Instrumento de viento

Un instrumento de viento es un instrumento musical que contiene algún tipo de resonador (generalmente un tubo) en el que una columna de aire vibra cuando el intérprete sopla a través de una boquilla situada en el extremo del resonador o cerca de ella. El tono de la vibración viene determinado por la longitud del tubo y por la modificación manual de la longitud efectiva de la columna de aire vibrante. En algunos instrumentos de viento, el sonido se produce soplando a través de una lengüeta. Otros requieren vibrar en una boquilla metálica, mientras que otros exigen que el intérprete sople en un orificio en el borde, lo que divide la columna de aire y crea el sonido.

Los instrumentos de viento se agrupan típicamente en dos familias: ^{[ 1 ]}

• Instrumentos de viento metal ( trompas , trompetas , trombones , bombardinos y tubas )
• Instrumentos de viento-madera ( flautas dulces , flautas traveseras , oboes , clarinetes , saxofones y fagotes )

Los instrumentos de viento-madera se fabricaban originalmente de madera, al igual que los de viento-metal, pero se clasifican según cómo producen el sonido, no por el material con el que están hechos. Por ejemplo, los saxofones suelen ser de latón, pero son instrumentos de viento-madera porque producen sonido mediante una lengüeta vibrante . Por otro lado, el didgeridoo , la corneta de madera (que no debe confundirse con la corneta ) y la serpiente están hechos de madera (o a veces de plástico), y el olifant está hecho de marfil , pero todos pertenecen a la familia de los instrumentos de viento-metal porque la vibración se inicia con los labios del intérprete.

• En los instrumentos de viento-metal, los labios del intérprete vibran, lo que provoca que el aire dentro del instrumento también vibre.
• En los instrumentos de viento-madera, el intérprete puede:
  • hace vibrar una lengüeta , lo que agita la columna de aire (como en un saxofón , clarinete , oboe o duduk ).
  • sopla sobre una boquilla , a través de un orificio abierto contra un borde (como en una flauta dulce o una ocarina ), o
  • sopla a través del borde de un agujero abierto (como en una flauta ).

En el sistema de clasificación de instrumentos musicales de Hornbostel-Sachs , los instrumentos de viento se clasifican como aerófonos .

La producción de sonido en todos los instrumentos de viento depende de la entrada de aire a una válvula de control de flujo conectada a una cámara de resonancia ( resonador ). El resonador suele ser un tubo largo, cilíndrico o cónico, abierto en el extremo opuesto. Un pulso de alta presión proveniente de la válvula viaja a través del tubo a la velocidad del sonido y se refleja en el extremo abierto como un pulso de retorno de baja presión. En condiciones adecuadas, la válvula refleja el pulso con mayor energía hasta que se forma una onda estacionaria en el tubo.

Los instrumentos de lengüeta como el clarinete o el oboe tienen una lengüeta flexible o lengüetas en la boquilla, formando una válvula controlada por presión. Un aumento de la presión dentro de la cámara disminuirá el diferencial de presión a través de la lengüeta; la lengüeta se abrirá más, aumentando el flujo de aire. ^{[ 2 ] [ 3 ]} El mayor flujo de aire aumentará aún más la presión interna, por lo que un pulso de alta presión que llega a la boquilla se reflejará como un pulso de mayor presión de vuelta por el tubo. Las ondas estacionarias dentro del tubo serán múltiplos impares de un cuarto de longitud de onda , ^{[ 4 ]} con un antinodo de presión en la boquilla y un nodo de presión en el extremo abierto. La lengüeta vibra a una frecuencia determinada por el resonador .

Para los instrumentos de viento-metal ( de lengüeta labial ), los intérpretes controlan la tensión de sus labios para que vibren bajo la influencia del aire que fluye a través de ellos. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Ajustan la vibración de manera que los labios estén lo más cerrados posible y el flujo de aire sea mínimo cuando un pulso de baja presión llega a la boquilla, para reflejar un pulso de baja presión de vuelta por el tubo. Las ondas estacionarias dentro del tubo serán múltiplos impares de un cuarto de longitud de onda , con un antinodo de presión en la boquilla y un nodo de presión en el extremo abierto.

En los instrumentos de lengüeta aérea ( flauta y flauta de pico ), la fina lámina de aire rasante (chorro plano) que fluye a través de una abertura (boca) en el tubo interactúa con un borde afilado (labio) para generar sonido. ^{[ 7 ]} El chorro es generado por el intérprete al soplar a través de una delgada hendidura (flujo). En las flautas dulces y los tubos de órgano de flauta, esta hendidura es fabricada por el fabricante del instrumento y tiene una geometría fija. En una flauta travesera o una flauta de pan, la hendidura es formada por el músico entre sus labios.

Debido a la oscilación acústica del tubo, el aire en su interior se comprime y expande alternativamente. ^{[ 8 ]} Esto genera un flujo alterno de aire que entra y sale del tubo a través de su boca. La interacción de este flujo acústico transversal con el chorro de aire plano induce, en la salida del conducto (origen del chorro), una perturbación localizada en el perfil de velocidad del mismo. Esta perturbación se ve fuertemente amplificada por la inestabilidad intrínseca del chorro a medida que el fluido se desplaza hacia el labio. Esto da como resultado un movimiento transversal global del chorro en el labio.

La amplificación de las perturbaciones de un chorro debido a su inestabilidad intrínseca se puede observar al analizar una columna de humo de cigarrillo. Cualquier pequeño movimiento de la mano que sostiene el cigarrillo produce una oscilación de la columna que aumenta con la distancia hacia arriba y, finalmente, se convierte en un movimiento caótico (turbulencia). Esta misma oscilación del chorro puede desencadenarse por una suave corriente de aire en la habitación, lo cual se puede comprobar agitando la otra mano.

La oscilación del chorro alrededor del labio genera una fuerza fluctuante del flujo de aire sobre este. Según la tercera ley de Newton, el labio ejerce una fuerza de reacción opuesta sobre el flujo. Se puede demostrar que esta fuerza de reacción es la fuente del sonido que impulsa la oscilación acústica del tubo.

^{Alan Powell [ 9 ]} proporcionó una demostración cuantitativa de la naturaleza de este tipo de fuente sonora al estudiar un chorro plano que interactúa con un borde afilado en ausencia de tubo (el llamado tono de borde). El sonido irradiado por el tono de borde puede predecirse a partir de la medición de la fuerza inestable inducida por el flujo del chorro sobre el borde afilado (labio). La producción de sonido por la reacción de la pared a una fuerza inestable del flujo alrededor de un objeto también produce el sonido eólico de un cilindro colocado perpendicularmente a un flujo de aire (fenómeno del alambre que canta). En todos estos casos (flauta, tono de borde, tono eólico...), la producción de sonido no implica una vibración de la pared. Por lo tanto, el material del que está hecha la flauta no es relevante para el principio de producción del sonido. No hay diferencia esencial entre una flauta de oro y una de plata. ^{[ 10 ]}

La producción de sonido en una flauta se puede describir mediante un modelo de elementos concentrados en el que el tubo actúa como un oscilador acústico (sistema masa-resorte, resonador ) que oscila preferentemente a una frecuencia natural determinada por la longitud del tubo. La inestabilidad del chorro actúa como un amplificador, transfiriendo energía del flujo constante del chorro a la salida del tubo al flujo oscilante alrededor del labio. El tubo forma con el chorro un bucle de retroalimentación. Estos dos elementos están acoplados a la salida del tubo y al labio. A la salida del tubo, el flujo acústico transversal del tubo perturba el chorro. En el labio, la oscilación del chorro genera ondas acústicas que mantienen la oscilación del tubo.

El flujo acústico en la tubería, para una oscilación constante, puede describirse en términos de ondas estacionarias . Estas ondas presentan un nodo de presión en la abertura de la boca y otro nodo de presión en el extremo opuesto de la tubería abierta. Las ondas estacionarias dentro de un tubo abierto por ambos extremos serán múltiplos de media longitud de onda . ^{[ 4 ]}

En una aproximación general, un tubo de unos 40  cm presentará resonancias cerca de los siguientes puntos:

• Para un instrumento de lengüeta o lengüeta labial: 220  Hz (A3), 660  Hz (E5), 1100  Hz (C#6).
• Para un instrumento de lengüeta de aire: 440  Hz (A4), 880  Hz (A5), 1320  Hz (E6).

En la práctica, sin embargo, obtener una gama de tonos musicalmente útiles de un instrumento de viento depende en gran medida de un diseño cuidadoso del instrumento y de la técnica de interpretación.

La frecuencia de los modos de vibración depende de la velocidad del sonido en el aire, que varía con la densidad del aire . Un cambio de temperatura, y en menor medida también un cambio de humedad, influye en la densidad del aire y, por lo tanto, en la velocidad del sonido, afectando así la afinación de los instrumentos de viento. El efecto de la dilatación térmica de un instrumento de viento, incluso de uno de metal, es insignificante comparado con el efecto térmico sobre el aire.

• Utilizando diferentes columnas de aire para diferentes tonos, como en la flauta de pan . Estos instrumentos pueden tocar varias notas a la vez.
• Modificar la longitud de la columna de aire vibrante cambiando la longitud del tubo mediante válvulas de acoplamiento (véase válvula rotativa , válvula de pistón ) que dirigen el aire a través de tubos adicionales, aumentando así la longitud total del tubo y disminuyendo el tono fundamental. Este método se utiliza en casi todos los instrumentos de viento metal .
• Modificar la longitud de la columna de aire vibrante alargando o acortando el tubo mediante un mecanismo deslizante . Este método se utiliza en el trombón y en el silbato de vara .
• La frecuencia de vibración se modifica abriendo o cerrando orificios en el lateral del tubo. Esto se puede lograr tapando los orificios con los dedos o presionando una tecla que los cierra. Este método se utiliza en casi todos los instrumentos de viento-madera .
• Hacer vibrar la columna de aire en diferentes armónicos sin cambiar la longitud de la columna de aire (véase bocina natural y serie armónica ).

Casi todos los instrumentos de viento utilizan este último método, a menudo en combinación con alguno de los otros, para ampliar su registro.

La campana de un instrumento de viento es la abertura redonda y acampanada opuesta a la boquilla. Se encuentra en clarinetes, saxofones, oboes, trompas, trompetas y muchos otros tipos de instrumentos. En los instrumentos de viento metal, el acoplamiento acústico del tubo con el aire exterior se produce en la campana para todas las notas, y la forma de la campana optimiza este acoplamiento. También juega un papel importante en la transformación de las resonancias del instrumento. ^{[ 11 ]} En los instrumentos de viento madera, la mayoría de las notas se ventilan en los orificios de tono abiertos superiores; solo las notas más graves de cada registro se ventilan total o parcialmente en la campana, y la función de la campana en este caso es mejorar la consistencia del tono entre estas notas y las demás.

Tocar algunos instrumentos de viento, en particular aquellos que implican una alta resistencia a la presión respiratoria, produce aumentos en la presión intraocular , lo que se ha relacionado con el glaucoma como un riesgo potencial para la salud. Un estudio de 2011 centrado en instrumentos de viento metal y madera observó "elevaciones y fluctuaciones temporales y a veces drásticas en la PIO". ^{[ 12 ]} Otro estudio encontró que la magnitud del aumento en la presión intraocular se correlaciona con la resistencia intraoral asociada con el instrumento y relacionó la elevación intermitente de la presión intraocular por tocar instrumentos de viento de alta resistencia con la incidencia de pérdida del campo visual. ^{[ 13 ]} Se ha demostrado que el rango de presión intraoral involucrado en varias clases de instrumentos de viento étnicos, como las flautas nativas americanas , es generalmente más bajo que el de los instrumentos de viento clásicos occidentales. ^{[ 14 ]}

• Aeotana
• Amplificador del sonido
• banda de concierto
• Abreviaturas para la instrumentación de una orquesta

• Los CD resumen sobre instrumentos de viento son: "Microsoft Musical Instruments" (actualmente fuera de producción, pero a veces disponible en Amazon) y "Tuneful Tubes?" ( http://sites.google.com/site/tunefultubes ).
• Robinson, Trevor (1980). El fabricante aficionado de instrumentos de viento (  edición revisada). Amherst, MA: University of Massachusetts Press. ISBN 9780870233128.Un manual completo para la construcción casera de instrumentos de viento históricos populares: flautas y clarinetes barrocos, chirimías, krumhorns, trompetas, rackets y otros.