Un diapasón es un resonador acústico con forma de diapasón de dos puntas formadas a partir de una barra de metal elástico (normalmente acero ) en forma de U. Resuena a un tono constante específico cuando se hace vibrar al golpearlo contra una superficie o con un objeto, y emite un tono musical puro una vez que los armónicos altos se desvanecen. El tono de un diapasón depende de la longitud y la masa de las dos puntas. Son fuentes tradicionales de tono estándar para afinar instrumentos musicales.
El diapasón fue inventado en 1711 por el músico británico John Shore , sargento trompetista y laudista de la corte real. [1]
Un diapasón es un resonador acústico con forma de diapasón que se utiliza en muchas aplicaciones para producir un tono fijo. La razón principal para utilizar la forma de diapasón es que, a diferencia de muchos otros tipos de resonadores, produce un tono muy puro , con la mayor parte de la energía vibracional en la frecuencia fundamental . La razón de esto es que la frecuencia del primer sobretono es de aproximadamente 5 2/2 2 = 25/4 = 6+1 ⁄ 4 veces la fundamental (aproximadamente 2+1 ⁄ 2 octavas por encima de ella). [2] En comparación, el primer sobretono de una cuerda vibrante o una barra de metal está una octava por encima (el doble) de la frecuencia fundamental, por lo que cuando se pulsa la cuerda o se golpea la barra, sus vibraciones tienden a mezclar las frecuencias fundamentales y de sobretono. Cuando se golpea el diapasón, poca de la energía va a los modos de sobretono; también se extinguen correspondientemente más rápido, dejando una onda sinusoidal pura en la frecuencia fundamental. Es más fácil afinar otros instrumentos con este tono puro.
Otra razón para utilizar la forma de diapasón es que puede sostenerse por la base sin amortiguar la oscilación. Esto se debe a que su modo principal de vibración es simétrico, con las dos puntas moviéndose siempre en direcciones opuestas, de modo que en la base donde se encuentran las dos puntas hay un nodo (punto sin movimiento vibratorio) que, por lo tanto, puede manipularse sin quitar energía de la oscilación (amortiguación). Sin embargo, todavía hay un pequeño movimiento inducido en el mango en su dirección longitudinal (es decir, en ángulo recto con la oscilación de las puntas) que puede hacerse audible utilizando cualquier tipo de tabla de sonido . Por lo tanto, al presionar la base del diapasón contra una tabla de sonido como una caja de madera, la superficie de una mesa o el puente de un instrumento musical, este pequeño movimiento, pero que se produce a una alta presión acústica (es decir, una impedancia acústica muy alta ), se convierte parcialmente en un sonido audible en el aire que implica un movimiento mucho mayor ( velocidad de la partícula ) a una presión relativamente baja (es decir, baja impedancia acústica). [3] El tono de un diapasón también se puede escuchar directamente a través de la conducción ósea , presionando el diapasón contra el hueso justo detrás de la oreja, o incluso sosteniendo el vástago del diapasón entre los dientes, dejando convenientemente ambas manos libres. [4] La conducción ósea utilizando un diapasón se utiliza específicamente en las pruebas de audición de Weber y Rinne para evitar el oído medio . Si simplemente se mantiene al aire libre, el sonido de un diapasón es muy débil debido al desajuste de impedancia acústica entre el acero y el aire. Además, dado que las débiles ondas sonoras que emanan de cada punta están desfasadas 180° , esas dos ondas opuestas interfieren , cancelándose en gran medida entre sí. Por lo tanto, cuando se desliza una lámina sólida entre las puntas de un diapasón vibrante, el volumen aparente en realidad aumenta , ya que esta cancelación se reduce, al igual que un altavoz requiere un deflector para radiar de manera eficiente.
Los diapasones comerciales se afinan en la fábrica con el tono correcto y el tono y la frecuencia en hercios están estampados en ellos. Se pueden reafinar limando las puntas. Limar los extremos de las puntas eleva el tono, mientras que limar el interior de la base de las puntas lo baja.
En la actualidad, el diapasón más común emite la nota A = 440 Hz , el tono estándar de concierto que utilizan muchas orquestas. Ese A es el tono de la segunda cuerda más aguda del violín, la cuerda más aguda de la viola y una octava por encima de la cuerda más aguda del violonchelo. Las orquestas entre 1750 y 1820 utilizaban principalmente A = 423,5 Hz, aunque había muchos diapasones y muchos tonos ligeramente diferentes. [5] Hay diapasones estándar disponibles que vibran en todos los tonos dentro de la octava central del piano, y también en otros tonos.
El tono de un diapasón varía ligeramente con la temperatura, debido principalmente a una ligera disminución del módulo de elasticidad del acero con el aumento de la temperatura. Un cambio en la frecuencia de 48 partes por millón por °F (86 ppm por °C) es típico para un diapasón de acero. La frecuencia disminuye (se vuelve plana ) con el aumento de la temperatura. [6] Los diapasones se fabrican para tener su tono correcto a una temperatura estándar. La temperatura estándar ahora es de 20 °C (68 °F), pero 15 °C (59 °F) es un estándar más antiguo. El tono de otros instrumentos también está sujeto a variaciones con el cambio de temperatura.
La frecuencia de un diapasón depende de sus dimensiones y de su material: [7]
dónde
La relación I / A en la ecuación anterior se puede reescribir como r 2 /4 si las puntas son cilíndricas con radio r , y a 2 /12 si las puntas tienen una sección transversal rectangular de ancho a a lo largo de la dirección del movimiento.
Los diapasones se han utilizado tradicionalmente para afinar instrumentos musicales , aunque los afinadores electrónicos los han sustituido en gran medida. Los diapasones se pueden accionar eléctricamente colocando electroimanes accionados por osciladores electrónicos cerca de las puntas.
Varios instrumentos musicales de teclado utilizan principios similares a los de los diapasones. El más popular de ellos es el piano Rhodes , en el que los martillos golpean púas metálicas que vibran en el campo magnético de una pastilla , creando una señal que impulsa la amplificación eléctrica. El dulcitone anterior, sin amplificación , que utilizaba diapasones directamente, adolecía de un volumen bajo.
El cristal de cuarzo que sirve como elemento de cronometraje en los relojes de cuarzo modernos tiene la forma de un pequeño diapasón. Suele vibrar a una frecuencia de 32.768 Hz en el rango ultrasónico (por encima del rango de audición humana). Se hace vibrar mediante pequeños voltajes oscilantes aplicados por un circuito oscilador electrónico a electrodos metálicos recubiertos en la superficie del cristal. El cuarzo es piezoeléctrico , por lo que el voltaje hace que las puntas se doblen rápidamente hacia adelante y hacia atrás.
El Accutron , un reloj electromecánico desarrollado por Max Hetzel [9] y fabricado por Bulova a partir de 1960, utilizaba un diapasón de acero de 360 hercios como cronómetro, alimentado por electroimanes conectados a un circuito oscilador de transistores alimentado por batería. El diapasón proporcionaba una mayor precisión que los relojes de volante convencionales. El zumbido del diapasón era audible cuando se acercaba el reloj al oído.
Las alternativas al estándar común A=440 incluyen el tono filosófico o científico con el tono estándar C=512. Según Rayleigh , los físicos y los fabricantes de instrumentos acústicos usaban este tono. [10] El diapasón que John Shore le dio a George Frideric Handel produce C=512. [11]
Los médicos utilizan diapasones, normalmente C512, para evaluar la audición de un paciente. Esto se hace más comúnmente con dos exámenes llamados prueba de Weber y prueba de Rinne , respectivamente. Los diapasones de tono más bajo, normalmente en C128, también se utilizan para verificar el sentido de vibración como parte del examen del sistema nervioso periférico. [12]
Los cirujanos ortopédicos han explorado el uso de un diapasón (frecuencia más baja C=128) para evaluar lesiones en las que se sospecha una fractura ósea. Sostienen el extremo del diapasón vibratorio sobre la piel por encima de la fractura sospechada, progresivamente más cerca de la fractura sospechada. Si hay una fractura, el periostio del hueso vibra y activa nociceptores (receptores del dolor), lo que provoca un dolor agudo local. [ cita requerida ] Esto puede indicar una fractura, que el médico deriva para una radiografía médica. El dolor agudo de un esguince local puede dar un falso positivo. [ cita requerida ] Sin embargo, la práctica establecida requiere una radiografía de todos modos, porque es mejor que pasar por alto una fractura real mientras se pregunta si una respuesta significa un esguince. Una revisión sistemática publicada en 2014 en BMJ Open sugiere que esta técnica no es lo suficientemente confiable o precisa para el uso clínico. [ 13 ]
Los diapasones también juegan un papel en varias prácticas de terapia alternativa , como la sonopuntura y la terapia de polaridad . [14]
Una pistola de radar que mide la velocidad de los coches o de una pelota en los deportes suele calibrarse con un diapasón. [15] [16] En lugar de la frecuencia, estos diapasones están etiquetados con la velocidad de calibración y la banda de radar (por ejemplo, banda X o banda K) para la que están calibrados.
Los diapasones dobles y de tipo H se utilizan para giroscopios de estructura vibratoria de grado táctico y varios tipos de sistemas microelectromecánicos . [17]
El diapasón forma la parte de detección de los sensores de nivel de punto vibratorio . El diapasón se mantiene vibrando a su frecuencia de resonancia mediante un dispositivo piezoeléctrico. Al entrar en contacto con sólidos, la amplitud de oscilación disminuye, lo que se utiliza como parámetro de conmutación para detectar el nivel de punto para sólidos. [18] Para líquidos, la frecuencia de resonancia del diapasón cambia al entrar en contacto con los líquidos, el cambio de frecuencia se utiliza para detectar el nivel.
