Relación entre a física e a música.

Fundamentos físicos da música

Están relacionadas estas dúas disciplinas?

A todos nós, resúltanos familiar o concepto de música, posto que vivimos rodeados de ela, pero probablemente costaríanos encontrarlle unha definición adecuada.

Os grandes pensadores déronlle interpretacións moi diversas, debido á complexidade que encerra.

§ “Arte educativo por excelencia; se inserta en el alma y la forma en la virtud”. Platón. S. V- VI a.C.

§ “Habilidad de examinar (…) la diversidad de sonidos (…) por medio de la razón y de los sentidos” Boecio. S. VI

§ “La más noble de las ciencias humanas; cada uno debe procurar aprenderla con preferencia a las demás; ocupa el primer lugar entre las artes liberales”. Sto. Tomás. S. XIII

§ “Después de la Teología, ningún arte puede ser igualado con la música… es un don sublime que Dios nos ha regalado” M. Lutero. S. XVI.

§ “La música es el arte de combinar los sonidos de una manera agradable al oído”. Rousseau. S. XVIII

§ “La música es una revelación más alta que la ciencia o la filosofía”. L.V. Beethoven . S. XVIII-XIX.

§ “La música es ante todo, un arte de expresión seria y sublime”. P. Dukas. S. XIX-XX.

§ “La música, este maravilloso lenguaje universal, debería ser una fuente de comunicación”. P. Casals. S. XIX-XX

Aínda que ao longo da historia a música recibiu distintos tratamentos o que sí queda claro, é que constitúe unha das manifestacións do espíritu creador do home e garda, polo tanto, unha íntima relación cos demais aspectos sociais culturais,polo que o seu estudo axúdanos tamén ao mellor coñecemento da historia en xeral.

A física, mentres tanto, é a ciencia que estudia e mide a natureza, encontrando así as leis que a rexen. Así é como cando o ser humano comeza a facer música, descobre que a certa lonxitude de corda hai diferentes sons.

A imaxe que aparece a continuación representa a Pitagoras

que foi o que estudiou as relacións entre a tensión das cordas e o son para igualar unha lonxitude ente todas.

Foi o primeiro en facer física musical porque ao estudiar a lonxitude de cordas, á vez estudiaba as relacións numéricas que facían agradable

ao oído notas

correspondentes tocadas simultaneamente; nace de aí o trinomio: Música, Física e Matemáticas.

Na música é moi importante a relación que existe entre a frecuencia dos distintos sons,

a esta relación chámaselle intervalo.

Que é a Acústica? A Acústica éa ciencia que estuda a produción, transmisión e percepción de sons,tanto no intervalo da audición humana como nas frecuencias ultrasónicas e infrasónicas.

Un infrason é unha onda acústica ou sonora cuxa frecuencia está por debaixo do espectro audible do oído humano. (Aprox. 20 Hz)

É utilizado por animais grandes para comunicarse en amplías distancias (coma o elefante)

Un ultrason é unha onda acústica ou sonora cuxa frecuencia está por encima do espectro audible do oído humano. (Aprox. 20.000)

Animais coma os morcego se os delfíns utilízano para a súa orientación, en forma de radar. A sondas transmitidas por estes animais son tan altas que “rebotan” facilmente nos obxectos do seu arredor, así fanse un esquema mental de onde se atopan.

Os silbatos para cans son un claro exemplo de ultrason (esto é unha simulación do que un can pode escoitar cando soa un silbato deste tipo)

A acústica considera o son coma unha vibración que se propaga xeralmente no aire á unha velocidade de 343m/s (Aprox.1 km cada 3 segundos)

Aínda que non só se propaga polo aire, senón en calquera outro material, sexa gas, líquido ou sólido, pero non se pode propagar no baleiro. A velocidade coa que se propaga depende do material que sirve como medio de transporte. Calquera alteración das propiedades do material, como a súa temperatura, densidade, etc., fan variar a velocidad de propagación. Está demostrado que a intensidade dun son cambia ao variar a velocidade tocando un instrumento, polo que dedúcese que hai relacións físicas no son. A música viaxa a través do son formando ondas.

O son propágase formando ondas sonoras, que poden ser de dous tipos:

(Dependendo de como se desplacen as partículas polo medio)

Ondas lonxitudinales: Cando o movemento das partículas é paralelo á dirección de propagación.

Ondas transversales: Cando o movemento das partículas é perpendicular á dirección de propagación.

As ondas desprázanse en tódalas direccións formando “frentes de onda” Dependendo de como o fagan podemos abrir un subxénero dentro de ondas sonoras:

Ondas planas: Prodúcense cando a propagación da onda só se realiza nunha dirección.

Ondas esféricas: É unha onda tridimensional que se propaga coa mesma intensidade en tódalas direccións.

Ondas cilíndricas: As ondas cilíndricas proveñen de emisores con forma de liña, vibrantes, polo tanto as ondas dispérsanse uniforme e perpendicularmente en planos cilíndricos de idéntica fase, no cal cada emisor está localizado no seu centro.

Ondas progresivas: Cando os frentes de onda viaxan libremente transferindo enerxía.

Ondas estacionarias: Cando unha onda encóntrase limitada nun recinto, de forma que non existe transferencia neta de enerxía en ningunha dirección.

Características principais das Ondas sonoras:

-Amplitude: É a diferenza entre os valores máximos e mínimos do movemento ondulatorio nun punto.

-Frecuencia: É o número de veces que un fenómeno (período) se repite a sí mismo por segundo. Mídese en (Hz).

-Velocidade: É a velocidade á que viaxa a onda sonora. Depende do medio polo que se propaga, como xa mencionei anteriormente, e da temperatura tamén.

-Lonxitude de onda: É a distancia perpendicular entre dous frentes de onda que teñen a mesma fase. Esta lonxitude é a mesma que a recorrida pola onda nun ciclo completo de vibración.

Cando dúas ou máis ondas se cruzan nun mesmo punto, prodúcese a chamada interferencia, que é a superposición de dúas ou máis ondas da mesma frecuencia. As interferencias poden ser de dous tipos:

Interferencia destructiva: Prodúcese cando dá lugar unha superposición de dous ou máis ondas da mesma frecuencia, que ao interferirse crean un novo patrón de ondas de menor intensidade.

Interferencia constructiva: Producida da mesma maneira ca interferencia destructiva, exceptuando que crean un novo patron de ondas de mayor intensidade.

O Eco e a Reverberación son fenómenos que se producen en calquera recinto no que se propaga unha onda sonora.

O Eco prodúcese cando a señal acustica xa se extinguiu, devólvenos o sonido en forma de onda reflexada. Unha onda refléxase cando atopa un obstáculo que non pode traspasar nin rodear. O eco só é audible cando o tempo de retardo é de 1/10s respecto o son orixinal, a distancia da fonte sonora ten que ser de 17 metros.

A Reverberación defínese como a persistencia dun son despois da extinción da fonte sonora debido ás múltiples ondas reflejadas que continúan chagando ao oído. É a contínua volta de son causada por efectos de acústica ambiental.

O son producido nunha habitación normal vese algo modificado polas reverberacións debidas ás paredes e aos mobles; por esta razón, un estudo de radio ou de televión debe ter un grado de reverberación moderado para conseguir unha reproducción natural do son.

Esta foto móstranos o tipo de material do que teñen que ser cuvertas as paredes dun estudio de grabación ,por exemplo, para evitar o fenómeno da reverberación.

Que son os armónicos?

Os armónicos son unha serie de vibracións secundarias que acompañan a unha vibración primaria ou fundamental do movimento ondulatorio (especialmente nos instrumentos musicais).

En que consiste a Reflexión, refracción e difracción das ondas?

A reflexión é o rebote da onda sobre un medio transparente ao sonido, coma unha pared de formigón por exemplo. Este é o fenómeno máis importante a ter en conta ao deseñar unha sala onde a calidade de son sexa importante.

Á continuación unha imaxe que mostra como se produce a reflexión:

Esto pode dar lugar a que recibamos nun recinto, tanto o son orixinal como o reflexado, se o tempo transcurrido entre un son e outro é de 1/10 de segundo prodúcese o fenómeno da reverberación.

A refracción é o fenómeno debido ás variaciones do medio transmisor, ao cambio de medio, modificando a velocidade e a dirección da onda sonora.

Imaxe dun exemplo de refracción, neste caso no vento:

A difracción é un fenómeno puramente ondulatorio; ao igual que ocorre nas ondas dun estanque ao que se lles opón un obstáculo, se este ten unha perforación dun tamaño maior ca lonxitude de onda, estas transmítense como se o orixen das ondas fora a perforación.

A imaxe que aparece a continuación mostra un exemplo de difracción do son:

Que é o efecto Doppler? É a variación da frecuencia en función da velocidade. Foi descuberto por Christian Andreas Doppler. A continuación este vídeo amósanos un claro exemplo de efecto Doppler.