Ensayo:
¿Cómo se produce el sonido?

Materia: Taller de redacción.

Sección: D21

Guadalajara, Jalisco. 26 de mayo de 2014


Introducción
A lo largo de nuestra vida, desde nuestro nacimiento hasta la muerte, estamos acompañados por cientos de miles de sonidos, los cuales poseen los mas variados timbres e intensidades. Sin embargo, muy pocas veces nos hemos puesto a pensar: ¿Cómo se producen esos sonidos? o ¿de qué manera el ser humano puede captar ese universo sonoro?
El ensayo que a continuación presento tiene la finalidad de explicar de una manera somera cómo es que se produce el sonido desde el punto de vista físico.
La finalidad de este ensayo no es presentar una tematica a expertos, que requieran de una terminología especializada, por el contrario, deseo que este trabajo ayude a comprender, de manera sencilla, cómo es que somos partícipes del fascinante mundo del sonido.

Propósito General del ensayo.
Explicar de una manera somera cómo es que se produce el sonido desde un punto de vista físico, para al mismo tiempo, comprender cómo es que se produce la música.

Origen y Naturaleza del sonido.
La mayor parte de los sonidos son ondas producidas por las vibraciones de objetos materiales. El material en vibración manda, entonces, una perturbación por el medio que lorodea, que normalmente es aire, en forma de ondas longitudinales. Bajo condiciones ordinarias, es igual la frecuencia de la fuente de vibración y la de las ondas zonas que se producen.
Tomando un caso concreto, cuando aplaudimos, el sonido que se produce no es periódico. Esta formado por un impulso o pulso ondulatorio que se propaga en todas direcciones. El impulso perturba el aire en la misma forma que un impulso similar movería a un resorte. Cada partícula se mueve con ir y venir a lo largo de la dirección de la onda que se expande.
A. V. Baez nos pone un ejemplo muy concreto para poder entender con claridad el fenómeno del origen del sonido. Dice: “imagina un salón largo. En un extremo hay una ventana abierta con una cortina que la cierra. En el otro extremo hay una puerta. Al abrir la puerta nos podemos imaginar que empuja las moléculas que estan junto a ella, y las mueve respecto a sus posiciones iniciales hacia las posiciones de las moléculas vecinas. A su vez, las moléculas vecinas empujan a sus vecinas, y así sucesivamente, como una compresión que se propaga por un resorte, hasta que la cortina se agita y sale de la ventana. Un impulso de aire comprimido se ha movido desde la puerta hasta la cortina. A este impulso de aire comprimido se le llama compresión.
Cuando cerramos la puerta, ésta empuja algunas moléculas de aire y las saca del salón. De estaforma se produce una zona de baja presión. Las moléculas vecinas, entonces, se mueven hacia ella y dejan tras de sí una zona de baja presión. Se dice que esta zona de baja presión de aire esta enrarecida. Otras moléculas mas alejadas de la puerta, a su vez, se mueven hacia esas regiones enrarecidas y de nuevo la perturbación se propaga por la habitación. Ello se ve en la cortina, que se agita hacia adentro. Esta vez, la perturbación es un enrarecimiento, rarificación o rarefacción.” (Baez: 1967)
A través de estos dos fenómenos es que podemos entender el sonido como un transporte de ondas energéticas, ya que no es el medio mismo el que se propaga sino el impulso portador de energía.
Al analizar de manera grafica un ejemplo de sonido podemos observar secuencias continuas de compresiones y enrarecimientos.

Medios que transmiten el sonido.
La mayor parte de los sonidos que escuchamos se transmite por el aire. Sin embargo, cualquier sustancia elastica, sea sólida, líquida, gas o plasma, puede transmitir el sonido. Cabe mencionar que la elasticidad es la propiedad de un material de cambiar de forma como respuesta a una fuerza aplicada, para después regresar a su forma inicial cuando se retira la fuerza de distorsión.
Resulta interesante saber que el acero posee mayor elasticidad que la masilla, ya que ésta última es inelastica y, por tanto, con muy poca capacidadpara transmitir el sonido
En los líquidos y sólidos elasticos, las moléculas estan relativamente cerca entre sí y responden con rapidez a los movimientos relativos, y transmiten energía con poca pérdida. El sonido se propaga unas cuatro veces mas rapido en el agua que en el aire, y unas 15 veces mas rapido en el acero que en el aire.

Propiedades generales del sonido.

Reflexión del sonido.
A la reflexión del sonido se le llama eco. La cantidad de energía que porta la onda sonora reflejada es grande si la superficie es rígida y lisa, y es menor si la superficie es suave y regular.
El sonido se refleja en una superficie lisa en la misma forma en que lo hace la luz: el angulo de incidencia es igual al angulo de reflexión. A veces, cuando el sonido se refleja en las paredes, el techo y el piso de un recinto, las superficies reflectoras vuelven a reflejarlo, es decir, se refleja varias veces. A esas reflexiones múltiples se les llama reverberación. Si las superficies reflectoras son muy absorbentes, la intensidad del sonido es baja, y el recinto suena gris y sin vida. En cambio, la buena reflexión del sonido en un recinto lo hace vivo y lleno.
Por lo anterior, es importante que como músicos tengamos en cuenta las características del recinto en que tocamos. Debemos cuidar que la acústica sea la adecuada.
Por ejemplo las superficies reflectoras de la ópera de SanFrancisco son grandes y brillantes, hechas de plastico, así que también reflejan la luz. Un espectador puede mirar esos reflectores y ver las imagenes reflejadas de los miembros de la orquesta. Los reflectores de plastico tienen curvatura, lo que aumenta el campo de visión. Tanto el sonido como la luz obedecen la misma ley de reflexión, por lo que si se orienta un reflector para poder ver determinado instrumento musical, también se puede escuchar. El sonido del instrumento seguira la misma trayectoria visual hacia el reflector y después hacia el espectador.
Energía en las ondas sonoras.
La energía en el sonido es extremadamente pequeña. Es sorprendente saber que cuando 10´000,000 de personas hablan al mismo tiempo sólo producirían la energía acústica necesaria para encender una linterna común.
Vibraciones forzadas.
Se le conoce como vibración forzada a la producción de vibraciones en un objeto, debido a una fuerza de vibración de otro objeto. Por ejemplo, si golpeamos un diapasón no instalado, el sonido que se produce es bastante débil. Si sujetamos el mismo diapasón contra una mesa, después de golpearlo, el sonido sera mas intenso. Esto se debe a que se obliga a vibrar a la mesa, y con su mayor superficie pone en movimiento a mas aire. La mesa es forzada a vibrar por un diapasón a cualquier frecuencia.
Frecuencia Natural.
Todo objeto hecho de un materialelastico vibra cuando es perturbado con sus frecuencias especiales propias, que en conjunto producen su sonido especial. Se habla entonces de la frecuencia natural de un objeto, que depende de factores como la elasticidad y la forma del objeto.
Es interesante que casi todas las cosas, desde los planetas hasta los atomos, y casi todo lo que hay entre ellos tengan una elasticidad tal que vibran a una o mas frecuencias naturales.
Resonancia.
Cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas en un objeto coincide con la frecuencia natural del mismo, se provoca un aumento dramatico de la amplitud. A ese fenómeno se le llama resonancia. Para que algo resuene necesita que una fuerza lo regrese a su posición inicial, y que la energía sea suficiente para mantenerlo vibrando.
La resonancia no se restringe al movimiento ondulatorio. Se presenta siempre que se aplican impulsos sucesivos a un objeto en vibración, con su frecuencia natural. Me parece muy interesante narrar lo que sucedió en 1831, en Manchester, Inglaterra. Una tropa de caballería cruzaba el puente y, por accidente hicieron que se derrumbara el puente al marchar al ritmo de su frecuencia natural. Desde entonces se acostumbra ordenar “rompan filas” a las tropas cuando cruzan los puentes, para evitar la resonancia.

Instrumentos musicales.
Los instrumentos musicales convencionales se pueden agrupar en tresclases: en los que el sonido se produce con cueras vibratorias; en los que se produce por columnas de aire vibratorias, y aquellos en que se produce por percusión, que es la vibración de una superficie bidimensional.
En un instrumento de cuerda, la vibración de las cuerdas pasa a una caja de resonancia y después sale al aire, pero con baja intensidad. Para compensarla, una orquesta tiene una sección grande de cuerdas. Hay una menor cantidad de instrumentos de viento, que son de alta eficiencia, que se balancea con una cantidad mucho mayor de violines.
En un instrumento de viento, el sonido es una vibración de una columna de aire en el instrumento. Hay varias formas de poner a vibrar las columnas de aire. En los instrumentos de metal, como trompetas, cornos y trombones, las vibraciones de los labios del ejecutante interaccionan con las ondas estacionarias que se establecen por la reflexión de la energía acústica dentro del instrumento, debido a la boca con forma de bocina. Las longitudes de las columnas de aire que vibran se manipulan oprimiendo los pistones que agregan o cortan segmentos de longitud, o aumentando la longitud del tubo (Trombón de vara). En los instrumentos de madera-viento, como los clarinetes, oboes y saxofones, el músico produce una corriente de aire que pone a vibrar a una lengüeta, mientras que en los flautines y flautas el músico sopla el airecontra la orilla de un orificio y produce una corriente variable que pone a vibrar la columna de aire.
En los instrumentos de percusión, como los tambores, se golpea una superficie elastica para producir el sonido. El tono fundamental que se produce depende de la geometría, la elasticidad y, en algunos casos, de la tensión de la superficie. Los cambios de altura se producen cambiando la tensión de la superficie vibratoria.
Los instrumentos musicales electrónicos son muy distintos de los convencionales. En lugar de cuerdas que frotar, puntear o golpear, o lengüetas sobre las que se debe soplar aire, o de parches que se deben golpear para producir los sonidos, se usan los electrones para generar señales que forman los sonidos que emiten. Es interesante mencionar que algunos instrumentos electrónicos producen sólo la frecuencia fundamental y no los armónicos, podríamos decir que al tocarlos desencadenamos sonidos puros.

Música vs Ruido.
La mayor parte de lo que escuchamos es ruido. El impacto de un objeto que cae, un portazo y la mayor parte de los sonidos del trafico de la ciudad, son ruidos. El ruido es una vibración irregular del tímpano, producida a su vez por una vibración irregular. El sonido de la música es distinto; tiene tonos periódicos o notas musicales. Las cuales poseen las tres propiedades analizadas anteriormente: altura, intensidad y principalmentetimbre, que, como hemos analizado, se produce debido a los armónicos a partir de una frecuencia fundamental de un instrumento particular. Aunque el ruido no tiene esas características, la frontera entre la música y el ruido es tenue y subjetiva. Y para algunos compositores contemporaneos, no existe.
Algunas personas consideran que la música contemporanea y la de otras culturas es ruido. La diferencia entre esas clases de música y el ruido viene a ser un problema de estética. Sin embargo, no hay problema en diferenciar el ruido de la música tradicional, esto es la música clasico occidental y la mayor parte de la música tradicional.
De manera grafica, utilizando un osciloscopio (instrumento que permite captar las ondas sonoras) podemos distinguir facilmente entre un ruido y un sonido musical, ya que el segundo presenta una regularidad y una constancia notablemente visible.

Conclusiones.
A lo largo de este escrito hemos analizado de manera breve y sencilla la producción de sonido visto como un fenómeno que se da gracias a dos procesos principales: el de compresión y el de rarefacción. Ademas conceptualizamos algunas de las principales propiedades del sonido tales como: reflexión, vibraciones forzadas, frecuencia natural y resonancia. En seguida, realizamos un analisis general de la manera en que los distintos tipos de instrumentos musicales producen su sonidocaracterístico. Finalmente hicimos la diferenciación entre sonidos musicales y ruido.
A través de este trabajo de investigación pude ampliar mi marco conceptual con respecto a todo lo que conlleva la producción del sonido. Es muy interesante conocer desde una perspectiva distinta, muchas veces no tomada en cuenta, la manera en que los distintos instrumentos musicales producen esa enorme cantidad de sonidos, que de manera conjunta conocemos como música.
Finalmente he de decir que, como ingeniero y músico, es importante conocer el modo de producción y características del sonido por dos razones: primero, desde el punto de vista practico, nos permitira mejorar nuestra técnica y producción en nuestro instrumento, seremos capaces de seleccionar un recinto adecuado para tocar ante un público al conocer las propiedades de reflexión del sonido, sabremos que a distinta temperatura nuestro instrumento producira sonidos de diferente altura, etc. Y, segundo, como músico en general es necesario tener conocimientos generales y fascinarnos con todo aquello que tenga que ver con nuestra materia de estudio: el maravilloso mundo del sonido.

















Bibliografía.

Halliday, D. (2008) Fundamentos de Física. 8° edición. México. Grupo Editorial Patria.   
Hewitt. P.G. (2002) Conceptual Physics. 5a edición. San Francisco, California. EE.UU. Pretice Hall.