Sonido y música

SONIDOS Y MUSICA

UN PLANETA DE SONIDOS

Pasa una moto por la noche, en pocos instantes muchas personas se desvelan pero el silencio absoluto..., la falta de referencias sonoras también resulta penosa. El sonido nos sitúa en el espacio. Previene al animal que está dentro de nosotros del peligro. Nos comunicamos con sonidos. Intercambiamos palabras sonidos, músicas. Vivimos en un planeta de sonidos. Sonidos que recordamos de nuestra infancia y que se mantienen en la memoria. Sonidos de tormentas, campanas, motores, silbidos... A veces escuchamos hasta el sonido de nuestro corazón.

Experimento : Un planeta de sonidos

Materiales

Ordenador, amplificador, salida de auriculares, sonidos pregrabados en el ordenador, altavoz.

Procedimiento

Con un reproductor de sonidos  se ejecutan diferentes archivos sonoros: tormenta, campanas, motores, silbidos..., un corazón. Estos sonidos se llevan a un amplificador y luego al altavoz.

¿QUÉ ES EL SONIDO?

El sonido procede de los objetos que vibran. Para que llegue hasta nuestro oído, el sonido necesita algún medio para viajar.

El sonido es una onda longitudinal, una vibración que se propaga por un medio: el aire, el agua, los sólidos. Se puede tener una idea de cómo el sonido viaja a través del aire enviando pulsos a lo largo de un muelle slinky. Si se empuja un extremo del muelle hacia adentro, viaja un pulso hacia adentro. Si se pulsa el extremo hacia adentro y hacia fuera, un haz de estos pulsos viaja a través del muelle como una onda. Una onda que se llama longitudinal  porque las espiras del muelle vibran hacia delante y hacia atrás en la misma dirección en la que están vibrando los pulsos.

De la misma manera, las vibraciones del altavoz hacen que existan zonas en el aire en que está más comprimido que lo habitual. Entre una compresión y la siguiente hay una zona en la que el aire está más expandido que lo habitual. Pero el aire mismo no viaja desde la fuente al receptor, únicamente vibra hacia delante y hacia atrás.

Experimento : El sonido es una vibración que se transmite por un medio

Materiales

Slinky, vela, generador de funciones, amplificador, generador de funciones, motor de altavoz

Procedimiento

-Con la ayuda del slinky se explica como las ondas sonoras son ondas longitudinales de compresión.

- Se coloca el motor de altavoz (conectado al amplificador y al generador de funciones) frente a la vela. En la escala de 1 Khz se ajustan la frecuencia y en amplificador el volumen necesarios. Puede verse como oscila la vela y esta oscilación aumenta con el aumento de la frecuencia. Así puede conseguirse que la vela incluso se apague.

Cuando se hace vibrar un slinky, cuanto más rápidamente se mueve la mano, se envían más pulsos en cada segundo. El número de pulsos por segundo se llama frecuencia de la onda. El número de pulsos de compresión del aire que se producen por segundo es la frecuencia de la onda. Se mide en Hz o ciclos por segundo. Lo agudo o grave de un sonido depende  de la frecuencia. Cuanto mayor frecuencia tenga un sonido nos parece más o menos grave. Un sonido será tanto más intenso cuanto mayor sea su amplitud.

La longitud de onda de una onda longitudinal es la distancia de la mitad de una compresión a la siguiente (o a la mitad de una rarefacción a la siguiente). Se mide en metros.

La velocidad de onda nos dice lo rápidamente que una onda viaja a través del medio. Se mide en metros por segundo. Se propaga mucho más lentamente que la luz pero tanto más rápidamente cuanto más denso sea el medio. En el vacío no se puede propagar. Nuestro planeta es un globo de sonidos en un espacio interestelar inmensamente silencioso.

Existe una relación entre ambas:

Velocidad de onda = frecuencia * longitud de onda

No se puede ver una onda sonora. Pero si se puede ver una gráfica de cómo cambia la presión cuando avanza la onda. Un micrófono es un dispositivo que convierte una onda sonora en un patrón eléctrico (que se amplifica y convierte en una señal digital con la ayuda del sistema de adquisición de datos y que después se muestra en la pantalla de un ordenador)

Experimento Características de un sonido

Materiales

Ordenador, micrófono con amplificador, interfase, fuente de alimentación para interfase, conector de la interfase al puerto serie, equipo de proyección que muestra la imagen que aparece en el monitor del ordenador, diapasones de 440 Hz y 1000 Hz, macillo, secador de pelo.

Procedimiento

Una vez conectado el equipo, uniendo el micrófono con su amplificador a la entrada analógica 1. Se inicia el programa Loggerpro situado en la ventana Vernier Software. Se comprueba que ha detectado la interfase Labpro. Se abre el archivo y en Física con ordenador se escoge el experimento 22 (Vocales y sonidos telefónicos). Aparecen dos pantallas. En la primera aparecerá la forma de la onda con respecto al tiempo (el voltaje que genera el micrófono frente al tiempo) y en la segunda se mostrarán las frecuencias componentes del sonido que se registren.

Se golpean los dos diapasones. En ambos aparece una sola frecuencia (440 Hz, un La y 1000 Hz).

Luego se pone en marcha el secador de pelo. El ruido que produce contiene un continuo de frecuencias.

EL OÍDO

La onda sonora captada por el pabellón de la oreja hace vibrar la membrana que cierra el oído medio: el tímpano. Tres huesecillos transmiten estas vibraciones a otra membrana, la ventana oval. Después la onda se propaga en la cóclea, una largo tubo en espiral relleno de líquido y tapizada de millares de pestañas conectadas al nervio auditivo. El sonido convertido en informaciones nerviosas, es interpretado entonces por el cerebro.

La intensidad del sonido se mide en decibelios (dB), según una escala que corresponde a la sensibilidad del oído humano. Una mosca que vuela próxima registra 0 dB. 120 dB registra un avión que despega a 100 metros, nuestro oído sobrepasa el umbral del dolor. Este receptor extremadamente sensible es también extremadamente frágil. Sometido a ruidos intensos el oído envejece rápidamente.

Experimento La intensidad del sonido

Materiales

Sonómetro, generador de señales, amplificador, motor de altavoz

Procedimiento

-Se miden las intensidades sonoras de distintos sonidos que se producen: alguien habla, alguien grita, muchos gritan.

-Se conecta el generador de señales, el amplificador y el altavoz, y se emiten sonidos muy intensos que recoge el sonómetro.

Un oído con buena salud es capaz de distinguir frecuencias situadas entre 20 Hz en los graves y 20000 Hz en los agudos. El espectro de frecuencias que una persona puede captar depende de sus características y por supuesto de su edad. Las frecuencias por encima de 20000 Hz se llaman ultrasonidos. Muchos animales (incluyendo perros y murciélagos) pueden oír ultrasonidos.

En la siguiente tabla se incluyen los rangos de audición de algunos animales:

• Cocodrilo de 50 a 4000 Hz
• Pez de agua dulce de 32 Hz a 5000 Hz
• Rana de 50 a 10000 Hz
• Gorrión de 100 a 10000 Hz
• Hombre 16 a 20000 Hz
• Grillo 400 – 28000 Hz
• Chimpancé por encima de 35000 Hz
• Rata por encima de 40000 Hz
• Gato por encima de 50000 Hz
• Murciélago 7 a 96000 Hz
• Delfines desde 40 a 100000 Hz  

 Experimento Los umbrales de la percepción

Materiales

Generador de frecuencias, amplificador, altavoz, sonidos de animales

Procedimiento

- Se producen sonidos cada vez más agudos. Los asistentes van levantando las manos cuando dejen de percibir el sonido.

- Se seleccionan las frecuencias dentro de los intervalos que pueden escuchar diferentes animales (escogidos en la tabla de arriba) y se ve si los asistentes pueden escucharlos.

ECOLOCALIZACIÓN

Los delfines emiten ultrasonidos en forma de silbidos. Estos sonidos cuando se reflejan le dan al animal información sobre los alrededores a una distancia mucho mayor que puede proporcionar su visión bajo el agua. Los delfines utilizan esta información para localizar pequeños pececillos para comer. Los murciélagos utilizan un procedimiento semejante. También para localizar submarinos (sonar)...

En medicina se dirigen ultrasonidos hacia el cuerpo. Se reflejan como ecos donde los tejidos cambian de un tipo hacia otro, por ejemplo en el borde de un órgano. El tiempo entre el pulso y su eco nos dice lo lejos que el órgano está de la superficie. Este sistema se utiliza por ejemplo para examinar los niños en el interior de las madres embarazadas. La información que capta el detector se lleva a un ordenador que construye gradualmente una imagen del niño en la pantalla de un monitor.

Experimento : Seguir movimientos

Materiales

Ordenador, interface..., sensor de movimiento...

Procedimiento

- Se conecta el equipo, se elige el archivo Exp 01 Graph matchin y Exp 01 a). Un asistente se mueve frente al ordenador... y una gráfica distancia-tiempo refleja el movimiento. El equipo utiliza ultrasonidos para medir las distancias como ciertas máquinas de fotografía (las Polaroid...).

Experimento : Resonancias sonoras

Materiales

Dos diapasones (uno con jinetillo) de 440 Hz, un generador de funciones, un amplificador, un motor de altavoz, una pelota de ping-pong sujeta a un hilo.

Procedimiento

- Cuando se hace vibrar uno de los diapasones de 440 Hz frente a otro igual con la pelota de ping-pong pegada a él la pelota de ping-pong oscila. Esta oscilación no se observa si colocamos el jinetillo sobre el diapasón.

- Se conecta el generador de funciones al amplificador y este al altavoz. Frente a él se coloca uno de los diapasones con la pelota de ping-pong pegada a él. Cuando en el generador de señales se sintoniza la frecuencia y se aumenta el volumen en el amplificador la pelota empieza a oscilar.

INSTRUMENTOS MUSICALES

Los instrumentos de cuerda tienen cuerdas tensas sobre una caja de madera. El violín y la guitarra son instrumentos de cuerda. El sonido se produce pulsando las cuerdas. (El piano es un instrumento de percusión porque las cuerdas se golpean)

El tono de estos instrumentos depende de la longitud y grosor de las cuerdas. Cuanto más larga sea la cuerda menos vibraciones produce y por lo tanto más bajo es el tono. Así cuerdas más tensas y delgadas producen tonos más altos. Cuerdas menos tensas producen sonidos con tonos más bajos.

¿Has soplado sobre el borde de una botella abierta para producir sonidos?. En los instrumentos de viento, como la trompeta o la flauta, el aire se sopla a través de pequeñas aberturas hechas en un tubo. El chorro de aire (columna de aire) en el interior del instrumento vibra. En algunos instrumentos de viento se utiliza una lengüeta.

El tono que se produce depende de la longitud de la columna de aire y lo rápidamente que vibra. Una columna de aire produce sonidos más bajos. Una columna corta produce sonidos más largos.

Los instrumentos de percusión incluyen tambores, címbalos, campanas y gongs

Los sonidos naturales son complejos y formados por muchos componentes: cada sonido tiene un perfil que es propio, el timbre. Así se puede diferenciar el timbre de diferentes instrumentos musicales: no suena igual una flauta que un violín, que un piano, aunque estén emitiendo la misma nota. A un ruido no le corresponde ningún patrón definido.

https://www.la-corrala-de-la-ciencia.es/instrumentos-musicales/

Experimento Análisis de sonidos de sonidos musicales

Materiales

Ordenador, micrófono con amplificador, interfase, fuente de alimentación para interfase, conector de la interfase al puerto serie, equipo de proyección que muestra la imagen que aparece en el monitor del ordenador, diferentes instrumentos (guitarra, violín, flauta,...)

Procedimiento

Una vez conectado el equipo, uniendo el micrófono con su amplificador a la entrada analógica 1. Se inicia el programa Loggerpro situado en la ventana Vernier Software. Se comprueba que ha detectado la interfase Labpro. Se abre el archivo y en Física con ordenador se escoge el experimento 22 (Vocales y sonidos telefónicos). Aparecen dos pantallas. En la primera aparecerá la forma de la onda con respecto al tiempo (el voltaje que genera el micrófono frente al tiempo) y en la segunda se mostrarán las frecuencias componentes del sonido que se registren.

Se toca una nota en cada uno de los instrumentos. Ahora se observa una nota fundamental y armónicos componentes en cada instrumento. Es el timbre del instrumento.

 NOTAS MUSICALES

A cada nota musical le corresponde una frecuencia, los músicos las han clasificado atendiendo a la sensación que producen en el oído, lo que depende del gusto que está estrechamente ligado a la tradición cultural y a la educación musical. En el mundo occidental se ha observado que, cuando se escuchan dos notas musicales conjuntamente en lo que se llama armonía, la sensación más agradable corresponde a la relación 2 a 1. A este intervalo de frecuencias se le denomina octava musical.

En general, a una sucesión de notas cuyas frecuencias están en la relación sencilla entre sí se llama escala musical. La proporción entre dos notas se llama intervalo. Existen muchas escalas.

La más sencilla es la diatónica, cuyas frecuencias y sus proporciones se muestran en la tabla de arriba, en la que aparecen las notas de la octava de Do mayor.

Las notas de la octava siguiente tienen frecuencia doble que la de la de la tabla.  

En la escala cromática, que se utiliza frecuentemente en la música del mundo occidental, las octavas se divide en trece notas. Los símbolos # o b se denominan sostenido y bemol.

UN EXTRAÑO INSTRUMENTO MUSICAL INVENTADO POR FRANKLIN

¿Has tratado de hacer cantar un vaso de vino? Moja el dedo, muévelo a lo largo del borde de la copa, y al cabo de unos pocos segundos oirás un sonido muy especial, puro y brillante como el mismo cristal.

 Si hay algún contenido en la copa. Cuando se frota el borde se oye otro tono. Las copas se sintonizan añadiendo o quitando agua hasta que los dos vasos suenan juntos en un acorde simple... 

Desde la Edad Media, las copas se utilizaron para propósitos musicales. También en China y Persia...

El desarrollo más importante en la música del vidrio vino en cuando, en 1761, el joven  Benjamin Franklin escuchó un recital del virtuoso del vidrio.  Franklin quedó tan impresionado por el instrumento que buscó una manera de mejorarlo 

Franklin escogió 24 recipientes de vidrio con diferentes frecuencias y los montó en un eje giratorio horizontal concéntrico.  Impulsado por un pedal (como las antiguas ruecas o máquinas de coser, las copas de vidrio giraban, y el interprete sólo tenía que tocar los vasos.

Franklin llamó al instrumento armónica, en honor del lenguaje musical. Los bellos tonos del instrumento llamó la atención de muchos compositores que escribieron composiciones para él incluyendo Mozart y Beethoven.

Experimento : Copas cantarinas

Materiales

Copas de vino, cuchara o cuchillo, copas de cristal, cuchillo de mantequilla o cuchara, jarra con agua, equipo de adquisición de datos.

Procedimiento

-Se golpea una copa suavemente con la cuchara. Se analiza el sonido con el equipo de adquisición de datos y se busca la frecuencia fundamental de la copa.

-Se echa agua en la copa y se golpea de nuevo. Se añade agua hasta conseguir la nota deseada.

-Se ajusta la nota en las diferentes copas a las frecuencias de la escala diatónica.

El procedimiento anterior puede repetirse mojando con agua un dedo y haciéndolo pasar por el borde de la copa hasta que esta suene.

Experimento. El theremin

Se producen  sonidos con un theremin cuyos sonidos se producen moviendo las manos delante de dos antenas

https://www.la-corrala-de-la-ciencia.es/instrumentos-musicales/electronicos/theremin/

SONIDOS PARA COMUNICARSE

En principio la voz es un soplo de aire que desde los repliegues de la laringe, vibra por la acción de las cuerdas vocales. Después esta vibración es modelada: la laringe, la faringe, la nariz, la boca, son cajas de resonancia cada una de las cuales da prioridad a diferentes frecuencias. Según la “colocación” de la voz, se habla con la nariz, con la garganta... Con el paladar, la lengua, las mandíbulas, los dientes se forman las vocales y consonantes. El conjunto de procesos es controlado por nuestro oído

Cuando aprenden a hablar, los niños dejan su juego vocal para gobernar mejor los sonidos de su lengua materna. Cada una de estas lenguas tiene su propia musicalidad y no utiliza más que una parte de los recursos de la voz. El francés ignora la jota que se utiliza en el castellano. El inglés apenas pronuncia la u de los franceses. Para los europeos el tono de la voz no cambia el significado pero para los chinos los graves y agudos tienen un significado preciso. Para los bosquimanos un chasquido de la lengua no es un ruido parásito sino un elemento esencial del lenguaje. La voz es además una característica de cada personalidad.

¿Se comunican los delfines?

Los delfines emiten una gran variedad de sonidos clicks, gemidos, gorjeos, chirridos, ladridos, chillidos… y silbidos. Son capaces de mimetizar sonidos conocidos como el de un motor de barco, la risa de su entrenador...

Hemos visto que los delfines producen clics para localizar objetos bajo el agua. Esto les permite navegar, identificar presas, evitar obstáculos y depredadores. Los delfines utilizan los silbidos para mantener contacto dentro de su manada o cuando se encuentran con otras manadas de delfines. Sus silbidos pueden anunciar peligro, petición de ayuda o simplemente identificación. Los científicos piensan que cada delfín tiene su propio silbido, como nuestros nombres. Los silbidos pueden ayudar a los delfines a cazar cooperativamente y coordinar movimientos migratorios.

¿Tienen los delfines su propia lengua?. Durante muchos años, se ha intentado entender si la rica variedad de los sonidos de los delfines podían ser codificados, como un lenguaje secreto. Esto no ha podido ser confirmado

Experimento: La voz humana un instrumento para comunicarse

Materiales

Ordenador, micrófono con amplificador, interfase, fuente de alimentación para interfase, conector de la interfase al puerto serie, equipo de proyección que muestra la imagen que aparece en el monitor del ordenador

Procedimiento

Una vez conectado el equipo, uniendo el micrófono con su amplificador a la entrada analógica 1. Se inicia el programa Loggerpro situado en la ventana Vernier Software. Se comprueba que ha detectado la interfase Labpro. Se abre el archivo y en Física con ordenador se escoge el experimento 22 (Vocales y sonidos telefónicos). Aparecen dos pantallas. En la primera aparecerá la forma de la onda con respecto al tiempo (el voltaje que genera el micrófono frente al tiempo) y en la segunda se mostrarán las frecuencias componentes del sonido que se registren.

Se recoge y analiza el sonido de vocales y consonantes pronunciados por personas diferentes. La s, la f  tienen el aspecto de ruidos, en la producción de estos sonidos no intervienen la cuerdas vocales. Luego hay diferencias en como se pronuncia en otros idiomas: en inglés, en francés, en japonés, en chino...

Se analizan también sonidos producidos por delfines...

El canto utiliza más ampliamente los recursos de la voz, los tiroleses se comunican de una montaña a la otra. La técnica del bel canto permite a los cantantes de opera conservar el timbre, la exactitud, la musicalidad, con una intensidad impresionante.

Las ranas machos también cantan. Las diferentes especies cantan canciones diferentes. Los machos tienen una voz más intensa. Algunas hembras tienen voz también pero menos intensa. Los machos cantan para atraer a las hembras. Algunas ranas tienen un saco vocal que llenan con aire que luego impulsan para hacer la voz aún más intensa, como un amplificador. Algunos machos utilizan su voz para marcar su territorio frente a otros machos de la misma especie.

Experimento La voz humana instrumento musical

Materiales

Ordenador, micrófono con amplificador, interface, fuente de alimentación para interfase, conector de la interfase al puerto serie, equipo de proyección que muestra la imagen que aparece en el monitor del ordenador, ranas

Procedimiento

Una vez conectado el equipo, uniendo el micrófono con su amplificador a la entrada analógica 1. Se inicia el programa Loggerpro situado en la ventana Vernier Software. Se comprueba que ha detectado la interface Labpro. Se abre el archivo y en Física con ordenador se escoge el experimento 22 (Vocales y sonidos telefónicos). Aparecen dos pantallas. En la primera aparecerá la forma de la onda con respecto al tiempo (el voltaje que genera el micrófono frente al tiempo) y en la segunda se mostrarán las frecuencias componentes del sonido que se registren.

Se analizan las notas que emiten asistentes que tratan de emitir sonidos más o menos musicales. También se escuchan cantos de ranas

En la siguiente página Web aparece un estudio de la voz y luego diferentes géneros musicales basados en la voz

https://www.la-corrala-de-la-ciencia.es/instrumentos-musicales/la-voz/