Los Instrumentos

cualquier objeto que es utilizado para algún fin por el ser humano. La clave de esta definición radica en que la propiedad del instrumento no es una característica propia del objeto sino que es brindada por el ser humano al conferirle un uso funcional. (En rigor, podríamos extender esta definición a cualquier especie animal.)

Si la música es el arte de organizar sonido (con el fin de expresar algo), podemos concluir que un instrumento musical es cualquier objeto que sea utilizado por el ser humano para producir sonidos en el marco de una creación musical. Es decir, potencialmente cualquier objeto es un instrumento musical.

Estudiar la física de los instrumentos musicales equivaldría entonces al estudio de las propiedades acústicas de todos los objetos, lo que no es una ayuda en la delimitación del objeto de estudio. En consecuencia, trataremos de estudiar las propiedades físicas (acústicas) de algunos objetos que han sido construidos (o utilizados) más frecuentemente como instrumentos musicales.

Cuerdas

La cuerda es un objeto cuyo largo es mucho mayor que su ancho (de manera que podemos considerarlo casi como unidimensional). La cuerda fija en dos extremos genera series de parciales armónicas. La onda más usada desde el punto de vista musical es la transversal.

La frecuencia (fundamental) que produce una onda es directamente proporcional a la tensión a la que está sometida e inversamente proporcional al largo y a la densidad lineal de la misma. El timbre (forma de onda resultante) dependerá fundamentalmente del material de construcción, del modo según el cual se excite al oscilador, del punto sobre el cual se excite la cuerda, y de las características del objeto con el cual se la ponga en oscilación.

3.2 Columnas de aire

Hablamos de columnas de aire encerradas dentro de un tubo y debemos diferenciar dos casos: los tubos cerrados en un extremo (generalmente llamados tubos cerrados) y los tubos abiertos en los dos extremos (generalmente llamados tubos abiertos). La onda que se produce es longitudinal. La columna de aire encerrada en un tubo produce una serie de parciales armónica completa (tubo abierto en los dos extremos) o una serie de parciales con sólo los armónicos impares (tubo cerrado en un extremo).

La frecuencia (fundamental) es inversamente proporcional al largo del tubo, con la característica de que el tubo cerrado en un extremo produce una frecuencia fundamental de la mitad (una octava más baja) que la que produce un tubo abierto en ambos extremos del mismo largo.

El timbre dependerá fundamentalmente de la relación que exista entre el largo y el ancho del tubo y de la forma (interior) del mismo: cónico, cilíndrico o mezcla de ambos.

En rigor, las columnas de aire encerradas en un tubo cumplen la función de resonadores. De acuerdo al sistema al que estén acoplados pueden tener un comportamiento claro como resonador o tener una interacción tal con el verdadero oscilador que hace que el estudio pueda parecer confuso.

3.3 Lengüetas

Es necesario distinguir entre lengüetas blandas y duras. Las lengüetas blandas producen frecuencias muy inestables, dependiendo de la intensidad con la que se sople. Acopladas a un resonador como es una columna de aire encerrada en un tubo la frecuencia de oscilación de las lengüetas se estabiliza y ambos en interacción producen una onda con frecuencia más fácilmente controlable.

Las lengüetas duras producen frecuencias estables y la frecuencia fundamental depende de las características de la lengüeta, es decir, material de construcción y dimensiones. Si el sistema tiene acoplada una columna de aire encerrada a un tubo, esta funciona claramente como resonador. Las características tímbricas dependerán esencialmente del material con el que está construida la lengüeta.

3.4 Membranas y placas

Se podría estudiar la membrana rectangular como la combinación de varias cuerdas paralelas y perpendiculares. Los modos de oscilación resultan de la combinación de los modos de oscilación de las cuerdas. Las membranas circulares (más usadas) no producen series armónicas. Se producen nodos radiales y circulares. Las figuras que identifican los diferentes modos de oscilación fueron estudiadas por Chladni (y suelen conocerse con ese nombre: figuras de Chladni).

De manera similar a las cuerdas, la frecuencia más grave de la onda de una membrana en oscilación será directamente proporcional a la tensión a la que está sometida e inversamente proporcional a su radio y a densidad de superficie de la misma. Tímbricamente dependerá fundamentalmente del material con el cual está construida la membrana, pero también del punto en el cual sea excitada y el tipo de baqueta que se use para excitarla (en rigor, la superficie de la baqueta que tenga contacto con la membrana).

Cuando hablamos de placas estamos usamos una terminología diferente a la que suelen usar los percusionistas. Nos referimos a instrumentos como los platillos o las campanas. Se incluyen en el mismo capítulo que las membranas dado que su comportamiento acústico es similar. Una diferencia fundamental es que las placas no están fijas en sus extremos (como la membrana), por lo que no podemos hablar de que estén sometidas a una tensión determinada.

3.5 Barras

Al hablar de barras (lo que los percusionistas suelen llamar placas) nos estamos refiriendo a los instrumentos como xilófono, marimba o vibráfono. Hay que distinguir barras fijas en dos puntos y barras fijas en un extremo. Existen similitudes entre la barra fija en dos puntos y la cuerda fija en sus dos extremos, pero mientras que la fuerza de reposición en la cuerda se genera a partir de la tensión a la que está sometida, en el caso de la barra se debe a la rigidez del material del cual está construida, lo cual depende a su vez del grosor de la placa.

La frecuencia fundamental será directamente proporcional al grosor e inversamente proporcional

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