metros por segundo se puede aproximar, sin cometer un error excesivo, por la de un kilómetro cada 3 segundos. De esta forma es fácil calcular la distancia aproximada de un rayo, simplemente dividiendo por 3 el tiempo en segundos que tarda el trueno en llegar, y expresando el resultado en kilómetros.


Dos cosas más: la velocidad es siempre independiente de la presión atmosférica, y en el agua la velocidad de propagación es de unos 1500m/s.


La barrera del sonido

Si bien la velocidad de la luz es insuperable, la del sonido es relativamente fácil de superar por parte de un vehículo supersónico, como el avión Concorde.


Las dificultades estriban en la transición entre dos situaciones: la infrasónica y la supersónica. Las ondas de presión, que como sabemos se expanden en forma de esferas concéntricas, forman una figura en forma de cono cuando la fuente sonora se desplaza a velocidad supersónica. En el momento del paso de la velocidad infrasónica a la supersónica, las ondas se acumulan en la punta de la aeronave, formando una auténtica barrera de altísima presión. Cuando esta barrera toca el suelo, los habitantes situados en la superficie perciben un gran estruendo.

sábado, 19 de septiembre de 2009

Ondas

6. Concepto de onda

Pensemos en un medio material, formado por una infinidad de pequeñas partículas, como el agua. Da igual que este medio sea sólido, líquido o gas. Representemos las partículas de este medio mediante una fila de cuatro monedas, colocadas sobre una mesa de forma que se toquen unas a otras. Sujetemos tres monedas consecutivas con sendos dedos de una mano, dejando libre la cuarta moneda. Si lanzamos otra moneda contra la primera de la fila, la que estaba libre al otro extremo saldrá despedida. Nuestras monedas no se han movido: las teníamos firmemente sujetas. Esto es un ejemplo claro de onda. Concretamente, una del tipo mecánico.


Pondremos otro ejemplo: entre dos personas sostienen una cuerda larga, sin que esté tensa. Una de las personas da una sacudida rápida a la cuerda: se verá claramente cómo la sacudida viaja por la cuerda hasta el otro extremo. Ésta también es una onda mecánica.


7. Ondas en un medio

Lo que distingue una onda de otros fenómenos naturales en que existe un desplazamiento neto de la materia, es que en las ondas es la energía del movimiento lo que se transmite de partícula en partícula, no las partículas en sí.


En un medio material cada partícula tiene un lugar más o menos estable. Si una partícula empuja a su vecina, ésta a su vez empujará a una tercera. Cuando la primera partícula vuelva a su lugar, también lo hará la segunda, más tarde. El movimiento de vaivén se transmite de una a otra. Las partículas no se desplazan netamente, es la perturbación momentánea de su estado de reposo lo que se desplaza.

Una onda es un desplazamiento de energía, no de materia.


Cuando una piedra cae sobre la superficie del agua, el estado de equilibrio se perturba. Esta perturbación se transmite en forma de circunferencias concéntricas, en todas direcciones. Un objeto flotando en la superficie, como un corcho, sube y baja al paso de la onda, pero no necesariamente se mueve del sitio.


8. Otras ondas


No todas las ondas necesitan un medio para transmitirse. Las ondas de radio se transmiten a la perfección en el vacío absoluto. Aquí el equilibrio perturbado es el de un campo electromagnético.

La luz que vemos se comporta en muchas ocasiones como la onda que de hecho es, y también se transmite en el vacío.


9. Ondas transversales y longitudinales

Ahora compararemos la dirección de desplazamiento de la onda, con la del movimiento de las partículas del medio. Si ambas coinciden, es decir: si las partículas se empujan unas a otras en la misma dirección en que la onda se transmite, esta es una onda longitudinal. Por ejemplo: la fila de monedas sobre una mesa.



Si, en cambio, el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de avance de la onda, es una onda transversal. Por ejemplo: el corcho que flota en la superficie del agua.



Podemos ya adelantar que el sonido es una onda que se transmite en un medio, que comúnmente es el aire, y que es una onda longitudinal.



Conceptos generales

1. Oscilaciones


Un cuerpo oscila cuando va de un lado a otro, como un ventilador o un péndulo. Una oscilación puede ser libre, como cuando dejamos el péndulo suelto. También puede ser forzada, como cuando tomamos el péndulo con la mano y lo movemos de un lado a otro.


2. Vibraciones

Una vibración no es más que una oscilación rápida.

Tomemos un cuerpo flexible como una regla de plástico y sujetémosla contra el tablero de una mesa. Si golpeamos el extremo libre de la regla, ésta comenzará a vibrar. Visto a cámara lenta, esto es una oscilación. No hay ninguna diferencia aparte de la “rapidez”.



Un cuerpo oscilante tiene un punto de equilibrio o reposo: aquél en que el cuerpo permanece quieto si se lo deja suelto. Llamaremos en adelante punto cero a este lugar de equilibrio; en el caso del péndulo, el punto cero está en la mitad del recorrido y su posición es perfectamente vertical.


3. Elongación

Cuando un cuerpo oscila o vibra, en todo momento hay una cierta distancia al punto cero.

Naturalmente, si el cuerpo está en el punto cero, esta distancia es cero. Conforme el cuerpo se aleja del punto cero hacia un lado (p.e. hacia la derecha), esta distancia es positiva. Si el cuerpo se aleja hacia el lado contrario, hablaremos de distancia negativa.

A esta distancia, positiva o negativa, entre el cuerpo y el punto cero, le llamamos elongación.



4. Amplitud

La amplitud es la máxima elongación, es decir: la mayor distancia al punto cero que el cuerpo alcanza cuando oscila.

A veces llamamos amplitud a la distancia entre los dos puntos de máxima elongación, el positivo y el negativo. Ésta sería, lógicamente, el doble de la anterior.


5. Frecuencia

Las oscilaciones se repiten cíclicamente. Esto significa que, en su movimiento, llegado un cierto momento todo se vuelve a repetir exactamente igual (o casi). En general tenemos cuatro fases:

1. El cuerpo está en un extremo de máxima elongación y se dirige al punto cero.
2. El cuerpo está en el punto cero, y sigue en la misma dirección hacia el punto opuesto de máxima elongación.
3. El cuerpo llega a este extremo opuesto, se detiene, e inicia su camino de retorno.
4. El cuerpo pasa por segunda vez por el punto de equilibrio, camino del punto de partida, donde se detendrá momentáneamente.

A partir de este momento decimos que se ha completado un ciclo y observaremos cómo se repite
una y otra vez.



Si, en un lapso fijo de tiempo (como un segundo), contamos el número de ciclos completos que el cuerpo describe, tendremos una medida de su frecuencia vibratoria en ciclos por segundo.

La unidad que usamos para expresar frecuencias es el hertzio o hercio, abreviadamente Hz. Una frecuencia de 1 Hz (un hercio) equivale a un ciclo por segundo.

El sonido es producido por vibraciones. La altura del sonido depende de la frecuencia de esta vibración.


jueves, 17 de septiembre de 2009

¿Acústica?

Estudiar acústica es importante para un músico porque le hará comprender qué ocurre en cada uno de los elementos de la cadena musical: los instrumentos musicales, el medio y la sala en que se utilizan, nuestro oído y nuestro cerebro.


En esta asignatura observaremos los instrumentos musicales en su aspecto externo tanto como en sus interioridades constructivas, y nos acercaremos al mundo de la electroacústica. Del mismo modo, distinguiremos entre el sonido que viaja por el aire, inundando el espacio, y las sensaciones que produce en nosotros, prácticamente desde el momento en que incide en nuestro pabellón auditivo.