11.3.4: Instrumentos de latón

Los instrumentos de metal utilizan la vibración de los labios del jugador con la embocadura adecuada para iniciar el sonido. Como en el caso de un instrumento de caña, el zumbido de los labios crea un amplio espectro de sonido. Las resonancias en el instrumento seleccionan una de estas frecuencias para que sea la fundamental de una nota. A diferencia de la mayoría de los instrumentos de caña en los que la parte vibratoria se cierra por soplado, para los instrumentos de latón los labios se abren El aire que corre entre los labios disminuye la presión y los labios se cierran. Entonces la presión se acumula y los labios se vuelven a abrir. Los vibradores soplados abiertos y cerrados por soplado dependen del efecto Bernoulli; el aire en movimiento tiene menor presión haciendo que la caña o el labio se cierren.

Sabemos que los tubos de diferentes longitudes tienen diferentes frecuencias resonantes. Los instrumentos de latón cambian la longitud del tubo usando uno de dos mecanismos. Los trombones deslizantes tienen un conjunto de tubos dobles que se deslizan uno sobre el otro para alargar la longitud. Las trompetas, los cuernos franceses, las tubas y otros instrumentos de latón utilizan un juego de válvulas para cambiar la longitud del tubo. Por lo general, hay tres y ocasionalmente cuatro válvulas en la mayoría de los instrumentos de latón. El siguiente diagrama muestra una de varias formas de construir una válvula que cambia la longitud efectiva del tubo. Al empujar la válvula hacia abajo, la trayectoria de aire se desvíe a través de una sección de tubería haciendo que la trayectoria total sea más larga.

Figura\(\PageIndex{1}\)

Figura\(\PageIndex{2}\)

Los instrumentos de latón tienden a tener campanas grandes y son más fuertes que los instrumentos de viento de madera en promedio debido a una mejor coincidencia de impedancia como se mencionó anteriormente. Los efectos finales debido a la campana grande también tienden a desplazar los espectros de frecuencia significativamente de lo que se esperaría de un tubo simple. Aunque esperamos que un tubo cerrado en un extremo solo tenga múltiples armónicos impares, las frecuencias medidas de una trompeta son armónicas. La siguiente tabla compara las frecuencias predichas de un tubo simple de longitud\(1.4\text{ m}\) (la longitud aproximada de una trompeta) y las frecuencias medidas de una trompeta real. Observe que los armónicos predichos son múltiplos impares de lo fundamental pero el instrumento real tiene todos los armónicos.

Predijo	Medido
\(61.25\)	\(233.00\)
\(183.75\)	\(461.00\)
\(306.25\)	\(697.00\)
\(428.75\)	\(922.00\)
\(551.25\)	\(1158.00\)
\(673.75\)	\(1388.00\)
\(796.25\)	\(1617.00\)
\(918.75\)
\(1041.25\)
\(1163.75\)
\(1286.25\)
\(1408.75\)
\(1531.25\)
\(1653.75\)

Mesa\(\PageIndex{1}\)

¿Por qué cambian tanto las frecuencias? Para sobretonos de frecuencia más alta, la onda estacionaria se extiende más hacia fuera en la región de la campana como se muestra en el diagrama a continuación. Dado que en efecto los armónicos superiores 'ven' un tubo más largo, la frecuencia de estos armónicos se desplaza un poco hacia abajo. Lo fundamental, porque 've' un tubo más corto se desplaza un poco hacia arriba. El desajuste de impedancia para diferentes armónicos también será diferente debido a este efecto. Las frecuencias más altas escapan más fácilmente que las frecuencias más bajas porque las frecuencias más altas se extienden más adentro de la región de campana del instrumento (como se mencionó anteriormente, la cantidad de reflexión en el extremo de un tubo se ve afectada por el diámetro del tubo en relación con la longitud de onda, por lo que las longitudes de onda más largas reflejan más lejos del final de la campana). Esto significa que los armónicos de un instrumento de metal son más ruidosos que en el caso de un saxofón o clarinete. Los efectos de la campana en varios armónicos también le dan a los instrumentos de metal su timbre único además de cambiar el espectro de frecuencias.

Figura\(\PageIndex{3}\)

La boquilla también tiene un efecto sobre las frecuencias presentes en un instrumento de metal. La boquilla forma una pequeña cavidad Helmholtz con una resonancia volumétrica con un factor Q bajo. Como recordarás del Capítulo Cuatro sobre resonancia, un factor Q bajo significa una resonancia muy amplia. Para los instrumentos modernos estas resonancias tienden a debilitar los armónicos inferiores (incluido el fundamental) para que los armónicos superiores tengan un mayor efecto sobre el timbre.

Como complicación final, los instrumentos de metal a veces utilizan silencios para cambiar no solo el volumen sino también el espectro de frecuencia irradiado por el instrumento. Un silenciador no sella el extremo de la campana de un instrumento de latón pero produce débilmente frecuencias adicionales correspondientes a un tubo que está cerrado en ambos extremos. Esto cambia el timbre del instrumento además de reducir el volumen.

Ejemplos de video/audio:

• Cámara lenta de labios vibrantes.
• Cómo zumbar tus labios.
• Cómo funcionan las válvulas.
• Cómo hacer un instrumento a partir de una pajita.
• Wikipedia sobre trombones, trompetas, cuernos franceses, tubas y sousafones.
• Los siguientes sitios web tienen imágenes, muestras sonoras e información sobre instrumentos musicales modernos utilizados en bandas y orquestas: uno, dos, tres, cuatro.