Física De Los Tubos Sonoros

Física de los Tubos Sonoros

Juan Manuel Gallego Rodríguez Conservatorio Superior de Música “Manuel Castillo”

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Portada……………………………………………………..……...…1 Índice………………………………………………………..…….…2 Física de los tubos sonoros………………….……….……………..3 Clasificación de los tubos sonoros…………………..…………3 Cómo se obtiene una sensación sonora mediante un tubo abierto: producción, propagación y recepción del sonido de los instrumentos de vientometal......................................................................................................4 1. La producción del sonido……………..……………………4 2. La propagación del sonido…………………………………4 3. La Recepción del sonido…………………………………...6 Características específicas de la trompeta como tubo sonoro…….7  Serie de Armónicos de la Trompeta………....……………………7 Diferentes tipos de trompeta: Características constructivas y de sonoridad………………………7 Antecedentes de la trompeta actual……………………………………7 Trompetas de uso actual……………………………………………….9 Bibliografía………………………………………………………….10

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Física de los tubos sonoros. El conocimiento de los aspectos que determinan la producción, propagación recepción del sonido es materia que debería interesar a todos los músicos, pues ello nos ayudaría a entender mucho mejor la música como manifestación física de un fenómeno sonoro y como aplicación artística de los infinitos recursos que del sonido se derivan. Del estudio del sonido, en los tres ámbitos citados, se ocupa la acústica. Concretamente podemos distinguir tres ramas de la acústica: la acústica física que realiza el estudio objetivo de los fenómenos sonoros, la acústica musical que trata de las relaciones entre los datos científicos y su aplicación práctica y técnica en el arte. Y por último, la acústica fisiológica que atendería al estudio del aparato auditivo y la sensación sonora. Centrándonos en el objeto de nuestro estudio, es decir, el comportamiento acústico de los instrumentos de viento metal, convendremos en que puede resultar muy beneficioso conocer cómo funcionan eso tubos sonoros y cuál es la utilidad técnica, y consecuentemente artística, que este conocimiento puede reportar a cualquier instrumentista que se precie. Empezaremos por definir lo que son tubos sonoros. Según Tirso de Olazábal se llaman tubos sonoros “aquellos que contienen una columna gaseosa capaz de producir sonido al ser convenientemente excitada”. El mismo autor aclara inmediatamente que el cuerpo sonoro es la columna gaseosa y no el tubo que la contiene, y establece una clasificación del os tubos sonoros que inmediatamente detallaremos.

Clasificación de los tubos sonoros. Los tubos sonoros se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios: 1) Según el número de aberturas que poseen. 2) Según su forma. 3) Según el modo de excitación de la columna de aire. 1) Según el número de aberturas que poseen, podemos distinguir entre tubos cerrado (en acústica se denominan tubos cerrados aquellos que tienen una sola abertura) y tubos abiertos (los que poseen dos o más). 2) Según su forma, los tubos sonoros se pueden clasificar en cónicos, cilíndricos y prismáticos. “Los tubos prismáticos- como señala Olazábal- se utilizan solamente en ciertos registros de órgano y en algunos instrumentos primitivos; los demás instrumentos poseen tubos cilíndricos, cónicos o de tipo intermedio”. Sobre la forma de los tubos habría que hacer las siguientes puntualizaciones: 1ª. Los tubos sonoros pueden ser doblados sin que esto afecte al comportamiento de la columna de aire que contienen. Sólo hay que tener en cuenta que los radios de curvatura de las curvas que describen sean grandes con respecto al radio de su sección normal. 2ª. La forma exterior del tubo puede no corresponder a la interior, pero es esta última la que interesa puesto que es la que define la forma de la columna de aire. 3) Según el modo de excitación de la columna de aire los tubos se clasifican en tubos de embocadura, tubos de lengüeta y tubos de boquilla. Como aclara Olazábal,”esta clasificación no el muy lógica pues la boquilla desempeña un

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papel accesorio en la excitación”. Sería mucho más lógico clasificar los tubos de boquilla como instrumentos de lengüeta labial o membranácea. ¿Cómo se obtiene una sensación sonora mediante un tubo abierto: producción, propagación y recepción del sonido de los instrumentos de viento-metal? La sensación sonora se puede provocar de diferentes formas, como ya se ha dicho, según sea el modo en que excitemos la columna de aire que hay en el interior del tubo. En el caso concreto de los instrumentos de viento-metal, la excitación de la columna aérea se inicia con la vibración de los labios dentro de la boquilla y culmina finalmente al percibir nuestro oído lo que calificamos como sensación sonora (que se traducirá en sonido o ruedo, según sean las vibraciones captadas regulares o irregulares) Analicemos este proceso paso a paso. 1. La producción del sonido. Los instrumentos de viento-metal se consideran tubos abiertos puesto que están abiertos por sus dos extremos. Hay que hacer la salvedad de que uno de los extremos es mucho más cerrado que el otro. O lo que es lo mismo, un extremo del tubo, que es donde se coloca la boquilla, es de diámetro sensiblemente inferior al otro que denominamos “campana” o “pabellón”. La boquilla, por lo que se refiere a estos instrumentos, es un trozo de tubo con forma aproximada de embudo, copa o taza que se construye como un accesorio independiente del instrumento (al menos en la actualidad), que se acopla al tubo principal o tudel del instrumento para que se adose convenientemente a los labios del ejecutante. Son los labios del instrumentista los que provocan una vibración en el interior de la boquilla, actuando del mismo modo que una lengüeta batiente doble, por lo cual dice Olazábal que forman “una lengüeta doble membranácea”. Este procedimiento para excitar las vibraciones de una columna de aire es lo que Robert Donington denomina “tono de lengüeta”. El principio del tono de lengüeta consiste en que la corriente de aire supera en primer lugar una resistencia inicial, obligando a apartar los labios, hasta que esa fuerza sea superada por la fuerza de elasticidad recuperadora, tras lo cual el hueco se cierra de nuevo. La reiteración de impulsos tiende a ser periódica y ha producir una vibración que puede excitar una columna de aire adyacente a frecuencias que se hallan en función de sus características naturales. La vibración producida por los labios en el interior de la boquilla entra en contacto con la columna contenida en el tubo sonoro y la excita, provocando un efecto que más adelante observáremos. Sólo e necesario recalcar, para acabar este punto. Que las vibraciones producidas por el instrumentista con los labios han de someterse a las frecuencias impuestas por la columna de aire contenida en el interior del tubo. Por este motivo, Olazábal precisaba que el cuerpo sonoro es el gas (aire) contenido y no el propio tubo, a diferencia por ejemplo de las cuerdas musicales en que ellas mismas constituyen el cuerpo sonoro. 2. La propagación del sonido. El sonido requiere para su propagación un medio elástico que vibre al transmitirlo. Puede ser un medio sólido, líquido o gaseoso; en este caso es un medio gaseoso: el aire.

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A grandes rasgos, podríamos explicar el mecanismo de propagación del sonido de la siguiente manera: cuando un cuerpo vibra en el aire, por ejemplo, de produce una compresión de sus moléculas que provoca una condensación (mayor densidad) como en todo medio elástico, hay una reacción contraria inmediata llamada rarefacción (menor densidad), lo cual provoca a su vez una condensación de las moléculas de las capas próximas y así sucesivamente. Las ondas sonoras se transmiten longitudinalmente. Se denomina longitud de onda (  ) es la distancia entre dos puntos M y M` que se hallan en un momento dado en el mismo estado vibratorio. Periodo (T) es el tiempo que tarda en recorrer esa distancia. La velocidad de propagación de una onda se conoce gracias a la ecuación del movimiento uniforme: e= v.t Sustituyendo e (espacio) por y t (tiempo) por T, tendremos:  = v.T. Con lo cual, obtendremos que v =/ T La velocidad de propagación del sonido es aproximadamente de 340m/s. Pero esto hay que precisarlo según rige la fórmula enunciada por Newton: “La velocidad del sonido está en razón directa al coeficiente de elasticidad del medio en que se propaga y en razón inversa de su densidad”. Por este motivo, la velocidad es mayor a medida que sube la temperatura, porque aumenta la elasticidad y disminuye la densidad. Además, había que constatar que la velocidad del sonido varía según sea el medio en que se propague: es mayor la velocidad de propagación en los sólidos, le siguen los líquidos y en último lugar se encuentran los medios gaseosos. Esta explicación realizada nos servirá para comprender lo que a continuación expondremos. Habíamos descrito en el punto anterior cómo la vibración producida por el instrumentista con los labios introducidos en la boquilla provoca una excitación en la columna de aire contenida en el tubo. Esta excitación provocaba a su vez un efecto: la formación de una onda estacionaria (onda estacionaria es aquella que resulta de la propagación de dos ondas de igual frecuencia y amplitud que se transmiten en la misma dirección pero en sentido contrario). En este sentido, las columnas de aire -como recuerda Olazábal- se comportan como cuerdas musicales: las columnas de aire vibrante poseen nodos. Puntos de condensación donde la vibración el nula, y vientres que son puntos de rarefacción, donde la vibración alcanza su máxima amplitud. La representación gráfica de la onda estacionaria será también en forma sinusoidal, según explica Olazábal: “La vibración del aire contenido en un tubo puede representarse indicando las condensaciones y rarefacciones del aire con puntos o líneas que corresponden a las moléculas de aire, mediante la porción de sinusoide correspondiente al estado vibratorio que se quiere representar, o representando dentro del tubo las ondas componentes de la parte de onda estacionaria que contiene”. Reflexionemos ahora un momento sobre estas palabras de Robert Donington: “Todo músico, cada instrumentista, cree que el sonido que produce es puro. Con ello se quiere significar que el sonido que obtiene consta de la frecuencia requerida para dar su altura justa deseada. En cierto modo, ello es cierto, y en esta justeza radica la esencia de una buena ejecución. Pero en sentido estricto, tal denominación –sonido puro- es un error, pues todo sonido está integrado en una gradación variable de unos componentes que hacen de él un ente compuesto, un sonido complejo”. Podemos establecer, por tanto, una clasificación entre los sonidos: distinguiremos entre sonidos simples (o puros) y compuestos (complejos) Sonido simple es el producido por las vibraciones de un elemento único que da un sonido cuya frecuencia en percibida como nota con altura definida (sonido simple o puro sólo lo produce el diapasón y se aproximan los graves de 5

la flauta y los obtenidos en algunos registros de la flauta) Sonido compuesto es el que resulta de una vibración que llevan aparejadas unas sub-vibraciones que a su vez producen otros sonidos que se suman al fundamental (Los sonidos mencionados cuya combinación o mezcla producen el sonido complejo de denominan sonidos armónicos) También podríamos definir los sonidos compuestos como la superposición de varios movimientos vibratorios simples. En los extremos cerrados de un tubo siempre se producen nodos y en los extremos abiertos vientres de vibración. De es manera deducimos que el tubo, cuando vibra con un único nodo en el centro, produce el armónico fundamental. ¿Cómo obtendremos los siguientes armónicos? Si consideramos L como la longitud del tubo, podemos deducir que la longitud de onda de la fundamental es el doble de la longitud del tubo (=2.L). Si la frecuencia de la fundamental es la velocidad del sonido partido por la longitud de onda (n = v/ podemos deducir con la frecuencia de la fundamental será la velocidad del sonido partido por el doble de la longitud del tubo (n = v /2.L). A partir de aquí podemos sacar los demás armónicos con sólo multiplicar el número de orden del armónico a encontrar por la frecuencia de la fundamental, ya que si n22 = v/2= v// 2=2.v / =2.n. El tercer armónico será 3.n, el cuarto 4.n, etc. Por último cabría señalar en este punto tres leyes generales que rigen la vibración de los tubos sonoros. Tirso de Olazábal las enuncia así:  1ª “La frecuencia correspondiente al sonido fundamental que puede producir un tubo varía inversamente a la longitud el mismo” (cuanto mas largo es eltubo, menor es la frecuencia de vibración)  2ª “El sonido fundamental emitido por un tubo cerrado es la octava frave del sonido fundamental emitido por un tubo abierto de la misma longitud.”  3ª “Los tubos abiertos emiten la serie completa de los armónicos correspondientes a su longitud; los tubos cerrados emiten sólo los armónicos de orden impar.” Desde que la onda sonora sale del extremo abierto del tubo hasta llegar al oído del receptor, sufre generalmente diversas transformaciones. Son lo que se denominan fenómenos de propagación de las ondas sonoras: reflexión, refracción, difracción, absorción, eco y reverberación. 3. La Recepción del sonido. Las vibraciones propagadas en el aire llegan a nuestro oído y se transmiten por el conducto auditivo externo hacia el tímpano. La membrana del tímpano transmite esas vibraciones por medio de una cadena de huesecillos auditivos al oído interno y de ahí pasan al órgano de Corti (formado por pequeñas fibras situadas en el oído interno cerca de la terminación del nervio auditivo) provocando la excitación nerviosa que se traduce en una sensación sonora. Esta descripción muy somera y general podría valernos para comprender el proceso de recepción del sonido. Pero a nuestros oídos llegan mezclados sonidos diversos y ruidos que trasmitidos por el nervio acústico provocan una percepción compleja. Será nuestra agudeza auditiva la que nos dará la facultad de percibir ondas sonoras de menor o mayor intensidad (el oído humano sólo es capaz de captar sonidos situados entre 16 Hz y 20.000 Hz aproximadamente) lo que nos debe diferencia a los músicos del resto de las personas es la capacidad de distinguir dentro de una complicada sensación sonora los diferentes componentes de altura, timbre e intensidad que en ella se mezclan. Es decir, debemos tener oído musical. 6

CARACTERISTICAS ESPECÍFICAS DE LA TROMPETA COMO TUBO SONORO La trompeta está construida como un tubo abierto, estrecho y cilíndrico en uno de sus extremos y de forma cónica en el otro extremo que es el resultado por un pabellón muy acampanado. Estas características constructivas le confieren un timbre especial: “La consecuencia final en que resulta difícil obtener un contenido armónico más rico, por lo que la trompera se sitúa al frente del resto de los instrumentos de la orquesta en lo que a brillantez sonora se refiere”, según señala Donington. De la boquilla de la trompera podemos decir que, aunque hay muchos modelos, predomina la de forma d copa o taza, con un granillo de diámetro superior y con mayor profundidad en la actualidad que lo que venía siendo común hasta hace unas décadas (como ocurre con la mayoría de los instrumentos de metal). La extensión de la trompeta tipo es Si b (trompeta de uso más habitual) es según Tirso de Olazábal el obtenido mediante los armónicos 3 al 16, es decir: del Mi 3 al Si b 5. La trompeta consta de tres pistones (aunque en orquestas centroeuropeas se tocan trompetas de paleta, que son como cilindros). La forma de variar la longitud del tubo y obtener las siete posiciones con sus series armónicas es común al resto de los instrumentos de metal que utilizan este procedimiento y ya ha sido explicada anteriormente.  Serie de Armónicos de la Trompeta. En la trompeta en Do, la serie armónica de la 1ª posición sería:

DIFERENTES RIPOS DE TROMPETA: CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Y DE SONORIDAS. Antecedentes de la trompeta actual 1) Trompeta Natural. El antecedente más cercano de lo que es la trompeta actual lo encontramos en la trompeta natural que tuvo su esplendor a finales del Renacimiento y durante el Barroco. Las tonalidades en que están construidas estas trompetas eran fundamentalmente en Do y en Re. La trompeta cuya fundamental era el Do3 medía unos 2,43 m y la de Re3 tenía una longitud de 2,13 m aproximadamente.

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Se escribía habitualmente en Re porque era la tonalidad más comúnmente utilizada en el barroco. Para variar la tonalidad de la trompeta se utilizaban los “tornillos” (hay que recordar que la invención de los pistones no llegaría hasta principios del S. XIX). La “tocata” con la que se abre “Orfeo” de Monteverde es una de sus primeras apariciones escritas. El timbre de esta trompeta, era soberbio: “capaz de obtener un extraordinario poderío sonoro, pero también un sonido delicadamente moderado”. El registro más agudo se denominaba “clarito” y “se le encomendaban partes melódicas que habían de ser interpretadas sólo por especialistas, que cultivaban este registro hasta conseguir un extraordinario refinamiento, probablemente gracias a la pequeña ayuda que proporcionaba la utilización de una boquilla menos profunda y más angular de lo normal”, según Donington. Este mismo autor aclara que la trompeta par interpretar este registro clarito no era diferente. El arte de tocar el clarito fue decayendo hacia la época de Mozart (último tercio del S.XVIII). 2) Trompeta de varas Trompeta de varas del Renacimiento, conocida en España con el nombre de trompeta bastarda en aquella época (en Alemania, zugtrompete; en Francia, trompette a coulisse; en Inglaterra, slide trumpet; en Italia, tromba de tirarsi). La trompeta de varas no tenía como el trombón forma de U. consistía en una boquilla unida a un tubo o corredera interior deslizable- de hasta 40 cm de longitud- que penetraba en la sección del instrumento hacia fuera y hacia adentro. Esta el la trompeta que J. S. Bach utilizó en siete de sus cantatas. Nunca llegó a tener excesivo éxito: resurgió en el siglo XIX en Inglaterra, pero a partir de ahí prácticamente dejó de usarse. 3) Trompeta de llaves Esta trompeta supuso el intento de utilizar el sistema de agujeros propio de los instrumentos de madera, mediante la aplicación de al menos tres clavijas o llaves e el tubo principal del instrumento. Con este sistema, se podían obtener otros parciales imposibles de conseguir con la trompeta natural. Las primeras tentativas de este invento tuvieron lugar hacia los años sesenta del siglo XVIII, pero fue Antón Weidinger (1767 1852) quien dio a conocer esta modalidad de trompeta, presentándola en Leipzig en 1802. Para este intérprete (lo cual quiere decir, para este instrumento) escribieron F. Joseph Haydn y Johann N. Hummel sus famosos conciertos de trompeta: “Concierto en Mi b Mayor” y “Concierto en Mi Mayor”, respectivamente. Este instrumento no gozó de mucha aceptación porque tenía un timbre, a medio camino entre el oboe y la trompeta, que se alejaba del sonido característico de la trompeta. 4) Trompeta en Fa Como una evolución de la trompeta natural barroca surgió la trompeta en Fa, afinada a la 3ª superior de la trompeta en Re, es decir la fundamental es Fa 3: Más corta que las trompetas barrocas, pero más larga de tubo que las trompetas modernas. Fue un instrumento muy popular y apreciado a mediados del S. XIX. Este instrumento tenía una sonoridad muy llena en el registro medio y grave y abarcaba desde el tercero al duodécimo armónico. La trompeta en Fa se construyó generalmente de pistones, aunque en Inglaterra se construía con vara corredera (siguiendo la tradición de la trompeta de varas de la época renacentista).

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5) Trompeta baja La trompeta baja utilizada habitualmente por Wagner y R. Strauss está afinada en Do (de ocho pies) y en Si b grave. Es a todo los efectos un trombón de válvulas, utiliza una boquilla de trombón y la tocan los trombonistas. Puede utilizarse, como indica Walter Piston, “para tocar melodías escritas para las trompetas en Si b o en Do en el registro grave, o cuando de busca un sonido más estridente”. También se construyó una trompeta baja en Mi b que a diferencia de conserva la cualidad tímbrica característica de la trompeta y suena especialmente bien en el registro más grave de la trompeta. Trompetas de uso actual 1) Trompeta mezzosoprano en Si b (aproximadamente mide 1’45 m. de longitud de tubo). Generalmente es la de uso más corriente por su empleo tanto en la orquesta como en bandas, jazz y música ligera. Su sonoridad en brillante y marcial. 2) Trompeta mezzosoprano en do (1’314 m. de longitud de tubo). En esta trompeta resulta más fácil y efectivos la interpretación de los agudos. Es ligera, y su sonido es el más apropiado para el repertorio sinfónico tradicional y en la música de cámara. 3) Trompeta soprano en Re (1’171 m de longitud de tubo). Este instrumento de brillantes agudos es el adecuado para composiciones orquestales barrocas. Armoniza bien con los instrumentos de cuerda en las sinfonías clásicas. Su tonalidad es parecida al cornetín de las bandas militares. 4) Trompeta en Mi b agudo (1’105 m. de longitud de tubo) Esta trompeta es muy importante para muchas composiciones contemporáneas. Es un instrumento de sonido pequeño, no muy expresivo, más bien lejos de la nobleza y dignidad de la antigua trompeta. 5) Trompeta en Fa agudo Esta trompeta es la adecuada para interpretaciones de Oratorios; para las partes agudas como: “Concierto de Brandemburgo” nº 2 de J.S.Bach. 6) Trompeta soprano en Sol agudo. El “Concierto de Brandemburgo” nº 2 de Bach puede ser interpretado con más facilidad con esta trompeta. Posee un tono muy brillante en su registro agudo extremo. 7) Trompeta Piccolo en Si b/ La agudo (mide aproximadamente 0’737 m. de longitud de tubo). Es de reciente creación y suena una octava superior a la trompeta común. Su timbre es incisivo. Penetrante y casi estridente. Recuerda a las antiguas trompetas llamadas clarines. Es muy adecuada para las composiciones barrocas. Se ha convertido en un instrumento muy popular entre los músicos de jazz.

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Bibliografía  Baines, Anthony (1993) “Brass Instruments: Development” Ed Faber & Faber. Londres.

Their

History

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 Donington, Robert: “La música y sus instrumentos” Alianza Editorial (1962) Londres y “Los instrumentos de música”. Alianza Editorial (1980) Londres.  Monk, W. Christopher: “Los instrumentos de metal más antiguos: la corneta, el trombón y la trompeta”, artículo incluido en Historia de los instrumentos musicales. Ed. Taurus. Madrid.  Morley-Pegge, R: “La trompa y los instrumentos de metal más modernos”, articulo incluido en Historia de los instrumentos musicales. Ed. Taurus. Madrid.  Lafosse, André (1955):”Traité de Pédagogie du trombone a coulisse”. Ed. Alphonse Léduc.  Olazábal, Tirso de (1954): “Acústica musical y organología”. Ed. Ricordi. Buenos Aires.

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