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Física y Música (Básico)

tema fundamental: ‘’LA FISICA DE LA MUSICA’’
Pero para comenzar a analizar dicho tema es necesario saber de que estamos hablando, para esto tengo una serie de preguntas que me llevaran en forma casi sucesiva al análisis de ‘’la física de la música’’
Primero y principal ¿Qué es la música?
-Según diversas fuentes encontraremos que la música es el ordenamiento de sonidos en los cuales se enfatiza la existencia de una melodía o/y armonía, la podemos encontrar como arte y como ciencia, la música necesita un espacio físico, básicamente se escribe y se hace con 7 notas, pero eso veremos más adelante.
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Ahora bien ya que la música es un ordenamiento de sonidos ¿Qué es el sonido?
El sonido es todo aquello que podemos captar con nuestros oídos pero este concepto puede ser cuestionado, ya que existen sonidos que el oído humano no logra captar. El sonido se produce por las vibraciones de los cuerpos, estas vibraciones se transmiten en forma de ondas las cuales se propagan a través de un medio y así crean una variación de presión en dicho medio. Ahora mismo podemos escuchar sonidos, los cuales se propagan por el aire el cual es impulsado hasta nuestros oídos los cuales se encargan de captarlo.
¿Cómo capta los sonidos el oído?
El humano posee un sistema auditivo el cual se divide en dos :
-Sistema auditivo periférico: En donde están todos los procesos fisiológicos encargados de captar el sonido y enviarlo a través de mensajes al cerebro.
-sistema auditivo central: es el encargado de los procesos psicológicos que conforman la percepción sonora de cada ser.
Ahora bien como vimos que el sonido es producido por vibraciones las cuales se transmiten en forma de onda quien capta dichas vibraciones es el oído quien está constituido por tres partes: -el oído externo
– el oído medio
- el oído interno.
Las ondas sonoras viajan desde el oído externo por el canal auditivo, haciendo que el tímpano vibre. A su vez, esto hace que los tres huesecillos del oído medio se muevan. Estas vibraciones pasan a través del fluido de la cóclea en el oído interno estimulando a miles de células ciliadas. Como resultado, estas vibraciones se trasforman en impulsos eléctricos, Una vez en el cerebro, más exactamente en la corteza auditiva, ésta información es interpretada y convertida en una sensación, lo que comúnmente todos conocemos como sonidos.
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¿Qué frecuencia de sonidos logra captar el oído humano?
Los humanos logramos captar sonidos con determinadas frecuencias que van desde 20 a 20 mil ciclos por segundos, con los años la capacidad auditiva va disminuyendo. Los oídos humanos más sensibles son capaces de detectar cambios en la frecuencia de vibración (tono) que corresponde al 0,03 % de la frecuencia original, en el rango comprendido entre 500 y 8000 vibraciones por segundo. El oído es menos sensible a los cambios de frecuencia si se trata de sonidos de frecuencia o intensidades bajas.
¡¡¡ ¿Cambios de frecuencia?!!!!
Primero……. ¿Qué es la frecuencia del sonido?
La frecuencia del sonido es la cantidad de vibraciones (Ciclos) que efectúa una onda por segundo, la unidad de mediada utilizada para representar esto son los hertzios (Hz). La frecuencia se relaciona con la altura de las oscilaciones de las ondas sonoras. Los sonidos agudos tienen una altura más elevada y mayor frecuencia que los sonidos graves. La frecuencia del sonido de los tonos agudos oscila entre los 2000 y los 4000 Hz mientras los graves van desde los 125 a los 250 Hz. Los tonos medios tienen una frecuencia de oscilación entre 500 a 1000 Hz. Básicamente la frecuencia es el tono.
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* Dato: Las vibraciones de aire que oscilan un número de veces superior a 20.000 Hz se denominan ultrasonidos. Los ultrasonidos son perceptibles por algunas especies animales como los murciélagos o los delfines. También son utilizados con fines médicos en distintas terapias curativas, tratamientos o sistemas de diagnóstico. Los infrasonidos, en cambio, son aquellos cuya frecuencia sonora está por debajo de los 20 Hz. Este tipo de frecuencia es audible para especies como elefantes, tigres o ballenas.
Además de la frecuencia nos encontramos con otra característica presente en las ondas sonoras: ‘’LA LONGITUD DE ONDA’’.
¿Qué es?
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Es la distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. La longitud de onda de una onda describe cuán larga es la onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación tienen longitudes de ondas. La longitud de onda representa la distancia real recorrida por una onda que no siempre coincide con la distancia del medio o de las partículas en que se propaga la onda.

Y……….. ¿Qué pasa cuando el sonido tiene diferentes volúmenes?
Esto tiene que ver con la amplitud de onda, es decir, la fuerza que tiene el sonido, cuanto más alta sea la cresta de la onda, mayor va a ser su volumen.
La amplitud varía según el instrumento que se está utilizando, cuando usamos un instrumento de viento generalmente la amplitud va aumentando progresivamente en cambio en otros instrumentos como por ejemplo una guitarra el sonido comienza de repente. Al analizar esto nos vamos a encontrar con otra característica presente en la onda, ‘’La envolvente ‘’.

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¿Por qué la guitarra puede comenzar de con una determinada amplitud sin realizar ninguna progresión un instrumento como la flauta no puede?
La guitarra es un instrumento básicamente percusivo , entonces si golpeamos la cuerda comienza a vibrar rápidamente sin embargo cuando soplamos la flauta (o cualquier otro instrumento que lo requiera) le estamos dando energía de esta forma , por eso mientras estamos dándole energía el sonido se mantiene , en cambio en la guitarra la cuerda vibra y va perdiendo energía , esto hace que la envolvente del volumen sea diferente en ambos casos. Entonces ¿Qué es la envolvente? Es una onda que modula a la otra onda principal, es un parámetro muy importante en la síntesis del sonido ya que en una onda tenemos un tiempo de ataque el cual es muy variado respecto el tipo de instrumento que estemos utilizando y la forma de energía que apliquemos en el , también nos encontramos con una etapa llamada sostenimiento y un tiempo de decaimiento. Hay sonidos que poseen el mismo tono pero nos encontramos que la envolvente es diferente. La envolvente se ve afectada por el vibrato el cual consiste en modular con una onda de frecuencia más baja una onda de frecuencia menos baja, si sumamos dos ondas de frecuencias similares (pero no iguales) podemos generar un vibrato
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¿Todas las ondas tienen la misma forma?
No, las ondas poseen diferentes formas, cada instrumento tiene una onda que lo caracteriza

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Una onda de tono alto tiene mucha frecuencia y una onda de frecuencia baja tiene un tono bajo. Entonces podemos notar que los instrumentos poseen ondas con diferentes formas lo cual hace que estos se escuchen diferentes.
Ahora vamos a ver dos principios fundamentales de la física de ondas :
1) Las ondas se pueden sumar y también se pueden restar
Si tenemos una onda que viene de una dirección y otra que viene de la dirección contraria a esta notamos que se superponen y luego continúan con su trayecto, a estas ondas podemos sumarlas y así obtener la resultante.
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Si sumamos dos ondas de frecuencias muy parecidas que no son iguales generamos vibrato, como dijimos anteriormente.
En un instrumento como la guitarra podemos notar que posee una onda estacionaria, esto quiere decir que vibra, posee un movimiento tan rápido que a veces no podemos ver que pasa de un lado, en este caso estamos sumando dos ondas, una que viaja en una dirección de izquierda a derecha y otra que viaja de la manera contraria ¿a qué se debe esta suma? A que la onda se refleja (en el caso de la guitarra en el mástil) y de esta forma interfiere con la onda que sigue recorriendo el trayecto de la anterior, entonces al reflejarse y volver de la forma contraria interfieren, cuando sumamos estas ondas viajeras tenemos como resultado una onda estacionaria la cual consta de nodos, estos nodos son puntos donde no se mueve la cuerda (hablando de la guitarra)
2) Fenómeno de resonancia
Si tenemos dos ondas que tienen una onda de longitud parecida puedo pasar energía de un sistema a otro.
¿Por qué los instrumentos tienen la forma que tiene?
Una guitarra por ejemplo tiene un caja de resonancia, ¿para qué sirve eso si en un principio quien produce el sonido es la cuerda? Y ¿Por qué tiene esa forma particular? Más adelante y con la ayuda de los siguientes conocimientos responderemos estas preguntas
Para empezar con esto tenemos que saber que existen modos normales , esto son las frecuencias naturales que tiene un sistema , es decir son las frecuencias en las cuales se da interferencia de onda constructiva y destructiva , estas frecuencias son fijas , por ejemplo en una guitarra tenemos una onda que viaja por el diapasón de izquierda a derecha y nodos los cuales interfieren en determinadas partes de este , estas serian las frecuencias naturales de vibración de una cuerda , en este caso la cuerda es un objeto bidimensional y cada una tiene una frecuencia dada y un numero dado de nodos , en una guitarra nos podemos encontrar con puntos nodales, en otro objeto bidimensional nos podemos encontrar con que tiene líneas nodales donde no hay vibración , saber esto es importante ya que podemos entender que cada objeto (por el hecho de poseer un cierto tamaño y ser un medio elástico ) tiene sus frecuencias naturales de oscilación , y acá podemos encontrarnos con el fenómeno de la resonancia , esta consiste en la transferencia de energía de dos osciladores con frecuencias parecidas .
Entonces volviendo a las preguntas podemos decir que la caja de resonancia de la guitarra u otro instrumento de cuerda que la posea sirve para amplificar el sonido que es transmitido por las vibraciones de las cuerdas que viajan a través del puente. La caja está formada por una tapa superior (con aberturas acústicas), una tapa inferior y una "faja", que es una sección de madera que une ambas tapas, con formas curvadas, y hecha normalmente mediante una presa con calor. En el interior se encuentra el bastidor, que es una estructura de refuerzo de las tapas y sirve para controlar la vibración, y el alma. La tapa al vibrar produce un movimiento de aire en el interior de la caja y hace posible dicha amplificación.
¿Por qué tiene formas curvadas?
Son curvadas porque estas diseñadas de una manera determina para captar la energía de la cuerda, además este diseño busca que el sonido pueda salir (amplificado) de dicha caja.

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Otro punto importante : si tenemos una cuerda, como sabemos esta es capaz de vibrar , pero no solo vibra con la longitud de onda sino que también al mismo tiempo (teniendo en cuenta que las ondas se suman y siempre están en superposición) está sonando una onda que tiene el doble, tercio , etc, de frecuencia y longitud de onda diferente que la original , están sonando al mismo tiempo , a este fenómeno se lo llama ‘’armónicos del sonido’’ , entonces cuando nosotros tocamos(generamos) un sonido , estamos tocando una superposición , y hablando de la guitarra podemos variar dicha superposición de onda pegándole en diferentes zonas .
Acá nos encontramos con el análisis de Fourier, el cual dice que una onda fundamental es la suma de otras con distintas amplitudes, estas amplitudes dan como resultado una onda que descomponiéndola está formada por otras con diferentes frecuencias. En el caso de la guitarra un sonido determinado con armónicos está compuesto con el triple, quíntuple y séptuple más de frecuencia que la fundamental y en cada instrumento varia la cantidad de ondas que se encuentran sumadas por ende los instrumentos suenan diferentes ya que los armónicos excitados son diferentes y esto da lugar a una onda diferente.
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A esta descomposición la podemos denominar como un espectro, y gracias a esta descomposición podemos saber que a una guitarra le faltan los armónicos pares , una flauta casi no tiene armónicos en cambio un violín tiene muchos más , esto como hablamos anterior mente le da a la onda una determinada forma.

Escalas musicales.
Pitágoras descubrió que lo que el oído percibe como un sonido agradable a aquel que está compuesto por frecuencias que están en relaciones matemáticas enteras por ejemplo: 2, ½, 1/3 , 1/5 , etc.
Esto da lugar a las escalas musicales, si tomamos una nota el doble de frecuencia nos da una octava, si dividimos una cuerda en tres partes obtenemos la quinta y esto es la base de los acordes los cuales están compuestos por tres sonidos (notas) que suenan al mismo tiempo , o sea de manera simultanea

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La escala actual (escala occidental) es el resultado de un largo proceso de aprendizaje de las notas. Los pitagóricos construyeron un aparato llamado monocordio que se componía de una tabla, una cuerda tensa y una tabla más pequeña que se iba moviendo por la grande.
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En la música es muy importante la relación que existe entre la frecuencia de los distintos sonidos, a esta relación se le llama intervalo. Los intervalos musicales pueden medirse en términos de la relación de frecuencias de los sonidos, aunque en música reciben nombres propios cuya correspondencia física depende del tipo de escala utilizada. Como ya vimos los más importantes, por su simplicidad y su importancia a la hora de construir la escala musical, son:
• La octava. Cuando la cuerda medía un medio del total, el sonido se repetía, pero más agudo. La octava es lo que correspondería a un salto de ocho teclas blancas del piano; o mejor dicho, una octava es la repetición de un sonido con una cuerda con la mitad de longitud, por tanto, otra nota armoniosa. Su frecuencia es doble.
• La quinta es otro intervalo entre notas que se obtiene con una cuerda de largura dos tercios de la inicial. Su frecuencia es de tres medios del sonido inicial. Corresponde a un salto de cinco teclas blancas en un piano.
• La cuarta es, como las anteriores, otro intervalo entre notas que se obtiene con una cuerda de largura tres cuartos de la inicial. Su frecuencia es cuatro tercios de la nota inicial.
Si suponemos que la nota inicial es el do, entonces, la octava, quinta y cuarta son las notas:
-Nota base: Do , Cuarta a ,Quinta: Sol y Octava : Do (1 octava mas alta)
Que corresponden a la cuarta, quinta y octava notas respectivamente de la escala diatónica
Se puede definir un etalón como una nota estándar de la cual podemos derivar todas las otras notas. Para entender como es la relación entre las notas musicales y como se definieron estas a través de los años, vamos a establecer una primera nota fundamental o estándar que será la nota de La central que tiene una frecuencia de 440 Hz.
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Se puede ver que las teclas forman grupos de 12 (7 blancas y 5 negras), y estos grupos se repiten de izquierda a derecha. Cada ocho teclas blancas se cierra un grupo y se abre otro, y la distancia musical entre esas teclas se llama octava (normalmente se llama octava también el mismo grupo de 12 teclas), y su escala es igual a 2:1 - esto es, la frecuencia de la misma nota de siguiente octava es el doble, y la de octava anterior es la mitad. La distancia de dos octavas le corresponde a la relación de frecuencias de 4:1, tres octavas - 8:1 etc.: para sumar distancias tenemos que multiplicar las relaciones de frecuencias. La nota "La" (o "A" es la nota de etalón - su frecuencia es 440 Hz.
Esta ordenación de los sonidos musicales ha sido fruto de un largo proceso. Desde la elección de un sonido base, a partir del cual construir el resto, a la determinación del intervalo que hay entre una nota y la siguiente.
Así, una escala es una serie de notas ordenadas de forma ascendente o descendente, donde a la primera de las notas se la llama tónica.


¿De dónde provienen los nombres de las notas?

El italiano Guido de Arezzo, (995-1050), en plena Edad Media, - en el año 1026 -introdujo el pentagrama e inventó la escritura de las notas, (do, re, mi, fa, sol, la). Arezzo, para crear su escala musical, utilizó la primera sílaba de cada verso de un himno dedicado a San Juan, que se atribuye a Paulo Diácono y que decía:
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Más tarde, por las dificultades para cantar, la ut se cambió por do. Pero debieron transcurrir cinco siglos, hasta el XVI, para que se completara la escala musical, tal como hoy la conocemos. Se recurrió al mismo himno que Arezzo había utilizado en el siglo XI, y con las iniciales de San Juan que, por entonces, se escribía Sante Ioanes, y se formó la séptima nota - SI - y la octava fue la repetición del Do.
Actualmente también se utilizan las letras A, B, C, D, E, F, G para designar las notas musicales

para mas información de esto :http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_05_06/io2/public_html/escalas.html


Fin.
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Fuentes de Información - Física y Música (Básico)

El contenido del post es de mi autoría, y/o, es un recopilación de distintas fuentes.

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3 comentarios - Física y Música (Básico)

@AlanZumaeta Hace 2 horas +5
Física y Música (Básico)
@dalilinsoyyo Hace 2 horas
JAJAJAJA
@NFSkater Hace 2 horas +1
Lo mire a grandes rasgos y noté cosas interesantes, despues lo leo con mas detenimiento-
@maty12boca Hace 2 horas +1
Buen post, mañana te dejo otros 5.
@maty12boca Hace 1 hora +1
Por lo que leí en Neuro todas las explicaciones matemáticas y físicas para entender la coincidencia entre sencillez numérica y efecto perceptual, no alcanzan para explicar el fenómeno de la música.