LECCIÓN 34. Acústica. -Sonido. Ruido. -Cualidades del sonido. -Propagación del sonido. -Su velocidad. -Causas que modifican la intensidad del sonido.
210. Acústica. -Es la Acústica (del griego akouo yo oigo) la parte de la Física que tiene por objeto el estudio del sonido. También la Música estudia los sonidos, pero es bajo el punto de vista de los sentimientos que despiertan en nuestra alma. La Acústica estudia el sonido tan solo en sus propiedades físicas; la Música considera las sensaciones que produce: bajo el primer aspecto el sonido es un efecto fisiológico y la Acústica una ciencia; en el segundo concepto el sonido es un fenómeno psicológico y la Música, que lo examina, un arte. El físico estudia las vibraciones que corresponden a cada sonido y los varios modos que estos tienen de originarse y propagarse, sin cuidarse para nada de las sensaciones que producen: el músico por el contrario analiza los efectos que los sonidos determinan en nuestro espíritu, sin averiguar la causa que los ocasiona y las vibraciones que los constituyen.
211. Sonido. Ruido. -Dáse el nombre de sonido al resultado de las vibraciones de las moléculas de un cuerpo, cuando llegan a impresionar el órgano del oído. Llámanse vibraciones y también ondulaciones y oscilaciones los movimientos rapidísimos de contracción y dilatación que experimentan las moléculas de los cuerpos elásticos cuando por un esfuerzo cualquiera se las separa de su posición de equilibrio entonces se dice que el cuerpo vibra. Estos movimientos ondulatorios van siendo cada vez menores, hasta que al volver las moléculas a la posición primitiva, cesan las vibraciones. Todo cuerpo que vibra trasmite la vibración a los cuerpos con quienes está en contacto y al llegar a excitar el órgano del oído se produce el sonido.
La vibración u oscilación es sencilla, cuando sólo comprende su movimiento una ida o una vuelta de las moléculas, es decir, la contracción o la dilatación; y vibración doble o completa, si comprende los dos movimientos de ida y vuelta.
Que el sonido es resultado de las vibraciones de las moléculas se demuestra separando de su posición o pulsando una cuerda tensa y abandonándola a sí misma se perciben las vibraciones a simple vista. De la misma manera colocando en el interior de una campana de cristal, cogida por el botón con la mano y puesta horizontalmente, un pequeño cuerpo metálico y percibiéndola con un golpe para que vibre, se observará que el cuerpo se conmueve con repetidos movimientos. En vino y otro experimento, si se quiere que cesen las vibraciones repentinamente, no hay más que hacer que las moléculas vuelvan al estado de reposo, lo que se consigue colocando la mano u otro cuerpo no elástico o que no vibre encima de la campana.
Distínguese el sonido propiamente tal o musical, del ruido en que el primero causa en nuestro oído, o mejor, en nuestra alma, una sensación agradable y el ruido una impresión discordante o desagradable; sin embargo la diferencia no es tan esencial que permita fijar claramente el carácter de uno y otro.
212. Cualidades del sonido. -En todo sonido se distinguen tres cualidades, la intensidad, el tono y el timbre. La intensidad o fuerza del sonido, depende de la amplitud de las vibraciones; el tono o sea la altura o gravedad del sonido, del número de vibraciones: así los sonidos son graves cuando es corto el número de vibraciones en la unidad de tiempo y por lo tanto su movimiento es lento y agudos si el número de vibraciones en igual tiempo es grande y su velocidad rápida. Y por último se llama timbre un carácter particular que ofrece el sonido, que depende de la naturaleza del cuerpo vibrante. De modo que dos sonidos, aunque se produzcan con el mismo tono e intensidad, puede ser su timbre muy diferente: así el mismo sonido o nota musical producida por la flauta y la trompa son muy distintos en cuanto a su timbre. El timbre en la voz humana se llama metal de voz. Más adelante nos ocuparemos de la causa probable del timbre.
213. Propagación del sonido. -Puesto que el sonido es el resultado de las vibraciones de las moléculas de los cuerpos elásticos, solo podrá percibirse cuando aquellas vibraciones se trasmitan y lleguen al oído por el intermedio de una materia ponderable: esa materia en lo general es el aire: de aquí se deduce que es indispensable un medio material35 para la trasmisión del sonido o que éste no se propaga en el vacío. Demuéstrase colocando debajo de una campana sobre la platina de la máquina neumática, un aparato de relojería (fig. 116) que mueve un pequeño martillo a, que está continuamente cayendo sobre un timbre. A medida que se enrarece el aire, el sonido se va amortiguando hasta que hecho el vacío se ve que el martillo continúa cayendo, las vibraciones se producen, pero como no se trasmiten al oído, no hay sonido. Para que la experiencia salga bien conviene colocar el aparato sobre cuerpos no elásticos o que no vibren, como algodón en rama, a fin de que el sonido no se trasmita por la platina, al exterior.
El sonido se propaga en, todos los cuerpos elásticos, no sólo en los gaseosos, como el aire, sino también en los líquidos y sólidos. La propagación en el aire se verifica bajo la forma de ondas que son esferas concéntricas, alternativamente enrarecidas y condensadas: de manera que un impulso producido en un punto cualquiera del aire, es como el centro de donde parte la conmoción a todas las moléculas que rodean dicho punto, extendiéndose para formar la esfera u onda sonora y en virtud de su elasticidad y por un movimiento inverso se condensa; pero en el momento de la dilatación las moléculas de la onda comunican su movimiento a las inmediatas, se forma una nueva onda dilatada y condensada que a su vez trasmite la velocidad a las que las rodean y así sucesivamente, siendo el impulso cada vez menor hasta que cesa el movimiento y la vibración. Por longitud de la onda o de la ondulación se entiende el espacio que recorre el sonido mientras dura una vibración completa. La longitud es tanto menor cuanto más rápidas son las vibraciones. La propagación en los líquidos se comprueba porque se percibe perfectamente el ruido que producen dos cuerpos al chocar dentro del agua y los buzos (12) cuando están en el fondo de las aguas, distinguen muy bien cuanto se les dice desde la superficie. Esta propagación se verifica también por ondas, como puede demostrarse dejando caer una piedra en la superficie de las aguas tranquilas; al rededor del punto del choque se van formando círculos concéntricos que tienen una elevación y depresión determinada: si en lugar de una sola piedra se dejan caer varias, se forman al rededor de cada una diversas ondas que se cruzan y pasan entre sí sin confundirse, ni perder su forma.
Respecto a los sólidos aún es más notable la propagación. Si se produce un ruido ligero, como el roce de un alfiler en el extremo de una viga se le percibe perfectamente aplicando el oído al otro extremo. En esto estriba el objeto que en la guerra tienen, en ocasiones, los escuchas centinelas avanzados durante la noche, que tendidos en el suelo aplican su oído a la tierra para conocer a gran distancia los movimientos del enemigo por el ruido de las pisadas, el paso de la caballería o la trepidación de la artillería. De todos estos hechos se deduce la ley general de que el sonido se propaga con tanta mayor intensidad, cuanto más denso es el medio que le trasmite.
214. Velocidad del sonido. -Muchas observaciones y experiencias demuestran que el sonido camina a través los cuerpos con una velocidad variable. Se sabe que la producción del trueno y del relámpago son simultáneos y sin embargo se percibe primero la luz del relámpago y algún tiempo después el ruido del trueno; siendo tanto mayor la diferencia de tiempo, cuanto más distante esté la nube tempestuosa que los origina.
Para determinar cuánta es la velocidad del sonido en el aire, es decir el espacio que recorre en la unidad de tiempo, se hicieron en Francia por el año de 1822 varias experiencias por el Observatorio astronómico, eligiendo al efecto las alturas de Montlhery y Villejuif, separadas entre sí 18'612 metros. En cada punto se hacía un disparo de cañón, observando el tiempo que trascurría entre la percepción de la luz del fogonazo y el estampido, que son simultáneos, y cuyo espacio recorría la luz instantáneamente, dada su gran velocidad, y el sonido tardaba en recorrerle 5'', o lo que da una velocidad para el sonido de 340'8 metros por segundo. Esta velocidad se refiere a un mismo sonido e igual temperatura, que en estas experiencias era de 16.º pero si ésta disminuye, la velocidad del sonido decrece también; y si los sonidos tienen distinto origen se ha observado, al parecer, que los producidos con más intensidad se propagan más velozmente, aunque surjan poco después que otros más débiles; así en el ejercicio de fuego de cañón alguna vez se ha percibido a cierta distancia, primero el ruido del disparo y poco después la voz de mando, fuego.
En cuanto a los líquidos la velocidad es mucho mayor que en el aire. Experimentos hechos en el lago de Ginebra el año de 1827, por Colladon y Sturn, dieron por resultado que la velocidad del sonido es de 1435 metros, cuatro veces mayor que en el aire. Y por fin en los sólidos es aún más grande la velocidad, pues según Biot en tubos de hierro fundido, es de 10'5 veces mayor que en el aire, llegando a ser en algunos sólidos hasta 16 veces mayor.
215. Causas que modifican la intensidad del sonido. -La fuerza o intensidad del sonido se halla modificada por varias causas. 1.º Por la distancia a que se encuentre el cuerpo sonoro, estando la intensidad, en razón inversa del cuadrado de la distancia; así un timbre colocado a 50 metros de nuestro oído origina sonidos tan intensos como los producidos por cuatro timbres iguales al primero a la distancia doble de 100 metros. 2.º La intensidad aumenta con la amplitud de las vibraciones; así se observa en una cuerda que a medida que las oscilaciones van decreciendo, el sonido va siendo menor. 3.º La intensidad disminuye si decrece la densidad del medio, que propaga el sonido; en el aire enrarecido y en los gases poco densos, como el hidrógeno, la intensidad se debilita de un modo muy perceptible, tal sucede en las altas montañas donde es necesario hablar muy fuerte para que se perciba la voz y en las elevadas regiones de la atmósfera a donde han llegado los aeronautas, los sonidos se apagaban notablemente. 4.º La intensidad aumenta por la proximidad de un cuerpo sonoro que refuerce el sonido, como sucede en todos los instrumentos de cuerda que llevan cajas sonoras de madera, pues de otro modo las cuerdas vibrando aisladas, apenas dan sonidos perceptibles. Experimentalmente se demuestra el refuerzo del sonido por medio de un gran timbre ideado por Sabart al cual se hace producir sonidos: si cuando estos se van debilitando se aproxima un cilindro hueco de cartón de cierta altura y abierto por una de sus bases, para que el aire de su interior vibre al unisón (223) con el timbre se nota que los sonidos aumentan de un modo notable en fuerza y claridad.
LECCIÓN 35. Vibraciones de las cuerdas. -Nodos y vientres. -Sonómetro. -Vibraciones de las placas y membranas. -Figuras nodales. -Vibraciones en los tubos. -Medida del número de vibraciones. -Sirena. -Rueda dentada de Savart. -Método gráfico, óptico y llamas manométricas.
216. Vibraciones de las cuerdas. -Se llaman cuerdas en Acústica, los cuerpos filiformes, de metal o de tripa que pueden vibrar por tensión. Las vibraciones producidas en lo cuerdas son en general trasversales o en dirección perpendicular a la cuerda, y se excitan pulsando la cuerda, es decir, sacándola de la posición de equilibrio por medio de los dedos o de un arco de crines al que se ha frotado con una materia áspera como la resina; pero también se pueden producir vibraciones longitudinales, frotando las cuerdas en el sentido de la longitud con un trozo de tela dada de resina. Sea la cuerda A B; (fig. 117) si se produce en el centro una pulsación trayéndola a la posición A c B; en el momento en que se encuentre libre pasa rápidamente a A d B, volviendo a la posición anterior y así sucesivamente originándose un movimiento ondulatorio perceptible a la simple vista; movimiento que como en el péndulo compuesto, a causa del rozamiento en los puntos de sostén y la resistencia del aire, va siendo cada vez menor hasta que la cuerda concluye por volver a la posición horizontal. El paso de la cuerda desde la posición A c B a la A d B, o viceversa, se llama oscilación sencilla y la ida y vuelta completas, oscilación doble o completa; el tránsito de e a d o de e a c se llama semioscilación.
217. Nodos y vientres. -Sonómetro. En las cuerdas, como en todo cuerpo que vibra, no todas las partes oscilan con la misma velocidad y hasta algunas aparecen tranquilas o sin vibración sensible; esos puntos que permanecen en reposo, mientras el resto de la cuerda vibra, se llaman nodos o puntos nodales y las partes vibrantes se denominan concameraciones, llamándose vientre la porción más dilatada de la onda. Para poner de manifiesto los nodos y vientres y estudiar al mismo tiempo las leyes relativas a las vibraciones de las cuerdas, se hace uso del aparato conocido con el nombre de sonómetro o monocordio (del griego monos uno y cordion cuerda) si solo tiene una cuerda y que fue inventado por Montu de París. Consiste en una caja de madera para reforzar el sonido (fig. 118) con dos puentes fijos A y B entre los cuales hay una escala y a uno y otro lado divisiones que representan la escala musical; una o dos cuerdas fijas por un extremo pasan por los puentes y por una o dos poleas P y en su otro extremo se colocan pesos para que permanezcan con la tensión conveniente: puentes movibles colocados en diferentes puntos debajo de las cuerdas hacen variar su longitud. Si se pone un puente movible en el tercio de una cuerda y se la hace vibrar en la porción menor, aparecen en la parte mayor un nodo en el medio y dos vientres, cuya existencia se manifiesta colocando sobre la cuerda o mejor atravesándola, unos discos de papel y se verá que en el momento de vibrar la cuerda, el papel del medio permanece flojo, lo cual prueba que allí no hay movimiento y los restantes son lanzados a diferentes distancias en virtud del impulso de la vibración. Mayor número de nodos y vientres aparecen si se coloca el puente movible a un cuarto o un quinto de la longitud de la cuerda. El cálculo y la experiencia demuestran que las vibraciones transversales de las cuerdas están sujetas a las leyes, siguientes en las cuales figuran la longitud, el diámetro, la tensión y la densidad.
1.ª Para una misma tensión y diámetro, en cuerdas de la misma materia, el número de vibraciones, en el mismo tiempo, está en razón inversa de las longitudes.
2.ª Para una misma longitud y tensión, el número de vibraciones está en razón inversa del diámetro.
3.ª Para un mismo diámetro y longitud, el número de vibraciones es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la tensión.
4.ª Para el mismo diámetro, longitud y tensión, el número de vibraciones es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad.
Todas estas leyes tienen inmediata aplicación en los instrumentos de cuerda, en los cuales dándolas diferentes diámetros y tensión y pisándolas en puntos distintos para hacer variar su longitud, se producen sonidos muy diferentes.
218. Vibraciones en las placas y membranas. -Figuras nodales.- Hácense vibrar las placas sujetándolas por su centro frotándolas en los bordes con un arco o por un punto cualquiera de su superficie y excitándolas, por el centro, donde hay una abertura que se frota con cuerdas de crines dadas de resina. Al vibrar la placa no todas sus partes se conmueven, sino que presentan puntos o líneas que permanecen en reposo y que originan por su reunión las figuras nodales que afectan formas simétricas. Se hacen visibles estas figuras espolvoreando sobre una placa arena finísima y produciendo en aquella un sonido, aparece en seguida la figura nodal, pues la arena es lanzada de los puntos que vibran y permanece tranquila en las líneas nodales. Hase observado que el sonido más bajo que se puede producir en una placa origina la figura nodal más sencilla y viceversa, el más alto la más complicada; y que el mismo sonido produce siempre la misma figura, nodal. Las membranas que vibran es preciso ponerlas tensas como en los timbales y tambores o en marcos de madera a propósito, produciendo sonidos tanto más agudos cuanto menor es su superficie y mayor su tensión. Las membranas dan sonidos por percusión o aproximándolas a un cuerpo sonoro: pues si se coloca una membrana inmediata a un cuerpo que está vibrando, como un timbre, las ondas del aire determinan vibraciones en la membrana, apareciendo en ellas, como en las placas, figuras nodales.
219. Vibraciones en los tubos. -Llámense tubos sonoros los que producen sonidos por la vibración del aire que tienen en su interior y constituyen los llamados instrumentos de viento. Un mismo tubo puede producir sucesivamente sonidos más o menos altos con sólo forzar la corriente de aire que le hace vibrar; dependiendo por lo tanto los sonidos de la vibración del aire y no de la naturaleza del tubo, pues éste sólo hace variar el timbre. No toda la columna de aire contenida en el tubo, vibra, pues hay puntos inmóviles o nodos y secciones donde el aire adquiere la mayor amplitud en la vibración o sea un vientre. Demuéstrase la existencia de los nodos y vientres en los tubos, (fig. 119) por medio de una membrana fina pegada a un aro de cartón sostenido por una cuerda a manera de platillo de balanza en la cual se coloca arena fina; si se introduce lentamente en un tubo que esta sonando, se nota que en ciertos puntos la membrana no se conmueve y la arena permanece tranquila pero en otros vibra y la arena es lanzada con más o menos fuerza.
220. Medida del número de vibraciones. -La importancia de la medición del número de vibraciones de los cuerpos sonoros, ha hecho se inventasen diversos procedimientos, algunos muy ingeniosos que dan a conocer el número de vibraciones y sus más pequeñas irregularidades, que corresponden a cada sonido particular. Tales son el método de los contadores, el gráfico, el óptico y el de las llamas manométricas: indicaremos muy sucintamente cada uno de estos métodos. En el procedimiento de los contadores se emplea la sirena y la rueda dentada de Sabart.
A. Sirena. -Este aparato ideado por Cagniar Latour, lleva el nombre de Sirena porque puede producir sonidos debajo del agua. Consta su mecanismo interior de un tubo de cobre C (fig. 120) que se coloca sobre un fuelle acústico que ha de originar la corriente de aire, que, pasando por el tubo llega al aparato formado por una caja A B de cobre cuya base superior es un disco fijo con varios agujeros equidistantes del centro; del disco arranca un vástago vertical que en su base tiene otro disco que gira con él y cuyo disco lleva otros tantos orificios de igual diámetro y dispuestos a la misma distancia, pero inclinados con relación al eje y formando ángulo con los orificio, del disco fijo. El vástago en su parte superior lleva una sección de tornillo sin fin que engrana en una rueda dentada B, que en su centro tiene una aguja contadora, sobre un círculo graduado. Esta rueda que avanza un diente por cada revolución del disco móvil, lleva una pequeña palanca de modo que en cada rotación, choca contra otra rueda R' y la hace avanzar el espacio de un diente: esta rueda también tiene en su centro una aguja que gira sobre un cuadrante. La primera rueda, y por consiguiente su aguja, indica el número de vueltas, que da el disco y la segunda las centenas de vueltas. Tan pronto como la corriente de aire del fuelle pasa por los orificios del disco inferior fijo, al atravesar los del móvil los hiere, oblicuamente y le pone en movimiento; pero a poco se intercepta la salida del aire cuando no coinciden los orificios y dejaría de moverse el disco superior si en virtud de la velocidad adquirida no pusiese de nuevo enfrente dos orificios, resultando un nuevo impulso y siendo la velocidad de rotación sumamente rápida no se notará intervalo alguno y la vibración o el sonido sera continuo. Cuando el disco adquiere una determinada velocidad y por consecuencia un sonido dado, para lo cual se fuerza la corriente de aire del fuelle, se mantiene en ese estado por ejemplo dos minutos o sean 120 segundos y leyendo en los cuadrantes de los contadores las vueltas que ha dado el disco, se multiplica este número por el de orificios y se divide el producto por el tiempo o sea los 120 segundos, cuyo cociente indica el número de vibraciones dobles que dio el sonido por segundo. Si a la sirena se le imprime el mismo movimiento debajo del agua o con diferentes gases, el sonido que resulte será el mismo, lo cual prueba que depende del número de vibraciones y no de la naturaleza del cuerpo vibrante.
B. Rueda dentada de Sabart. -Por medio de esta rueda se conoce el número absoluto de vibraciones que corresponden a un sonido. Una rueda de cobre colocada sobre un eje horizontal gira con gran rapidez por medio de una cuer da sin fin que pasa por otra rueda a la cual se imprime una gran velocidad: los dientes de la rueda hacen vibrar un naipe fijo, cuyas vibraciones se trasmiten por el eje de la rueda a un contador.
C. Método gráfico. -Por este procedimiento se trazan las vibraciones sobre un papel mediante un ligero punzón fijo en el cuerpo sonoro. Duhamel dispuso el aparato con un cilindro de metal colocado vertical u horizontalmente que gira alrededor de su eje: sobre el cilindro se arrolla una hoja de papel cubierta de una capa de negro de humo. El cuerpo que va a vibrar se fija por un extremo y en el otro se pone un ligero punzón que puede rozar suavemente el papel. Al girar el cilindro, mientras vibra el cuerpo, el punzón traza una línea ondulada con tantas ondulaciones como vibraciones haya producido el cuerpo; y para conocer cuánto tiempo han durado las vibraciones se comparan con las que señale en el mismo papel un diapasón (227) cuyas vibraciones por segundo sean conocidas.
D. Método óptico. -Este método ideado por Wheaststone36 en Inglaterra en 1827, reproduce en ráfagas laminosas las vibraciones sonoras por medio del aparato que denominó Kaleidofono. El procedimiento ha sido perfeccionado por Lissajous, sirviéndose de diapasones como cuerpos sonoros que llevan fijos en una de sus ramas pequeños reflectores, consiguiendo así dibujar con, líneas de luz, curvas que representan las vibraciones.
E. Llamas manométricas. -Últimamente Kœnig ha logrado transmitir las vibraciones de los cuerpos sonoros a llamas de gas, que con sus oscilaciones indican las vibraciones y la naturaleza de los sonidos.
En todos estos métodos hay detalles, fórmulas y consideraciones cuyo conocimiento corresponde a los estudios superiores de la Física.
LECCIÓN 36. Reflexión del sonido. -Ecos y resonancias. -Bocina. Trompetilla. -Tubos acústicos. -Estetóscopo.
221. -Reflexión del sonido. -Si las ondas sonoras al propagarse en el aire o en los cuerpos líquidos o sólidos encuentran en su camino algún obstáculo, chocan con él y retroceden, es decir, se reflejan siguiendo las leyes generales de la reflexión de los cuerpos elásticos (105), formando el ángulo de incidencia igual al de reflexión y hallándose tanto el uno como el otro en el mismo plano perpendicular a la, superficie reflectante. Sea P (fig. 21) un punto donde se origina un sonido que se propaga en el aire bajo la forma de ondas que se reflejan sobre la superficie A B: considerando la onda M N, al retroceder, por su choque contra el plano, forma la sección C O D; la propagación en línea recta PC constituye el rayo sonoro incidente, que con la normal C R al punto de contacto, forma el ángulo de incidencia PC R y la dirección que sigue la onda después del retroceso o sea C F forma el rayo sonoro reflejado, que con la misma normal origina el ángulo R C F de reflexión. Si la superficie reflectante en lugar de ser plana es curva, la reflexión se verifica siguiendo las mismas leyes, pero las ondas después de reflejadas concurren todas en un punto que recibe el nombre de foco; lo cual no podría suceder si los ángulos de incidencia y de reflexión no fuesen iguales. Verdad física que demostraremos en el estudio del calor radiante, que se refleja siguiendo las mismas leyes. Ahora solo diremos que si en el foco de un espejo cóncavo se pone un reloj de bolsillo y una persona aplica su oído por medio de un tubo de goma al foco de otro espejo, colocado a cierta distancia y de modo que sus ejes estén en línea recta, oirá distintamente las pulsaciones del reloj. Por esta razón si en el caso de la figura 121, se halla una persona en el punto F del rayo sonoro reflejado, percibirá primero el sonido directo, originado en el punto P y poco después el que lleva a su oído el rayo reflejado C F. Este segundo sonido recibe el nombre de eco. La reflexión de las ondas se verifica lo mismo en los cuerpos líquidos, pues cuando se produce una conmoción en la superficie tranquila de las aguas, las ondas al llegar a los bordes u orillas retroceden, reflejándose, según las leyes indicadas.
222. Ecos y resonancias. -Según lo dicho en el párrafo anterior, se llama eco la repetición de un sonido o de una serie de sonidos por la reflexión de las ondas del aire sobre un plano u obstáculo cualquiera. Para que se perciba el eco es necesario que la persona se encuentre a la distancia, lo menos, de 17 metros del plano de reflexión (fig. 21). En efecto, para distinguir con claridad un sonido, de otro sonido consecutivo, es preciso que medie entre los dos, un décimo de segundo; y caminando el sonido en el aire 340 metros por segundo, la décima parte de este número es 34 metros; espacio que ha de recorrer el sonido directo y después el reflejado, si se han de distinguir claramente uno de otro; luego la mitad de ese espacio o sea 17 será el que ha de recorrer el sonido reflejado y a esa distancia deberá hallarse la persona. Si el sonido es articulado, la distancia tiene que ser mayor, porque no pudiendo percibirse con claridad más que cinco sílabas por segundo, en la quinta parte de 340 recorrerá el sonido 68 metros y su mitad 31 será la distancia a que se ha de hallar el observador para percibir el eco, que siendo entonces de un sonido, se llama monosílabo. Si la distancia se hace dos, tres... veces mayor, el sonido se repetirá dos, tres... veces o será bisílabo, trisílabo etcétera. Si el mismo sonido se repite muchas veces por la reflexión en dos obstáculos paralelos, como dos paredes convenientemente dispuestas, ese eco se llama múltiple. Cítanse varios ejemplos de ecos famosos por el número de sonidos que repiten: tales son el de la tumba de Metelo, en Roma, que se dice repetía hasta ocho veces un verso hexámetro: el del castillo de Simonetta, en Italia, que repite según Kircher, 50 veces el disparo de un arma de fuego; el de Coblenza 17 veces una palabra y otros muchos.
Si en vez de hallarse la persona que ha de percibir el eco a la distancia de l7 metros, se encuentra más próxima al plano de reflexión, entonces el sonido reflejado se confunde con el directo y resulta la resonancia, que no es más que el sonido reforzado o de mayor intensidad. Conviene que haya resonancia en todos aquellos casos en que una sola persona tiene que dirigir la palabra a numeroso auditorio y por lo mismo en sitio espacioso; de esa manera el orador no necesita esforzarse mucho y todos los oyentes perciben claramente las palabras: así debe suceder en los salones de los Congresos, en las Iglesias y en los Teatros, que deben hallarse construidos con las condiciones acústicas necesarias para que el sonido se refuerce. La resonancia, consecuencia de encontrarse en un punto o foco las ondas, sonoras, es notable en muchas bóvedas, debajo de los arcos de los puentes, etc. Si se coloca una persona en el foco F (fig. 122) puede percibir distintamente lo que se habla en voz baja, en el otro foco F', aún cuando no sea perceptible para otras personas colocadas en el medio. Ejemplos de estos focos acústicos son la sala del eco del Conservatorio de Artes y Oficios de París y la sala del secreto de la Alhambra de Granada.
A. Bocina. -Este instrumento así llamado porque sirve para transmitir la voz a grandes distancias, está fundado en la reflexión del sonido en el interior de los tubos, que da por resultado una resonancia o refuerzo del sonido. Consta de un tubo largo de hoja de lata o latón barnizado, de figura cónica cuya abertura mayor lleva un ensanchamiento llamado pabellón y la menor un reborde donde puede acomodarse la boca. Con ella se trasmite la voz tanto más lejos cuanto mayor es su longitud, siempre que no sea excesiva. Este aparato que se dice fue conocido en tiempo de Alejandro Magno y usado en la guerra, tiene hoy especiales aplicaciones en los grandes incendios y a bordo de los buques, para hacer oír a gran distancia, las voces de mando.
B. Trompetilla acústica. -Instrumento fundado también en la reflexión del sonido y que sirve para las personas que tienen dureza en el oído. Es una pequeña bocina con la diferencia de que se usa aplicándola por la parte estrecha al conducto auditivo externo de la persona tarda de oído y por el otro extremo o sea el pabellón se habla en voz natural, cuyos sonidos refuerza la trompetilla.
C. Tubos acústicos. -Como los anteriores son aparatos fundados en la propagación y reflexión del sonido en el interior de los tubos. Están formados de goma elástica o metal y con ellos se trasmite claramente la voz. Son de mucho y excelente uso en los grandes edificios, en las fondas etcétera, donde se habla de un piso a otro en voz natural por medio de uno de estos tubos. Úsanse asimismo a bordo de los buques de vapor, donde el ruido de la máquina hace indispensable reforzar la voz para transmitir órdenes.37
D. Estetóscopo. -Con este nombre se conoce en Medicina un instrumento que sirve para auscultar (del latín auscultare escuchar), es decir para conocer el estado de los órganos respiratorios o los pulmones por el sonido que producen en el interior y que se percibe aplicando al pecho el aparato. El más usado es el de Kœnig. Consiste en una pequeña caja rectangular de cobre cubierta con una membrana de cautchú, y dividida en dos compartimientos por otra membrana: introduciendo aire por una abertura lateral provista de llave toma la forma de lenteja; por último del centro de la caja sale un tubo de goma que termina en una boquilla estrecha de marfil. Aplicando la membrana del estetóscopo al pecho del enfermo y la boquilla al oído del operador, se puede apreciar los latidos del corazón o el ruido de la respiración y por ellos conocer su estado normal o enfermo.
LECCIÓN 37. Teoría física de la música. Unisón. -Acorde. Intervalo. -Escala musical. -Sostenido y Bemol. -Diapasón. -Timbre de los sonidos. -Órgano de la voz. -Órgano del oído.
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223. Teoría física de la música. Unisón. -Llámase sonido musical el producido por vibraciones rápidas e isócronas que causa en el oído una sensación agradable y armoniosa. Tiene por carácter este sonido, que se le puede comparar con otros sonidos y ponerlo al unisón, cualidad de que carece el ruido. Dos sonidos están al unisón cuando son originados por un mismo número de vibraciones y por lo tanto tienen el mismo tono. (212) Se denomina Música la combinación variadísima de los sonidos armoniosos capaz de conmover los sentimientos y pasiones de nuestro espíritu.
224. Acorde. Intervalo. -Llámase Acorde la coexistencia de varios sonidos cuyo conjunto impresiona agradablemente: si la sensación que producen es desagradable, es decir, si los acordes están mal enlazados o combinados, se llama discordancia o disonancia. La razón
en que se halla el número de vibraciones de dos sonidos o el espacio que uno de ellos ha de recorrer para llegar al unisón con el otro, se llama intervalo. El sonido que representan es mayor que el de n, es decir, que el sonido más agudo forma el primer término. Cuanto más pequeños sean los números que representan el de las vibraciones contenidas en los dos términos de la razón más agradable será la sensación y entonces se dice que hay consonancia.
225. Escala musical. -Puesto que la música, como arte, es un lenguaje, tiene su verdadero alfabeto o serie de sonidos fundamentales, separados entre sí por intervalos: esta serie de sonidos constituyen la escala musical y como en ella se repiten los sonidos por períodos de siete, cada periodo se llama gama y sus sonidos o notas se distinguen con los nombres de do-re-mi-fa-sol-la-si.38 Como el número de vibraciones que corresponden al do fundamental es arbitrario, pueden considerarse muchas series de gamas, pero se ha convenido en elegir como punto de partida, aquella cuyo do corresponde al sonido más grave del bajo, distinguiéndose las notas de esta gama con el índice 1 así do, re,..., y para las que siguen mas altas, do2 re2... do3 re3...
Si se representa por 1 el sonido más grave o sea el do, el número relativo de vibraciones correspondiente a las demás notas se expresa en fracciones, del modo siguiente:
A esta serie o gama siguen otras en las cuales en número de vibraciones que corresponde a cada nota, es doble de las de la misma nota en la gama anterior. La armonía de una escala es siempre la misma, cualquiera que sea el número de vibraciones de la primera nota fundamental, porque las sucesivas que forman la gama, guardan entre sí la misma relación indicada: sin embargo, para que en esto haya la uniformidad tan necesaria y un punto de partida común, se ha convenido en tomar la nota la normal que consta de 870 vibraciones por segundo y es la que da el tono o sirve para afinar los instrumentos, principalmente los de cuerda.
Las fracciones que acabamos de indicar representan también los intervalos de las seis notas últimas con relación a la primera; siendo el mayor intervalo de do a do que se llama octava. Tales son en conjunto.
Notas........................ do-re-mi-fa-sol-la-si-do
Número relativo de vibraciones.
Intervalos
Hay, pues, intervalos diferentes que son
el mayor y se llama tono mayor;
o sea el tono menor y
el más pequeño, llamado semi-tono mayor. La escala musical se considera diatónica o cromática, la primera procede por tonos y semi-tonos mayores; la segunda por semi-tonos.
226. Sostenido. Bemol. -Entre las notas de la gama se han intercalado otras que se llaman sostenido y bemol. Sostener una nota es aumentar el número de sus vibraciones en la relación de 24 a 25; y bemolizarla por el contrario disminuir ese número en la relación de 25 a 24. Indícase que una nota está sostenida, por medio del signo 4 y que está bemolizada por b. Las notas que no tienen alteración ninguna en sus sonidos, se llaman naturales.
227. Diapasón. -Con el objeto de producir una nota fundamental que sirva para afinar los instrumentos músicos, se ha ideado el aparato llamado diapasón (fig. 123) que es una barra de acero bien templado encorvada a, manera de pinza y colocada en lo general en una caja de refuerzo. Se la hace vibrar por varios modos, pero lo común es por medio de un cilindro de hierro que pasa forzado por entre las dos ramas. El número de vibraciones correspondientes o la nota que produce el diapasón, ha sido diferente, y como esto es un inconveniente si en los diferentes países ha de variar el tono de los sonidos porque varíe el número de sus vibraciones, se ha tratado de establecer un diapasón normal que dé un número de vibraciones constante; éste es el de 870 vibraciones sencillas ó 435 dobles y equivale a la nota la que se representa la3 pues corresponde a la tercera gama.39
228. Timbre de los sonidos. -Se ha ignorado durante mucho tiempo la verdadera causa del timbre, pero los trabajos delicados, hechos con el mayor esmero por H. Helmholtz, físico inglés, sobre el análisis y la síntesis de los sonidos, han venido a manifestar, que el timbre particular que distingue a cada sonido, es debido a la serie de armónicos que le acompañan; es decir, a los sonidos que por la resonancia o por otras causas acompañan a un sonido dado y cuyo número de vibraciones son entre sí como la serie de los números 1, 2, 3, 4, 5... El número de armónicos que acompañan a cada instrumento de música son diferentes: en la voz humana, en las cuerdas y en los tubos sonoros son numerosos; Kœnig con su aparato de las llamas manométricas ha hecho visible el timbre de las vocales.
-II-
229. Órgano de la voz. -Este aparato con el cual el hombre puede producir variedad de sonidos articulados, consta de los pulmones, de donde sale el aire; de los bronquios, tubos que se ramifican en los pulmones y se reúnen en uno (traquea) de paredes elásticas que asciende hacia la base interior del cuello y termina en la laringe, en la parte superior forma la glotis que se ensancha en su centro formando los ventrículos de la laringe, cubiertos por dos repliegues membranosos llamados cuerdas vocales, y por último una membrana a manera de válvula puede cerrar la abertura de la glotis en el momento del paso de los alimentos al estómago y se llama epiglotis. Esta abertura, se halla en el fondo y parte anterior de la boca, en la cual y en las fosas nasales se modifican los sonidos.
El órgano de la voz se ha comparado a los instrumentos de música que producen los sonidos por medio de tubos y boquillas o mejor a un instrumento de viento, en que los pulmones son los fuelles que lanzan la corriente de aire, la traquea el tubo que la conduce, la glotis el sitio donde se origina el sonido y las partes de la boca los diferentes puntos donde se modifica y articula; de modo que la producción del sonido y la voz articulada, es fácil de comprender. El aire entra y sale continuamente en los pulmones, sin que se produzca sonido alguno, mientras las partes de la laringe no tomen la tensión necesaria para entrar en vibración. Que el sonido se produce en las paredes de la laringe o cuerdas vocales, lo comprueba el que si se hace una incisión en la traquea, el aire saldrá al exterior por esta abertura y no hay sonido; desde la laringe el aire en vibración llega a la boca, donde ligeramente modificado, origina los sonidos elementales llamados vocales y modulado articulado en la lengua, los dientes, los labios y la bóveda del paladar, da origen a las consonantes que los gramáticos distinguen con los nombres; de linguales, dentales, etc. Los sonidos de la voz son tanto más agudos cuanto menos espesor y más delicadeza tienen las partes de la laringe y ésta se halla más contraída o más tensa.
230. Órgano del oído. -El hombre que goza del don precioso de articular los sonidos produciendo la palabra, tiene también la facultad de apreciar los sonidos en todos sus detalles, si bien la sensibilidad de este aparato no es en él tan notable como en muchos animales. El órgano del oído ha sido dividido para su estudio, en tres partes, oído externo, oído medio y oído interno.
A. Oído externo. -Lo forman el pabellón y el conducto auditivo externo El pabellón u oreja está formado por una membrana fibrocartilaginosa y elástica con varias eminencias que convergen hacia un punto, interior, cuyo objeto es que lleguen, por reflexión, el mayor número posible de ondas sonoras, al interior del oído; siendo notable el trago (del griego tragos macho cabrio) que se halla en frente del conducto auditivo y se llama así, porque en lo general está cubierto de pelos. Demuestra el uso del pabellón, el que si se tapiza una de las orejas con una materia pastosa, cera reblandecida por ejemplo, de modo que quede una superficie perfectamente lisa, se perciben mucho peor los sonidos con el oído correspondiente a ella, que con la que está en su estado natural. El pabellón se halla unido al conducto auditivo el cual termina en una membrana delgada y tensa llamada membrana del tímpano.
B. Oído medio. -En la terminación del conducto auditivo externo existe una cavidad denominada caja del tímpano que constituya el oído medio: por su parte anterior ya hemos dicho que se halla cubierta por una membrana semejante al parche de un tambor y en la parte opuesta, tiene dos aberturas llamadas por su forma ventana oval y ventana redonda cubiertas con su correspondiente membrana. Desde la membrana del tímpano a la ventana oval se extiende una cadena de huesecitos denominados martillo, yunque, lenticular y estribo. La caja del tímpano comunica con las fosas nasales y por lo tanto con la boca, por medio de un conducto llamado trompa de Eustaquio.
C. Oído interno. -Inmediatamente detrás de la ventana redonda hay un canal en forma de espiral llamado caracol, y a continuación de éste, pero volviendo hasta la membrana oval, otra cavidad denominada vestíbulo a la cual llegan tres pequeños canales llamados semicirculares, que con los anteriores forman el laberinto, nombre que también se da a todo el oído interno. El laberinto está lleno de un líquido llamado linfa de Cotugni y en él están sumergidos los filetes o ramificaciones del nervio acústico que llega hasta el cerebro.
D. -Mecanismo de la audición. -Un cuerpo vibra y produce sonidos, los cuales trasmitidos por el aire bajo la forma de ondas y recogidos por el pabellón penetran en el conducto auditivo, llegando a herir la membrana del tímpano, que vibra y trasmite la vibración por la cadena de huesecillos y el aire del oído medio, a las membranas de las ventanas oval y redonda y al laberinto y conmoviéndose o vibrando la linfa comunica la excitación a los filetes nerviosos que la llevan al cerebro, donde el alma se hace cargo de ella. La linfa es la parte verdaderamente esencial del oído, pues las demás partes pueden desaparecer sin que por eso dejen de percibirse más o menos los sonidos: pero si se derrama la linfa la sordera es completa; lo cual prueba que los nervios no pueden recibir la impresión directamente sino por el intermedio de una materia fluida.
La distancia a que un oído bien organizado puede percibir los sonidos varía mucho, dependiendo en general de la intensidad del sonido del cuerpo vibrante y del medio que trasmite la vibración; siendo lo más notable que se observa en el oído, que este aparato puede distinguir un sonido de otros varios, sin que haya entre ellos confusión. Helmholtz lo explica porque hallándose al parecer demostrado que las ramificaciones del nervio acústico están formadas por cerca de 3000 fibras, cada una de estas tenuísimas fibras vibra al unisón con un determinado sonido simple, siendo insensible para los demás, de donde resulta que cada sonido simple hace vibrar una fibra y los compuestos conmueven dos o más.