Un instrumento de viento es un instrumento musical que contiene algún tipo de resonador (normalmente un tubo) en el que se hace vibrar una columna de aire cuando el músico sopla en una boquilla situada en el extremo del resonador o cerca de él. El tono de la vibración está determinado por la longitud del tubo y por modificaciones manuales de la longitud efectiva de la columna de aire vibrante. En el caso de algunos instrumentos de viento, el sonido se produce soplando a través de una lengüeta; otros requieren que se haga vibrar el instrumento a través de una boquilla de metal, mientras que otros requieren que el músico sople en un agujero en un borde, lo que divide la columna de aire y crea el sonido.
Casi todos los instrumentos de viento utilizan el último método, a menudo en combinación con uno de los otros, para ampliar su registro.
Los instrumentos de viento se agrupan normalmente en dos familias: [1]
Los instrumentos de viento de madera se hacían originalmente de madera, al igual que los instrumentos de metal se hacían de metal, pero los instrumentos se clasifican en función de cómo se produce el sonido, no por el material utilizado para construirlos. Por ejemplo, los saxofones suelen estar hechos de latón, pero son instrumentos de viento de madera porque producen sonido con una lengüeta vibrante . Por otro lado, el didgeridoo , el cornett de madera (que no debe confundirse con la corneta ) y la serpiente están todos hechos de madera (o a veces de plástico), y el olifante está hecho de marfil , pero todos ellos pertenecen a la familia de los instrumentos de metal porque la vibración la inician los labios del intérprete.
En el esquema 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 en una válvula de control de flujo unida a una cámara resonante ( resonador ). El resonador es típicamente un tubo cilíndrico o cónico largo, abierto en el extremo más alejado. Un pulso de alta presión proveniente de la válvula viajará por el tubo a la velocidad del sonido . Se reflejará desde el extremo abierto como un pulso de retorno de baja presión. En condiciones adecuadas, la válvula reflejará el pulso de vuelta, con mayor energía, hasta que se forme una onda estacionaria en el tubo.
Los instrumentos de lengüeta , como el clarinete o el oboe, tienen una o más lengüetas flexibles en la boquilla, que forman una válvula controlada por presión. Un aumento de la presión dentro de la cámara disminuirá la diferencia de presión a través de la lengüeta; la lengüeta se abrirá más, aumentando el flujo de aire. [2] [3] El aumento del flujo de aire aumentará aún más la presión interna, por lo que un pulso de alta presión que llegue a la boquilla se reflejará como un pulso de mayor presión de regreso al 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 velocidad determinada por el resonador .
En los instrumentos de lengüeta ( de viento metal ), 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 modo que los labios estén más cerrados y el flujo de aire sea el más bajo, cuando un pulso de baja presión llega a la boquilla, para reflejar un pulso de baja presión de regreso 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 de aire ( 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 (labium) para generar sonido. [7] El chorro lo genera el intérprete al soplar a través de una ranura fina (chimenea). En las flautas dulces y los tubos de órgano de chimenea, esta ranura la fabrica el fabricante del instrumento y tiene una geometría fija. En una flauta transversal o una flauta de pan, la ranura la forman los músicos entre sus labios.
Debido a la oscilación acústica de la tubería, el aire en la tubería se comprime y se expande alternativamente. [8] Esto da como resultado un flujo alterno de aire que entra y sale de la tubería a través de la boca de la tubería. La interacción de este flujo acústico transversal con el chorro de aire plano induce en la salida de la chimenea (origen del chorro) una perturbación localizada del perfil de velocidad del chorro. Esta perturbación se amplifica fuertemente por la inestabilidad intrínseca del chorro a medida que el fluido viaja 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 observar una columna de humo de cigarrillo. Cualquier movimiento de pequeña amplitud de la mano que sostiene el cigarrillo produce una oscilación de la columna que aumenta con la distancia hacia arriba y, finalmente, un movimiento caótico (turbulencia). La misma oscilación del chorro puede ser provocada por una suave corriente de aire en la habitación, que se puede verificar agitando la otra mano.
La oscilación del chorro alrededor del labio produce una fuerza fluctuante del flujo de aire sobre el labio. Siguiendo 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] ha proporcionado una demostración cuantitativa de la naturaleza de este tipo de fuente de sonido al estudiar un chorro plano que interactúa con un borde afilado en ausencia de un tubo (el llamado tono de borde). El sonido irradiado desde el tono de borde se puede predecir a partir de una medición de la fuerza inestable inducida por el flujo del chorro sobre el borde afilado (labium). 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 perpendicular a un flujo de aire (fenómeno de cuerda cantora). 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 la producción de sonido. No existe una diferencia esencial entre una flauta de oro o de plata. [10]
La producción de sonido en una flauta puede describirse mediante un modelo de elementos concentrados en el que el tubo actúa como un columpio acústico (sistema de masa-resorte, resonador ) que oscila preferentemente a una frecuencia natural determinada por la longitud del tubo. La inestabilidad del chorro actúa como un amplificador que transfiere energía del flujo de chorro constante en la salida de la chimenea al flujo oscilante alrededor del labio. El tubo forma con el chorro un bucle de retroalimentación. Estos dos elementos están acoplados en la salida de la chimenea y en el labio. En la salida de la chimenea, el flujo acústico transversal del tubo perturba el chorro. En el labio, la oscilación del chorro genera una generación de ondas acústicas, que mantienen la oscilación del tubo.
El flujo acústico en la tubería puede describirse en términos de ondas estacionarias en caso de oscilación constante . Estas ondas tienen un nodo de presión en la abertura de la boca y otro nodo de presión en la terminación abierta opuesta de la tubería. Las ondas estacionarias dentro de un tubo abierto-abierto serán múltiplos de media longitud de onda . [4]
Como aproximación, un tubo de unos 40 cm presentará resonancias cerca de los siguientes puntos:
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 una 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 sólo en un grado mucho menor también un cambio de humedad, influye en la densidad del aire y, por lo tanto, en la velocidad del sonido, y por lo tanto afecta a la afinación de los instrumentos de viento. El efecto de la expansión térmica de un instrumento de viento, incluso de un instrumento de viento metal, es insignificante en comparación con el efecto térmico sobre el aire.
La campana de un instrumento de viento es la abertura redonda y ensanchada 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 orificio 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 salen por los orificios de tono abiertos superiores; solo las notas más bajas de cada registro salen total o parcialmente por 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 , que se ha relacionado con el glaucoma como un riesgo potencial para la salud. Un estudio de 2011 centrado en instrumentos de viento de metal y de madera observó "elevaciones y fluctuaciones temporales y a veces dramáticas 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 vinculó la elevación intermitente de la presión intraocular al 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 menor que el de los instrumentos de viento clásicos occidentales. [14]
