FUENTES SONORAS

Hemos visto que todo cuerpo vibrante es una fuente sonora, siempre y cuando la
frecuencia de intensidad de las ondas que produce esté dentro de la gama audible.
La mayoría de las fuentes sonoras funcionan de forma compleja. Pensemos, por
ejemplo, en un violín, en un piano, en una persona hablando o en la membrana de un
altavoz, que ha de vibrar de modo sumamente complicado para producir la maraña de
sonidos de una gran orquesta. Hacer aquí una exposición completa sería imposible, y
por ello habremos de limitarnos a examinar las leyes básicas concernientes a las
propiedades de los sonidos.
CALIDAD TONAL. TIMBRE
Del tono y la intensidad ya tratamos en el capítulo anterior, pero aquí interesa
explicar lo que significa la calidad tonal. Gran parte del placer experimentado oyendo
diversos instrumentos musicales se debe a que cada tipo de éstos posee su «calidad»
o «color» tonal propios. Suele usarse la palabra timbre para denotar esta
característica que nos permite distinguir un instrumento de otro.
Si tomamos un diapasón y observamos su salida en el osciloscopio, comprobaremos
que tiene una onda senoidal pura. Hagamos el mismo experimento con un clarinete,
tocando una nota igual a la del diapasón. Resultará muy diferente no sólo el sonido,
sino su forma de onda. Aunque los ciclos de la nota del clarinete se suceden a la misma
velocidad que los del diapasón, la forma de onda, no es igual, presenta irregularidades.
Se dice que el sonido del diapasón es «puro», y el del clarinete «complejo».Fig 3.1.

Fig. 3.1.
(a) f.d.o. de una nota pura (diapasón).
(b) Clarinete. Es más complicada como se ve.
La nota del diapasón se compone de una sola frecuencia, mientras que el sonido del
clarinete es una mezcla de varias. Esta diferencia podría demostrarse en el analizador
de espectros, aparato que separa las frecuencias presentes en un sonido y las
despliega en líneas verticales espaciadas. La altura de cada una de ellas indica la
amplitud de cada una de las frecuencias componentes.

El diapasón, sometido a este examen, mostraría una línea nada más, la

correspondiente a la frecuencia que lleva marcada. El clarinete, por el contrario,
produciría una serie de líneas. La más baja frecuencia de la serie será la misma que la
del diapasón, y se denomina fundamental. Las otras serán los sobretonos de la
fundamental. El espectograma demostraría que no todos los sobretonos tienen la
misma amplitud, siendo unos más fuertes que otros. A la presencia de los sobretonos
y de sus respectivas amplitudes debe precisamente el clarinete su tono
característico.
ARMÓNICOS
La mayor parte de los instrumentos musicales producen ondas complejas; cada tipo
es distinto en su contenido de sobretonos y por eso cada uno posee su timbre
peculiar. Los sobretonos, en algunos casos, son múltiples exactos de la fundamental,
y siendo así se llaman armónicos. Los instrumentos de cuerda, de metal, de viento y de
madera producen una serie de dichos armónicos. En otros instrumentos los
sobretonos no son exactamente armónicos de la fundamental; por ejemplo, el xilófono
y las campanas tubulares (fig. 3.2).

Otro rasgo particular de los sonidos complejos procedentes de muchos instrumentos

es que la duración de los sobretonos varia. En el instante de producirse la nota se
generan multitud de sobretonos, pero los más altos tienden a debilitarse y se
extinguen pronto. Los sobretonos de frecuencias inferiores son mucho más fuertes y
persisten más tiempo. El que los altos sean tan breves produce una calidad tonal en
la parte inicial del sonido que difiere de la que tiene la parte mantenida o prolongada.
A este efecto se le suele llamar «ataque».
Un método muy interesante de demostrar la importancia que tienen los tonos de
ataque y mantenidos sobre la calidad total de un instrumento se manifiesta cuando los
productores de la llamada «música electrónica» recortan grabaciones en cinta
magnetofónica para obtener nuevos efectos sonoros. Grabando la nota de un piano
en cinta y «extirpando» luego de ésta el tono de ataque, queda una nota resultante
muy distinta de la original. Otro sistema consiste en invertir el orden para hacer sonar
en primer lugar el tono o mantenido. Estas sencillas transposiciones ofrecen ilimitadas
posibilidades para la producción de nuevos sonidos.
Dado que los sobretonos superiores, los cuales constituyen el tono de ataque, se
extinguen rápidamente, suele llamárseles transitorios. En acústica hay muchos
ejemplos de fenómenos transitorios, o cambios rápidos de amplitud con el tiempo; y
como su presencia es esencial para el timbre, todos los sistemas de grabación y de
reproducción deben ser capaces de tratarlos con fidelidad. Los transductores
electromagnéticos (micrófonos y altavoces) presentan algunos problemas en este
aspecto, debido a la inercia mecánica. Se produce entonces un «efecto de
enganche», es decir, que la vibración sigue después de haberse desvanecido los
transitorios. Los micrófonos modernos no tienen prácticamente distorsión transitoria,
pero los altavoces, por sus mayores sistemas móviles, la pueden introducir y de modo
considerable.
Esta breve descripción de la calidad tonal o timbre bastará por ahora para
comprender en parte cómo se producen los sonidos por diversos métodos de
vibración. Al tratar de los instrumentos musicales volveremos sobre este tema.
ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LAS FUENTES
SONORAS
Anticipemos que las fuentes sonoras objeto de este epígrafe son las que producen
tonos agradables: instrumentos musicales, voz humana, etc. En ciertos aspectos, son
comunes con todas las fuentes sonoras. Constan en primer lugar de un medio de
excitación, luego de un resonador y finalmente, en muchos casos, de un radiador. La
excitación (dedos, corriente de aire, percutores) hace vibrar al cuerpo resonante, y,
como algunos resonadores no producen ondas sonoras potentes, van acoplados a un
cuerpo que vibra al unísono, el cual mueve una porción mayor de aire y por tanto
amplifica las débiles vibraciones del resonador.
Los sistemas vibrantes usados como resonadores son los siguientes:
(1) Columnas de aire.
(2) Cuerdas.
(3) Varillas.
(4) Membranas tensadas.
(5) Placas circulares.
(6) Cuerdas vocales.
COLUMNAS DE AIRE
Cerrando por uno de los extremos un tubo cilíndrico y acercando al libre un medio de
excitación, un diapasón, por ejemplo, el aire del tubo resonará si la longitud de éste
guarda cierta relación con la longitud de onda de la nota producida por el diapasón.
La horquilla, al vibrar, causa compresiones y expansiones que se introducen en el
tubo. Puesto que un extremo está cerrado, las mismas se reflejan y desandan su
trayectoria, con el resultado de que los movimientos ondulantes, al transmitirse en
direcciones opuestas, originan un sistema de ondas estacionarias.
Como vimos en capítulos anteriores, sabiendo las condiciones de la superficie
reflectante, es posible dibujar un gráfico que muestre cómo se comporta el aire en
diversos puntos del espacio. Si la reflexión fuera del 100 %, habría la condición de
desplazamiento nulo (un nodo) en la superficie, pero la distancia de un cuarto de
longitud de onda, el desplazamiento alcanzaría un máximo (antinodo).
TUBO CERRADO
Ahora bien, si consideramos el tubo cerrado en uno de sus extremos, en este extremo
se formará un nodo forzosamente. En el abierto no sufre el aire ningún
constreñimiento y vibrará libre mente; de donde resulta que en esa posición ha de
haber un antinodo. Tales son las condiciones necesarias si el aire del tubo queremos
que resuene. No es posible imaginar que el aire del extremo abierto permanezca
constantemente quieto: ha de existir siempre un antinodo de desplazamiento en tal
punto.
La distancia entre un nodo y el próximo antinodo supone un cuarto de longitud de
onda; así es que ésta ha de ser la longitud del tubo para que resuene. Es decir:
Longitud = longitud de onda/4
Se deduce de aquí que cuanto más largo es el tubo, más baja es la nota: un resultado
que ya lo esperábamos.
La nota más baja producida por el tubo se denomina fundamental. Pueden sonar a la
vez sobretonos que sean armónicos de ella, siempre que existan las condiciones
necesarias del sistema de ondas estacionarias dentro del tubo. Por tanto, vemos que
los armónicos pares no pueden sonar en un tubo cerrado porque se requieren
exactamente las mismas condiciones en cada extremo del tubo, lo cual en nuestro caso
es imposible. El segundo armónico, por ejemplo, requeriría un nodo en el extremo
cerrado, un antinodo en la mitad del tubo y otro antinodo en el extremo abierto. Pero
como esto último no puede ocurrir, el segundo armónico no sonará, ni el cuarto, sexto,
etc. El tercero sí, porque implica un antinodo en el extremo abierto. Y lo mismo cabe
decir de todos los impares, el quinto, el séptimo y así sucesivamente.
Vemos, pues, que un tubo cerrado en uno de sus extremos resuena cuando su longitud
es un cuarto de longitud de onda, y que sólo mantiene los armónicos impares.
TUBO ABIERTO
Un tubo abierto en sus dos extremos también resonará excitado por un cuerpo
vibrante. Se establece aquí también un sistema de ondas estacionarias en el aire
debido a la reflexión en los extremos abiertos, la cual ocurre porque en éstos hay un
cambio de las condiciones de aire. En el interior el aire se halla constreñido por las
paredes del tubo; en el exterior, sólo por la presión atmosférica. En la frontera de
estas dos condiciones tiene lugar la reflexión.
CUERDAS
VARILLAS
MEMBRANAS TENSADAS
PLACAS CIRCULARES
Son bastante parecidas a las membranas tensadas, excepto en un punto importante.
Hemos visto que las membranas son flexibles y están tirantes. Esta tensión
proporciona una fuerza restablecedora gracias a la cual la membrana vuelve a su
posición de reposo cuando se ha desplazado. La cuerda es un ejemplo más de que la
tensión es necesaria para que vibre el material flexible.
Con la placa, en cambio, no hace falta tensión, puesto que el material de que se
compone tiene la rigidez necesaria para proporcionar la fuerza restablecedora. Como
con las membranas y cuerdas, es posible una analogía entre placas y varillas.
A semejanza de la membrana, la placa vibra de modo complicado y da lugar a círculos
y diámetros nodales. La frecuencia fundamental depende básicamente del espesor
de la placa, de su radio y de su material; pero también de cómo se halle apoyada.
Puede estar afianzada en su periferia, descansando en los bordes o en el centro, o
encontrarse totalmente libre. Se producen sobretonos no armónicos, cuya relación
con la fundamental depende, en este caso también, del modo como esté apoyada o
sujeta la placa.
El gong y los platillos pertenecen a la clase de instrumentos que estudiamos. Otro
ejemplo es el diafragma usado en los aparatos telefónicos.
Tal como dijimos respecto al diafragma tipo membrana, es ventajoso que la delgada
placa se gobierne de manera que las vibraciones no se distribuyan en diámetros ni
círculos nodales. Tal caso, según vimos, se evita haciendo que la frecuencia
fundamental sea alta en comparación con las frecuencias del sonido. Tratándose de
placas delgadas, en cambio, no es fácil conseguir un diafragma ligero que además de
ser sensible tenga rigidez bastante para dar una frecuencia fundamental alta. En
otros tiempos se usaron diafragmas de placa delgada para micrófonos de
condensador, pero, por los motivos expuestos, hoy han dejado paso a las membranas.
En los aparatos telefónicos, la gama de frecuencias necesaria es mucho más
restringida que en el caso de micrófonos de condensador, y la respuesta no uniforme
del diafragma de placa delgada carece de importancia en gracia a la sencillez y
robustez del mismo.
CUERDAS VOCALES
Las cuerdas vocales están situadas en la parte superior de la laringe, que cierra la
tráquea o conducto procedente de los pulmones.
No son exactamente cuerdas, sino membranas que vibran y regulan el tamaño y forma
de la abertura de la laringe.
Cuando estamos sencillamente respirando, las cuerdas vocales se hallan muy
separadas en un extremo y forman una abertura triangular. Para producir sonidos, las
cuerdas han de acercarse, y entonces vibran por efecto de la corriente de aire que
sube de los pulmones por la tráquea. El resultado es una fluctuación de dicha
corriente, con lo cual comienzan las variaciones necesarias para producir ondas
sonoras. La corriente de aire fluctuante pasa por la garganta, boca y nariz, cavidades
que resuenan y acentúan por tanto ciertas frecuencias.
Se producen así los sonidos que llamamos vocales, la «a» por ejemplo.
En otros sonidos, por el contrario, las cuerdas vocales tienen muy poco que intervenir.
Las ondas sonoras producidas por ellas son modificadas mediante cambios en las
aberturas y pasajes que tienen que atravesar. La «S» es un ejemplo de este segundo
grupo.
RESONADORES, CAJAS SONORAS
Con muchas fuentes de sonido - una cuerda vibrante, por ejemplo- hay poco
movimiento de aire porque el vibrador en sí y el sonido producido son débiles. Este
defecto encuentra solución acoplándolos un cuerpo que resuene al unísono y que, al
originar más vibraciones del aire, incremente la salida sonora.

Tomando como ejemplo a dos instrumentos cuyos vibradores son cuerdas, el violín y
el piano, se podrá comprobar cómo se comportan los resonadores.
Las cuerdas del violín están tensadas a través del puente. Al vibrar hacen que vibren
también el interior de la caja y la caja misma. Las cuerdas del piano están tensadas
mediante un bastidor de acero a través de dos puentes, el uno formado por el bastidor
mismo y el otro situado sobre una caja sonora. Cuando una cuerda percutida por el
macillo, las vibraciones resultantes se acoplan a la caja y ésta vibra a su vez.
Existen muchos otros ejemplos que ilustran la idea básica de cómo se refuerzan los
sonidos por una caja o cuerpo resonante. Ya hemos visto que las cavidades de la
garganta, boca y nariz constituyen sistemas resonantes para la voz. En el xilófono, las
varillas vibrantes están adosadas a tubos, cuyas columnas de aire «suenan» al golpear
las varillas.

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