jueves, 22 de febrero de 2018

Estudio y sonoridad de madera para guitarra – Parte 18




La cuerda está vibrando con muchas frecuencias al mismo tiempo. Ahora bien, resulta que de todas las frecuencias hay una, la de mínimo valor, que es la que tiene mayor energía. A esta frecuencia se le llama la fundamental. Las otras frecuencias con las que también vibra la cuerda tienen valores que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental; esto es, tienen valores que son 2, 3, 4,... veces el valor de la frecuencia fundamental, que son los sobretonos o armónicos de la fundamental.

El conjunto de frecuencias a las que vibra un cuerpo se llaman frecuencias naturales o modos normales de oscilación. Los valores de las frecuencias naturales dependen de las características del cuerpo particular. En el ejemplo de la cuerda antes mencionado, las frecuencias naturales dependen de la longitud de la cuerda, de su masa y de la tensión a que esté. Mientras más pesada sea la cuerda, menor será la frecuencia que emita, es decir, su tono será más grave. Además, mientras mayor sea la tensión a la que esté sujeta la cuerda, mayor será la frecuencia de sus sonidos, o sea, será más agudo. Finalmente, mientras más corta sea la cuerda más agudo será el tono de sus sonidos.
Existen muchos otros sistemas que pueden vibrar. En general, cada uno de ellos puede vibrar solamente con una o varias frecuencias, o sea las frecuencias naturales. De estas frecuencias la mínima es la fundamental y las otras son los sobretonos. No siempre ocurre que los sobretonos sean múltiplos enteros de la fundamental; por ejemplo, en un tambor los sobretonos no son múltiplos de la frecuencia fundamental.

Cuando uno perturba cualquier sistema que puede vibrar se generan ondas de muchas frecuencias. Resulta que aquellas ondas, con frecuencias que no son iguales a alguna de las naturales, se disipan muy rápidamente, quedando solamente las ondas, que sí tienen frecuencias iguales a alguna de las naturales. Es decir, en general, el sistema vibra con la frecuencia fundamental y algunos de sus sobretonos.

Supongamos ahora que un agente externo perturba un sistema que puede vibrar. En este caso el sistema empieza a vibrar. La forma en que vibre dependerá de la o las frecuencias que imprima el agente externo. Si la frecuencia de la perturbación no es igual a ninguna de las frecuencias naturales del sistema, entonces el sistema vibrará con determinada amplitud, que en general será pequeña. Sin embargo, si el valor de la frecuencia de la perturbación se acerca al valor de alguna de las frecuencias naturales del sistema, la vibración que ocurre empieza a tener una amplitud grande; mientras más cerca esté de una de las frecuencias naturales, mayor será la amplitud. Si resulta que la frecuencia de la perturbación es igual a una de las naturales, entonces la vibración tendrá una amplitud muy grande. Se dice que el agente externo está en resonancia con el sistema.

Puede ocurrir que esta amplitud sea tan grande que el sistema no sea capaz de tolerarla y se destruya. Podemos citar el siguiente ejemplo: un edificio es un sistema mecánico que puede vibrar, y por tanto tiene un conjunto de frecuencias naturales de oscilación. Sobre el edificio puede incidir un golpe de viento, que es una perturbación que contiene muchas frecuencias. Si resulta que una de las frecuencias con las que vibra el viento es igual a alguna de las naturales del edificio, entonces el edificio empezará a oscilar con una amplitud muy grande que puede causarle daños. El viento habrá entrado, en este caso, en resonancia con el edificio.

Otra perturbación que puede afectar a un edificio es la de una onda sísmica, que también contiene ondas de muchas frecuencias. Si resulta que una de éstas es igual a alguna de las naturales del edificio, entonces la onda entra en resonancia con el edificio y lo puede dañar. En el terremoto que sufrió la ciudad de México en septiembre de 1985, las ondas sísmicas contenían una frecuencia de 0.5 Hz. Resulta que éste era el valor de la frecuencia natural de un buen número de edificios de alrededor de seis pisos. La consecuencia fue su destrucción.

Otro ejemplo impresionante de resonancia ocurrió en 1940 con un puente en la ciudad de Tacoma, en el estado de Washington en Estados Unidos. Poco tiempo después de su inauguración, un vendaval sacudió la zona. En el viento había una onda de frecuencia igual a una de las naturales del puente. Éste entró en resonancia con el viento, con la consecuencia de que su amplitud fue tan grande que se destruyó.

Si un cantante emite con su garganta una nota de cierta frecuencia, por ejemplo el la de 440 Hz, cerca de un piano (con sus apagadores desconectados) o un violín, se observará que cualquiera de estos instrumentos empezará a vibrar en la nota la: En este caso, el sonido emitido por el cantante entró en resonancia con el instrumento musical y lo puso a vibrar.

Hemos de mencionar que hay otros ejemplos de resonancia que no son destructivos. Las moléculas que componen las sustancias pueden absorber y emitir ondas luminosas solamente de ciertas frecuencias. Éstas son sus frecuencias naturales. Si a una sustancia le llega una luz que contiene a todas las frecuencias, por ejemplo la luz blanca, entonces las moléculas de la sustancia absorberán solamente las ondas que tengan frecuencias iguales a alguna de sus frecuencias naturales y dejarán pasar o reflejarán a las otras. Éste es un fenómeno de resonancia. Si observamos la sustancia, a nuestros ojos llegarán las ondas reflejadas por ella. Por tanto, el color que le asignemos corresponde a las frecuencias que no son iguales a las naturales. En consecuencia, el color que asignamos a una sustancia está relacionado con un fenómeno de resonancia.

Presión

Un concepto muy importante para entender la transmisión del sonido en el oído es el de la presión. Supongamos que se aplica una fuerza sobre una superficie extendida. Un ejemplo es cuando estamos parados con un solo pie. En este caso todo el peso de nuestro cuerpo se aplica al suelo, pero no en un solo punto sino sobre toda la superficie de nuestro pie que está en contacto con el suelo. De esta manera, por así decirlo, la fuerza que aplicamos al suelo se distribuye a lo largo del área en que se aplica. Si pesamos 70 kg y nuestro zapato tiene un área de 250 cm2, entonces vemos que en cada cm2 de contacto se está aplicando una fuerza de (70/250) = 0.28 kg. A la fuerza que se aplica en cada cm2 de superficie se le llama presión. En nuestro caso, el cuerpo está aplicando una presión de 0.28 kg/cm2.


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