Entonada y armónicos (física): definición, diferencias y frecuencias

Los armónicos y los armónicos se tratan generalmente en relación con las fuentes de sonido. Estos dos conceptos a menudo se confunden entre sí y, a veces, se usan indistintamente.

Esto no es ninguna sorpresa ya que en determinadas situaciones, terminan refiriéndose al mismo conjunto de frecuencias. Sin embargo, aunque es posible que los armónicos sean armónicos y que los armónicos sean armónicos, también es posible tener armónicos que no sean armónicos y armónicos que no sean armónicos.

Antes de hablar de armónicos y sobretonos, es importante comprender los fundamentos de una onda.

Las ondas son una perturbación en un medio, que se propaga de un lugar a otro a través de oscilaciones de puntos en el medio. El sonido es solo un ejemplo de esto, pero también lo son las olas del océano, las olas en una cuerda, etc.

Lalongitud de ondaes la distancia entre picos de onda sucesivos. Lafrecuencia de ondaes el número de ciclos por segundo de la onda. Y elvelocidad de ondaes el producto de la longitud de onda y la frecuencia.

Si una perturbación que se propaga está confinada dentro de un medio, puede reflejarse e interferir consigo misma. A ciertas frecuencias, esto crea una onda estacionaria sostenida. Esto sucede cuando tocas una cuerda de guitarra, soplas en un silbato o incluso dejas caer una llave en el suelo. el impacto de la gota hace que la llave "suene" a una cierta frecuencia mientras vibra brevemente sobre impacto.

Las frecuencias a las que pueden ocurrir tales ondas estacionarias se denominanfrecuencias resonantes,y los valores de estas frecuencias para un medio dado dependen de las propiedades de ese medio. Por ejemplo, la frecuencia a la que se crea una onda estacionaria en una cuerda depende de la densidad de masa de la cuerda, la tensión de la cuerda y la longitud de la cuerda.

Como verá en la siguiente sección, la mayoría de los objetos tienen varias frecuencias diferentes a las que pueden vibrar. naturalmente, y esas diferentes frecuencias a menudo están relacionadas entre sí y con la geometría del objeto sí mismo.

Una frecuencia resonante es una frecuencia natural de vibración de un objeto. Es la frecuencia a la que algo vibra creando un patrón de onda estacionaria. Para cualquier objeto dado, generalmente hay varias frecuencias en las que esto ocurre. La frecuencia más baja se llamafrecuencia fundamentaly a menudo se denota comoF₁​.

Unarmónicoes el nombre que se le da a cualquier frecuencia resonante por encima de la frecuencia fundamental o tono fundamental.

La lista de sobretonos sucesivos de un objeto se llamaserie armónica. El primer sobretono, así como todos los sobretonos posteriores de la serie, pueden ser o no un múltiplo entero del fundamental. A veces la relación es así de simple, y otras veces es más compleja, dependiendo de las propiedades y la geometría del objeto vibrante.

Por ejemplo, en una membrana circular como un parche de tambor, hay matices en 1,59F₁​, 2.14​F₁​, 2.30​F₁​, 2.65​F₁​, 2.92​F₁y muchos otros valores. Estos armónicos se producen en frecuencias para las que puede producirse una onda estacionaria bidimensional en la membrana. Como puede sospechar, las matemáticas para derivar estos valores son mucho menos sencillas que para determinar los modos de onda estacionaria en una cuerda.

​Frecuencias armónicasson múltiplos de números enteros de la frecuencia fundamental, o la frecuencia más baja de vibración.

Considere una cuerda vibrante. Los modos de vibración son todos múltiplos de los fundamentales y están relacionados con la longitud de la cuerda y la velocidad de la onda. Las frecuencias más altas se encuentran a través de la relación

longitud de onda:

dóndeLes la longitud de la cuerda.

De esto obtienes elserie armónica. El segundo armónicoF₂ = 2f₁y el tercer armónicoF₃ = 3f​_​1​ y así. También tenga en cuenta que la velocidad de onda, el producto de la longitud de onda y la frecuencia, es la misma para todos los valores denorte​.

En este ejemplo particular con la cuerda, todos los armónicos son armónicos y todos los armónicos son armónicos. Sin embargo, este no es siempre el caso, como se ve en el ejemplo del parche del tambor, y también como verá en la siguiente sección.

Como se discutió anteriormente, los armónicos son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. A estas frecuencias, el objeto puede experimentar resonancia o no. Por el contrario, los armónicos son cualquier frecuencia en la que se produce una resonancia por encima de la fundamental. Estos pueden ocurrir solo en armónicos, o solo en armónicos específicos o en otros valores por completo.

Considere el ejemplo de las ondas sonoras estacionarias en un tubo abierto (o la cuerda vibrante): en este caso, los armónicos y los armónicos son los mismos. Sin embargo, con una tubería cerrada, los armónicos solo se producen en armónicos impares.

En una membrana rectangular o circular, como un parche de tambor, obtienes un poco de todo. En una membrana rectangular, algunos de los matices también son armónicos, pero otros no lo son.

Por ejemplo, en una membrana rectangular con una longitud de 1,41 veces su ancho, los armónicos se producen a 1,41F₁​, 1.73​F₁​, 2.00​F₁​, 2.38​F₁​, 2.71​F₁​, 3.00​F₁​, 3.37​F​_​1​ y así. En una membrana circular, la mayoría o todos los armónicos no terminan siendo armónicos.

Los modos vibratorios de un parche de batería son ejemplos de sobretonos no armónicos o inarmónicos. Estos también ocurren en platillos y otros instrumentos de percusión.

Instrumentos musicales, incluidos instrumentos de viento, instrumentos de viento, instrumentos de cuerda y otros. Proporcionan ejemplos de aplicaciones de resonancia y la distinción entre sobretonos y armónicos.

Ciertos instrumentos tienden a emitir notas en armónicos, otros en armónicos extraños y otros tienen sobretonos inarmónicos. Al usar diferentes teclas en un piano, diferentes cuerdas en una guitarra o cambiar la digitación en una flauta, los posibles matices y armónicos también cambian.

Por eso también es importante afinar ciertos instrumentos periódicamente. La nota que toca una cuerda de guitarra pulsada depende de la densidad de masa de la cuerda, pero también de la tensión. Después de tocar por un tiempo, la cuerda puede estirarse ligeramente y la tensión puede cambiar. Reajustando la tensión, se puede restaurar la frecuencia de vibración fundamental correcta.

​Timbrees la calidad de sonido percibida de una nota en la música. Si bien puede tocar la misma nota en una guitarra que en un piano, su oído puede notar la diferencia. ¿Por qué es así a pesar de que la frecuencia es la misma? La respuesta tiene que ver con matices.

Cuando se pulsa la cuerda de la guitarra, produciendo una nota dada al vibrar a su frecuencia fundamental, está vibrando simultáneamente en los valores de armónicos también, pero con una amplitud mucho menor (menor volumen). Imagine una onda de señal que cuando hace zoom aparece "ondulada" o alineada con una curva de señal mucho más pequeña.

Lo mismo sucede cuando se toca la tecla del piano, y las diferencias en las propiedades físicas de estos instrumentos se prestan a diferentes combinaciones. y la fuerza relativa de los armónicos, creando el diferente timbre o calidad de sonido que le permite distinguir entre los dos instrumentos.

Otros factores que también pueden afectar la calidad de las notas son el ataque, la caída, el sostenido y el tiempo de liberación. A medida que se toca una nota, la amplitud salta hasta un pico, baja a un nivel constante durante un tiempo y luego cae a cero cuando la nota termina.

​Ataquees el tiempo entre el momento en que la nota comienza a tocarse hasta la amplitud máxima.Decaeres el tiempo entre la amplitud máxima y la amplitud sostenida en la que se toca la nota.Sosteneres el tiempo durante el cual la nota se toca con una amplitud constante.Lanzamientoes el tiempo que se tarda en pasar de la amplitud sostenida a cero cuando termina la nota.