11.3.3: Instrumentos de viento de madera

Probablemente los primeros instrumentos fueron flautas simples. La flauta más antigua conocida proviene de Europa y está fechada aproximadamente a\(35,000\) los años.. Otros instrumentos de viento de madera incluyen las familias de instrumentos de clarinete, oboe, fagot y saxofón.

En los instrumentos de viento de madera (como en todos los instrumentos) hay algo que vibra para crear sonido y un cuerpo resonante que selecciona una frecuencia fundamental y sobretonos y los amplifica. De la discusión anterior sabemos que el tubo en sí es el cuerpo resonante. ¿Qué crea la vibración inicial? En la familia de instrumentos de clarinete y saxofón una sola caña, sujeta a una boquilla vibra para crear el sonido inicial. La mayoría de las cañas, que se muestran a la izquierda, abajo, están hechas de un tipo de planta de caña.

Figura\(\PageIndex{1}\)

Figura\(\PageIndex{2}\)

A la derecha de arriba hay una imagen de una caña doble. Este es el dispositivo vibratorio para oboes, fagotes y gaitas. En la mayoría de los instrumentos de caña la caña o caña doble se sujeta en la boca para que la boca pueda cambiar las frecuencias que se producen. El ajuste de la boca del intérprete para producir correctamente el sonido inicial se llama embocadura. Incluso con este control, sin embargo, una boquilla de caña sin el instrumento suena básicamente como una llamada de pato (y de hecho muchas llamadas de pato se basan en una simple caña). La mayoría de los instrumentos de caña se cierran por soplado, lo que significa que el aire que fluye más allá de la caña tiende a forzarla a cerrarse después de lo cual se abre por resorte debido a su propia

No parece haber nada que vibre en una flauta pero sabemos que las vibraciones son la fuente de todo el sonido. Entonces, ¿qué vibra? La mayoría de las flautas tienen un agujero afilado llamado fipple que divide una corriente de aire. Inicialmente la corriente de aire entra en la cavidad de la flauta. A medida que aumenta la presión, la corriente cambiará repentinamente para fluir hacia el exterior de la flauta. Cuando la presión del aire en el interior cae, la corriente se redirige de nuevo a la cavidad. Es este movimiento de ida y vuelta del aire (que ocurre muy rápidamente) el que es la fuente de vibración para una flauta. El sonido producido (antes de la resonancia con el cuerpo de la flauta) se llama tono de borde.

Figura\(\PageIndex{3}\)

Otros tipos de flautas, incluidas las flautas de pan y la flauta orquestal moderna, tienen un agujero a través del cual sopla el músico. El borde del agujero actúa de la misma manera que el borde de un fipple con aire primero entrando en la flauta, luego acumulando presión para hacer que el flujo salga. Este rápido flujo de aire de ida y vuelta provoca la vibración que produce el sonido inicial. La imagen de la derecha, abajo, muestra una corriente de aire dividida por un borde afilado. Observe el patrón turbulento generado a medida que el aire primero va por encima y luego por debajo del borde.

Figura\(\PageIndex{4}\)

Figura\(\PageIndex{5}\)

Una forma de cambiar la frecuencia fundamental de un instrumento tubular es poner agujeros en el tubo que se pueden cerrar o abrir con los dedos. Como se muestra en la siguiente figura, un agujero permite que se produzca un antinodo de desplazamiento de aire en la ubicación del agujero, cambiando la frecuencia resonante. Flautas, clarinetes y saxofones utilizan este método para cambiar la frecuencia fundamental que se toca.

Figura\(\PageIndex{6}\)

Hay varios problemas con la colocación de agujeros en un tubo para obtener diferentes frecuencias resonantes. El tamaño del agujero afecta la forma de la onda dentro del tubo lo que cambia los armónicos que están presentes. El resultado son pequeños errores en el tono que varían con el rango y volumen de las notas que se tocan. Las flautas y flautas tempranas del Renacimiento tenían agujeros de diferente tamaño para corregir estos errores. Las flautas modernas tienen tamaños de agujero que se hacen un poco más grandes en el extremo más alejado del fipple, lo que da cambios más uniformes en el tono. Mediante el uso de teclas mecánicas para cubrir los agujeros, el tamaño del orificio se puede ajustar para la calidad del sonido en lugar de la conveniencia del intérprete. Cubrir y abrir agujeros también cambia la cantidad de desajuste de impedancia entre el interior y el exterior del instrumento, de modo que diferentes notas pueden sonar ligeramente más fuertes o más suaves, dependiendo de la digitación.

Un segundo problema para los instrumentos de tubo con agujeros es que la mano humana es de tamaño finito. Para un tubo más largo esto se vuelve problemático; una mano normal no puede llegar a las ubicaciones de los agujeros necesarias para hacer una nota específica. La mayoría de los instrumentos modernos utilizan palancas llamadas llaves unidas a almohadillas en resortes para cubrir agujeros que están más lejos de lo que se puede alcanzar con una mano de tamaño normal. Una segunda razón para usar llaves es que se pueden usar más agujeros. Las manos humanas solo pueden cubrir diez agujeros a la vez porque solo tenemos diez dedos. Para poder tocar todas las\(12\) notas de una octava algunas teclas normalmente están cerradas a menos que se presionen para abrirlas.

Las flautas tienden a tener un diámetro uniforme a lo largo de su longitud pero otros instrumentos de viento no. Los diagramas a continuación muestran la diferencia en la forma de la sección transversal entre una flauta, clarinete y saxofón. Los fagotes tienen forma más parecida a una flauta (la misma sección transversal a lo largo de la longitud) mientras que los oboes tienen más forma de saxofón con un diámetro creciente y una campana en el extremo. Observe que el saxofón y el oboe están acampanados a lo largo de toda su longitud, el clarinete está acampanado solo al final y la flauta no tiene abocinamiento. Como se discutió anteriormente, la quema cambia la falta de coincidencia de impedancia entre las ondas dentro del instrumento y el sonido transmitido fuera del instrumento. Observe que las longitudes son diferentes para estos instrumentos también. No se muestra en el diagrama de sección transversal de la flauta el corcho que proporciona un extremo ajustable a la izquierda del orificio de la boca (o embocadura) del conducto. El corcho permite afinar las resonancias dentro de la flauta para que los reflejos del extremo del corcho refuercen el sonido generado en el orificio de embocadura.

Figura\(\PageIndex{7}\)

¿Qué efecto tiene el diámetro cambiante en las simples ondas estacionarias que vimos para un tubo con diámetro constante? El resultado, que se muestra en las gráficas a continuación, es que las amplitudes de onda se exprimen un poco. Compara estos resultados para los primeros armónicos de un tubo con diámetro constante con los de la flauta, arriba. Sabemos por análisis de Fourier que tienen que estar presentes más armónicos para obtener las formas de onda más complicadas que se muestran a continuación. Por lo que un cambio de ancho de tubo afectará en gran medida el timbre del instrumento.

Figura\(\PageIndex{8}\)

Ejemplos de video/audio:

• Video de turbulencia de Fipple.
• Animación de un clarinete haciendo sonido.
• Rendimiento de flauta de bajo.
• Rendimiento silbato de hojalata.
• Flauta de nariz: historia, moderna.
• Wikipedia sobre flautas, clarinete, flautas, oboe, fagot y familia de saxofones.