Ciencia y Música/cym2017-bonetto

Salidas. Audio, instrumentos. Vientos, en especial los de lengüeta simple: El clarinete.

Las investigaciones sobre la acústica de los instrumentos musicales no se han desarrollado tanto como otros campos de la acústica. Tal vez el músico debería llevar la iniciativa de esta empresa. Es posible también que no muchos músicos se interesen por la física.La acústica musical requiere de dos disciplinas diferentes: la música y la ciencia y ambas deben complementarse pasa avanzas en estos temas.

El desarrollo de los instrumentos de viento madera fue práctico, empírico, prueba y acierto o error.

Gioseffo Zarlino(1517-1590), tal vez el teórico musical más relevante del Renacimiento,desarrolló y explicó ma escala cromática basada en la serie de los armómicos en su tratado"Le institutioni armonice"(1558), esto constituyó un importante avance en el estudio de la acústica de los instrumentos de viento. El médico, físico y matemático suizo Johann Bernelli realizó un profundo estudio sobre los tubos sonoros. Llamaremos "tubos sonoros" a aquellos que contienen una columna de aire (o cualquier otro gas) capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada.El verdadero "cuerpo sonoro" es la columna de aire, si bien el tubo define su forma y de acuerdo al material con que está hecho, también definirá ciertas casacterísticas del timbre, no influirá en los comportamientos de aquella.

Los tubos sonoros se pueden clasificar de diversas maneras: según su forma, según la cantidad de aberturas y según la forma de excitación de la columna de aire.

Según la forma, más allá de que sean rectos o posean curvas, los tres tipos básicos son : cónicos, cilíndricos y prismáticos. Según sus aberturas pueden ser abiertos o cerrados. Según la forma de excitación pueden ser de embocadura o de lengüeta. A su vez, dentro de los de embocadura se distinguen los de boquilla cónica y los de visel, y dentro de los de los de lengüeta, los de lengüeta simple (con boquilla) y doble(sin boquilla).

Las columnas de aire dentro de los tubos sonoros se comportan de forma análoga a las cuerdas vibrantes. Tienen "nodos"donde la vibración es nula, y vientres donde la vibración es máxima.

La vibración de las columnas de aire es longitudinal, donde los nodos son puntos de condensación y los vientres puntos de expansión. El punto de excitación nunca es un nodo pero no tiene que ser necesariamente un vientre, pudiendo ser algún punto intermedio.

Las vibraciones del aire contenido en un tubo pueden ser representadas mediante una sinusoide (analogía con las cuerdas).

Las siguientes observaciones conocidas como "Leyes de Bernelli", nos sirven para observar algunos comportamientos de los tubos sonsros cilíndricos:

1.-La frecuencia producida en las vibraciones del aire en un tubo sonoro es directamante proporcional a la presión del aire.

2.-La frecuencia correspondiente al sonido fundamental que puede producir un tubo es inversamente proporcilnal a la longitud del mismo.

3.-La frecuencia correspondiente al sonido fundamental emitido por un tubo abierto es el doble de la frecuencia fundamental emitida por un tubo cerrado de la misma longitud y el mismo diámetro.

4.-Al ir aumentando la presión del aire(comenzando con presión cero) en un tubo abierto se van produciendo los sonidos de la frecuencia fundamental, y luego(a medida que aumenta la presión) toda la serie de armónicos (n=2,3,4,5,6,...etc.)

5.-En un tubo cerrado (utilizando el mismo procedimiento), en cambio, se priducirán el sonido de la fundamental y luego sólo la serie de los armónicos impares (2n+1=3,5,7,9,...etc.).

Los primeros inrtrumentos de viento madera consistían en un tubo cilíndrico con cinco o seis orificios que les permitían emitir notas dentro del rango de una octava. Ejerciendo mayor presión de airese podían tocar notas dela octava superior. El clarinete se comporta de manera diferente. Pertenece a la categoría de tubos sonoros cilíndricos cerrados, por lo tanto no emite los armónicos pares, en consecuencia no emite una octava superior aumuntando la presión del aire, emite una duodécima (octava +quinta). El clarinete, según la mayoría de los autores, deriva del "chalumeau", antiguo instrumento conformado por un tubo cilíndrico con siete u ocho agujeros que se obturaban con los dedos. La embocadura es una lengüeta batiente simple, parecida a la del clarinete actual. Esto permitía abarcar un registro de no más de una octava. Al tratar de obtener sonidos más agudos, se producía el "salto de quinta"y el timbre cambiaba notablemente, además la afinación era muy defectuosa e imposible de controlar.Johannn Denner (1655- 1707) , músico y luthier, tratando de perfeccionar el instrumento, le colocó una llave que le permitía producir los sonidos a la duodécima superior con cierta facilidad. A este instrumento, Denner lo llamó “clarín” pues estos sonidos agudos recordaban el timbre de aquel instrumento de bronce. Posteriormente, el instrumento comenzó a conocerse con el nombre de clarinete. El primer clarinete (1701) tenía ocho orificios para obturar con los dedos y dos llaves. La lengüeta batiente ( caña”) se ataba fuertemente a una boquilla de madera la cual podía separarse del cuerpo del instrumento (como en el clarinete actual). Durante el siglo XVIII se montaron llaves suplementarias que permitían emitir todos los semitonos y “unir” los diferentes registros. El sistema era complicado y cada luthier tenía el suyo hasta que, en 1812, Iván Müller (1786-1854) presentó su sistema de trece llaves en el Conservatorio de París y rápidamente fue adoptado en casi toda Europa. Hacia 1840, Theobald Böhm (1794-1881) inventa un ingenioso mecanismo para la flauta que consistió en un cambio radical en la ubicación de los orificios y un sistema de llaves muy parejo y lógico. En 1843, el clarinetista griego Hyacinthe Klosé (1808-1880) adaptó el sistema de Böhm al clarinete. Este sistema permanece vigente actualmente, si bien aparecieron otros diseños, el llamado “sistema Böhm” evidentemente es el más popular entre los clarinetistas. Algunas apreciaciones técnicas Un clarinetista, al ejecutar su instrumento, produce un flujo de aire con una presión muy inferior a la atmosférica (circa 30 hPa, es decir, un 30% de la presión atmosférica). Esta es la fuente de poder que acciona al instrumento. Haciendo una analogía con la corriente eléctrica, se trataría de una corriente continua. El sonido es producido por un movimiento vibratorio del aire (análogamente, una corriente alterna). En el clarinete, la lengüeta o caña actúa como un oscilador (“circuito tanque”). La caña en combinación con el aire dentro del instrumento, produce un movimiento oscilatorio en el flujo y la presión de la columna de aire. Parte de esta energía vibrante (corriente alternada) sale del instrumento como sonido. Pero otra parte importante de esta energía se transforma en calor al friccionar la pared del tubo dentro del instrumento. El aire vibra en una frecuencia que será determinada por la combinación de llaves y obturación de orificios que elije el ejecutante. Según John Backus (The acoustical foundations of music) hay dos Herramientas fundamentales para llevar a cabo el estudio acústico de los intrumentos